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1、单相半波可控整流电路带电阻负载的工作情况直流输出电压平均值Ud 2U 2 sin td( t)= ot25(1 cos： ) = 0.45U21 cos：流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为1 dT31- OtIdd( t)Id续流二极管的电流平均值IdDR和有效值IDR分别为互 + Of1 dDRji + aJI1 DR其移相范围为180,其承受的最大正反向电压均为u2的峰值即、2U2 单相半波可控整流电路的 特点是简单,但输由脉动大,变压 器二次侧电流中含直流分量,造成变压器铁芯直流磁化.为 使变压器铁芯不饱和,需增大铁芯截面积,增大了设备的容单相桥式全控整流电路 带电阻负载的工

2、作情况全波整流在交流电源的正负半周都有整流输由电流流过负载,因此该电路为全波整流.直流输由电压平均值Ud=1%2U 2 sin td( t)冗 Of=0.9U 21 cos：2负载直流电流平均值, U d 2 2U 2 1 cos: 八-U 2 1 cos ;I2 = IdId = -d = 2 = 0.9-d R R 2R 2品闸管参数计算1 承受最大正向电压：万(伍2). 2U 2a=0 时,Ud=0.9U2； a=1800 时,Ud =0 承受最大反向电压: 触发角的移相范围: 因此移相范围为180°.晶闸管电流平均值:IdVT =-2 Id(5)流过晶闸管的电流有效值为：IV

3、T=Id/五(6)晶闸管的额定电压 =(2-3)X最大反向电压(7)晶闸管的额定电流 =(1.52)X电流的有效值/1.57单相桥式全控整流电路带阻感负载直流输由电压平均值1 滔二一2x2U2U d = 2U 2 sin td( t) =2 cos = 0.9U 2 cos：n an触发角的移相范围豆=.时,Ud=0.9U2；支=90°时,Ud=0.因此移相范围为90o晶闸管承受电压：正向："U2；反向：国2单相桥式半控整流电路, 带电阻负载与全控电路在电阻负载时的工作情况相同.单相桥式全控整流电路 带反电动势负载Ud=0.9 U2 cos aId = Ud- E/RI2=

4、Id晶闸管承受的最大反向电压为： 2 U2流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT=Id / 72三相半波可控整流电路带电阻负载a £30°时,整流电压平均值负载电流连续：Ud5Jt -hex 6 2U 2 sin td( t)= hot63、6U 2 cos ； =1.17U 2 cos：当豆=0° 时,Ud 最大,Ud =1.17U2口 >30°时,整流电压平均值负载电流断续1 二3x2二二Ud =- 二、2U 2sin td( t) = -U21 cos(-： ) = 0.675U 21 cos(-：) -： 63当"150.时,Ud

5、 最小,Ud=0I 负载电流平均值：1d 一不 晶闸管承受的最大反向电压：为变压器二次侧线电压的峰值,Urm =3 品2 = &2 = 2.45U2 晶闸管承受的最大正向电压：UFM=RU2三相半波可控整流电路带阻感负载 整流电压平均值(负载电流始终连续)：Ud = 1.17U2 cos： 晶闸管承受的最大正反向电压：为变压器二次侧线电压的峰值,Ufm =URM =、2 ,3U2 =,6U2 =2.45U2Ud负载电流平均值:IdVT= Id / 3IVT= Id /,3三相桥式全控整流电路带电阻负载时的工作情况(1)带电阻负载时的平均值 特点： C0o时,整流输由电压连续；60

6、76; <口 <120°时,整流输由电压断续. 整流电压平均值计算公式：以Ud所处的线电压波形为背景,周期为32 二1uE60o： Ud=-13,6U 2 sincotd®t) = 2.34U 2 cos"n二出160° 二 1200： Ud =一 6U2sin td( t) =2.34U21 cos(一二)二二3一3 3I 一包输由电流平均值计算公式：1d 一 R三相桥式全控整流电路带电阻电感负载Ud= 2.34U2cosId= Ud / RIDVT= Id / 3 IVT= Id/ 3第二章电力电子器件2 .使晶闸管导通的条件是什么答：使

7、晶闸管导通的条件是：品闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电 流(脉冲).或：Uak>0且Ugk>0o3 .维持品闸管导通的条件是什么怎样才能使晶闸管由导通变为关断 答：维持品闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持品闸管导通的最小电 流,即维持电流.要使品闸管由导通变为关断,可利用外加电压和外电路的作用使流过品闸管 的电流降到接近于零的某一数值以下,即降到维持电流以下,便可使导通的晶 闸管关断.4 .图2-27中阴影局部为晶闸管处于通态区间的电流波 形,各波形的电流最大值均为Im,试计算各波形的电流平均彳直11、解：a)b)c)Id2、Id3与电流有效值Il、%、I3007 :

8、霆2二0 才 述42二0 行a)b)c)图2-27精闸管导电波形Lsin Yd(Y) = % (工 1) 0.2717 Im 42n 2出nmsin叫2婀)吟国10.4767 ImId2 =1 二 I mSin td( t) = 5 ( 1 ) 0.5434 Im 汽 4n 2I2 =J1 疝 msinst)2dg)=管：21 m mId3= ； 1md( t) =1 Im2兀041 o, 21.I3 =-021md(t)=-Im2 25 .上题中如果不考虑平安裕量 ,问100A的晶闸管能送由 的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少这时,相应的电流最大值 Im1、Im2、1m3各为多少解：额

9、定电流I T(AV) =100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知a)Im1 89.48 b)Im2 126.56c)第三章整流电路Im1- 兴329.35,0.4767'Im2 . 232.90,0.6741'Im3=2 I = 314,Id10.2717Id2Id3=43.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中L值极大,当a =300时,要求：作曲Ud、0.5434Im3=78.5R= 2Q ,id、和i2的波形;求整流输由平均电压 Ud、电流M变压器二次电流 有效值%；考虑平安裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流.解：“、id、和i2的波形如以

10、下图：输由平均电压 Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2分别为Ud=0.9 U2 cosa =0.9X 100 X cos30 =77.97 (V)Id=Ud / R= 77.97/ 2=38.99 (A)I2=Id = 38.99 (A)晶闸管承受的最大反向电压为：近U2=100、2 = 141.4 (V)考虑平安裕量,晶闸管的额定电压为：Un =(23) X 141.4= 283424 (V)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取.流过晶闸管的电流有效值为：IVT=Id/ g= 27.57 (A)晶闸管的额定电流为：IN= ( 1.5-2) X 27.57/ 1.57= 2635 (A)具

11、体数值可按晶闸管产品系列参数选取.4 .单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画由整流二 极管在一周内承受的电压波形.解：注意到二极管的特点：承受电压为正即导通.因此,二极管承受的电压不会由现正的局部.在电路中器件均不导通的阶段,交流电源电压由晶闸管平衡.整流二极管在一周内承受的电压波形如下：5 .单相桥式全控整流电路,5=100V,负载中R=2Q ,L值极大,反电势 E=60V,当"=30时,要求：作曲“、id和i2的波形；求整流输由平均电压 Ud、电流 显 变压器二次侧电流 有效值一考虑平安裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流.解：5、id和i2的波形如以下图：整流输由平均电压Ud、

12、电流Id,变压器二次侧电流有效值I2分别为Ud= 0.9 U2 cosa = 0.9 X 100 X cos30 = 77.97(A)Id =(UdE)/R= (77.97 60)/2= 9(A)I2=l =9(A)晶闸管承受的最大反向电压为：及U2=10072=141.4 (V)流过每个晶闸管的电流的有效值为：Ivt= Id / V2 = 6.36 (A)故晶闸管的额定电压为：UN= (23) X 141.4= 283424 (V)晶闸管的额定电流为：IN= (1.52)X6.36 / 1.57 = 68 (A)晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参 数选取.11.三相半波可控整

13、流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5Q , L值极大,当口=60口时,要求： 画由“、id和H的波形； 计算5、Id、IdT和 IVT.解：5、id和Si的波形如以下图：bcOOubJiv"UaUcuuU2UdnO tUd、Id、IdT和IvT分别如下Ud=1.17U2cos = 1.17X100 Xcos60 = 58.5 (V)Id=Ud/R= 58.5/5=11.7 (A)IdVT=Id/3=11.7/3=3.9 (A)Ivt= Id / 需=6.755 (A)13.三相桥式全控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5Q , L值极大,当口 =60*寸,要求：

14、画由小、id和H的波形；计算Ud、Id、IdT和 IVT.解：ud、id和Si的波形如下:uc1OidUabUacnm , ivUbcUba UcaV I VI I UcbUabUacUd1UbOO"-1 1OU2)=60.E U UaId、IdT 和 IVT 分别如下Ud、Ud=2.34U2cos = 2.34 X 100 Xcos60 M17 (V)Id=Ud/R= 117/5=23.4 (A)Idvt= Id/3=23.4/3=7.8 (A)Ivt= Id / V3 = 23.4 /、3 = 13.51 (A)15.三相半波可控整流电路,反电动势阻感负载,U2=100V, R=

15、1Q , L=oo, E=1mH,求当 =30口时、E=50V 时Ud、I、尸的值并作由 出与 电1和32的波形.解：考虑Lb时,有：Ud = 1.17U2COSa 一 A UdAUd=3XBld/ 2 兀Id=5E / R解方程组得:Ud=(兀 R 1.17U2COS.+3XbE) / (2ttR+ 3Xb) =94.63 (V) A Ud= 6.7 (V) Id= 44.63 (A)又COSa - cos(a +V)= 21dxb / 妮 U2 即得由 cos(30 )=0.752 换流重叠角 尸=41.28 30 =11.28Ud、,VT1和电2的波形如下：U2dLUaUbUc17.三相

16、全控桥,反电动势阻感负载,E=200V, R=1Q,L=oo, U2=220V, a=60 当 Lb=0 和 Ls=1mH 情况下分别 求Ud、Id的值,后者还应求不并分别作由 “与1的波形. 解：当3=0时：Ud=2.34U2COSa = 2.34X 220X cos60= 257.4 (V)Id= (UdE) / R= ( 257.4-200) / 1 = 57.4 (A)当3=1mH时Ud= 2.34U2COSa A UdA Ud= 3%Id / 兀Id= (Ud-E) / R解方程组得：Ud= (2.34 兀 U2R cos a +3XbE) / (兀 R+ 3Xb) =244.15

17、(V)Id= 44.15 (A)AUd=13.25 (V)又COSa cos(a +V)= 2XBld / 6 U2cos(60° + Y) = 0.4485丫 =63.35 60 = 3.35VT1和IvT2的波形如下：IVVI第1章绪论1电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和限制的技术,是应用于电力领域的电子技术,主要用于电力变换.2电力变换的种类(1)交流变直流AC-DC整流(2)直流变交流DC-AC逆变(3)直流变直流DC-DC 一般通过直流斩波电路实现(4)交流变交流AC-AC 一般称作交流电力限制3电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术.第2章

18、电力电子器件1电力电子器件与主电路的关系(1)主电路：指能够直接承担电能变换或限制任务的电路.(2)电力电子器件：指应用于主电路中,能够实现电能变换或限制 的电子器件.2电力电子器件一般都工作于 开关状态,以减小本身损耗.3电力电子系统根本组成与工作原理(1) 一般由主电路、限制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等 组成.(2)检测主电路中的信号并送入限制电路,根据这些信号并根据系统工作要求形成电力电子器件的工作信号.(3)限制信号通过驱动电路去限制主电路中电力电子器件的导通或关断.(4)同时,在主电路和限制电路中附加一些保护电路,以保证系统正常可靠运行.4电力电子器件的分类根据限制信号所限制

19、的程度分类(1)半控型器件：通过限制信号可以限制其导通而不能限制其关断的电力电子器件.如SCR1闸管.(2)全控型器件：通过限制信号既可以限制其导通,又可以限制其关断的电力电子器件.如 GTO GTR MOSFE和IGBT.(3)不可控器件：不能用限制信号来限制其通断的电力电子器件.如电力二极管.根据驱动信号的性质分类(1)电流驱动型器件：通过从限制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件.如 SCR GTO GTR(2)电压驱动型器件：通过在限制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件.如 MOSFETIGBT.根据器件内部载流子参与导电的情况分类(1)

20、单极型器件：内部由一种载流子参与导电的器件.如MOSFET(2)双极型器件：由电子和空穴两种载流子参数导电的器件. 如SCRGTO GTR(3)复合型器件：有单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件.如 IGBT.5半控型器件一晶闸管SCR将器件N1、P2半导体取倾斜截面,那么晶闸管变成 V1-PNP和V2-NPN 两个晶体管.电力二极管的主要参数正向平均电流IF(AV)指电力二极管长期运行时,在指定的管壳温度(简称壳温,用TC表示)和散热条件下,其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值 IF(AV)是根据电流的发热效应来定义的,使用时应按有效值 相等的原那么来选取电流定额,并应留有一定的裕量

21、.正向压降UF指电力二极管在指定温度下,流过某一指定的稳态正向电流时 对应的正向压降.反向重复峰值电压URRM指对电力二极管所能重复施加的反向最顶峰值电压.使用时,应当留有两倍的裕量.最高工作结温TJM 结温是指管芯PN结的平均温度,用TJ表示. 最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高 平均温度. TJM通常在125175 C范围之内.反向恢复时间trr浪涌电流IFSM指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流.电力二极管的主要类型普通二极管又称整流二极管,快恢复二极管,快恢复外延二极管,肖 特基二极管肖特基二极管优缺点?优点：反向恢复时间很短(1040ns),正

22、向恢复过程中不会有明显 的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小,明显低于快恢复二极管；因此,其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还 要小,效率高.?弱点：当所能承受的反向耐压提升时其正向压降也会高得不能 满足要求,因此多用于200V以下的低压场合；反向漏电流较大且对 温度敏感,因此反向稳态损耗不能忽略,而且必须更严格地限制其工 作温度.晶闸管的导通工作原理(1)当AK间加正向电压Ea,晶闸管不能导通,主要是中间存在反向 PN结.(2)当GK间加正向电压Eg, NPNf1体管基极存在驱动电流Ig, NPN 晶体管导通,产生集电极电流 片2.(3)集电极电流%2构成PNP的基极驱动电

23、流,PNP导通,进一步放 大产生PNP®电极电流Im(4) ici与Ig构成NPN勺驱动电流,继续上述过程,形成强烈的负反 馈,这样NPW口 PNP两个晶体管完全饱和,晶闸管导通.2.3.1,4.3 晶闸管是半控型器件的原因(1)晶闸管导通后撤掉外部门极电流Ig,但是NPNS极仍然存在电 流,由PNPft电极电流必供给,电流已经形成强烈正反响,因此晶闸 管继续维持导通.(2)因此,晶闸管的门极电流只能触发限制其导通而不能限制其关断.2.3.1,4.4晶闸管的关断工作原理满足下面条件,晶闸管才能关断：(1)去掉AK间正向电压；(2) AK间加反向电压；(3)设法使流过晶闸管的电流降低到

24、接近于零的某一数值以下.2.3.2,1.1 晶闸管正常工作时的静态特性(1)当晶闸管承受反向电压时,不管门极是否有触发电流,晶闸管 都不会导通.(2)当晶闸管承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下晶闸 管才能导通.(3)晶闸管一旦导通,门极就失去限制作用,不管门极触发电流是 否还存在,晶闸管都保持导通.(4)假设要使已导通的晶闸管关断,只能利用外加电压和外电路的作 用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下.2.4.1.1 GTO 的结构(1) GTOW普通晶闸管白相同点：是 PNPNE层半导体结构,外部引 出阳极、阴极和门极.(2) GTOW普通晶闸管的不同点：GTO一种多元的功率集

25、成器件, 其内部包含数十个甚至数百个供阳极的小 GT航,这些GT航的阴极 和门极在器件内部并联在一起,正是这种特殊结构才能实现门极关断 作用.2.4.1.2 GTO 的静态特性(1)当GTC承受反向电压时,不管门极是否有触发电流,晶闸管都 不会导通.(2)当GTC承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下晶闸管 才能导通.(3) GTO导通后,假设门极施加反向驱动电流,那么 GTO断,也即可 以通过门极电流限制GTOI通和关断.(4)通过AK间施加反向电压同样可以保证 GTO断.2.4.3 电力场效应晶体管MOSFET(1)电力MOSFE是用栅极电压来限制漏极电流的, 因此它是电压型 器件.(

26、3)当Ugs大于某一电压值Ut时,栅极下P区外表的电子浓度将超 过空穴浓度,从而使P型半导体反型成N型半导体,形成反型层.2.4.4 绝缘栅双极晶体管IGBT(1) GTR和GTO双极型电流驱动器件,具优点是通流水平强,耐 压及耐电流等级高,但缺乏是开关速度低,所需驱动功率大,驱动电 路复杂.(2)电力MOSFET单极型电压驱动器件,具优点是开关速度快、所 需驱动功率小,驱动电路简单.(3)复合型器件：将上述两者器件相互取长补短结合而成,综合两 者优点.(4)绝缘栅双极晶体管IGBT是一种复合型器件,由 GTRffl MOSFET两个器件复合而成,具有 GT济口 MOSFE两者的优点,具有良好

27、的特性.1 IGBT是三端器件,具有栅极 G集电极C和发射极E.IGBT由MOSFET GT商合而成.3.7.1.3逆变产生的条件1单相全波电路相当于发电机-电动机系统2单相全波电路整流状态-电动机电动状态系统 电动机处于电动运行状态,全波电路处于整流工作状态0<.<工,27直流输出电压Ud>0,而且Ud>EM,才能输出电枢电流 匕=吐啊.R三 能量流向：交流电网输出电功率,电动机输入电功率.3单相全波电路有源逆变状态-电动机发电回馈制动系统 电动机处于发电回馈制动运行状态,由于晶闸管单向导电性,电路内id的方向依然不变. 这样,要保证电动机有电动运行变成发电回馈制动运

28、行,必须改变Em的极性,同时直流输出电压Ud也改变极性Ud<0, 1<«<no此时,必须保证Em >Ud ,必=皿±,才能把电能从直流侧送到 R三交流侧,实现逆变. 能量流向：电动机输出电功率,交流电网吸收电功率. 全波电路有源逆变工作状态下,为什么晶闸管触发角处于怖<口<一仍能导通运行答：主要由于全波电路有外接直流电动势 Em的存在且|EM>Ud ,这是 电动机处于发电回馈制动状态时得到的, 这样能够保证系统得到很大的续流,即使晶闸管的阳极电位大局部处于交流电压为负的半周期, 但是仍能承受正向电压而导通.(4)有源逆变产生的条件

29、变流电路外侧要有直流电动势,其极性必须和晶闸管的导通方向一致,其值应大于变流电路直流侧的平均电压.要求晶闸管的限制触发角0f>5,使Ud为负值.第4章逆变电路(1)逆变定义：将直流电能变成交流电能.(2)有源逆变：逆变电路的交流输出侧接在电网上.(3)无源逆变：逆变电路的交流输出侧直接和负载相连.换流方式分为外部换流和自换流两大类, 外部换流包括电网换流和负载换流两种,自换流包括器件换流和强迫换流两种.换流概念在晶闸管时代十分重要,全控型器件时代其重要性有所下降.?分类,直接耦合式强迫换流(也叫电压换流)：由换流电路内电容直 接提供换流电压.,电感耦合式强迫换流(也叫电流换流)：通过换流

30、电路内的电 容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流.熄灭：当电流不是从一个支路向另一个支路转移, 而是在支路内部终止流通而变为零,那么称为熄灭4.2电压型逆变电路(1)逆变电路分类：根据直流侧电源性质可以分为 电压(源)型逆 变电路和电流(源)型逆变电路.(2)电压(源)型逆变电路 VSI:直流侧为电压源.(3)电流(源)型逆变电路 CSI:直流侧为电流源.(4)电压型逆变电路举例：直流侧为电压源,或并联有大电容.直流侧电压根本无脉动,直 流回路呈低阻抗. 由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并 且与负载阻抗角无关.而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况 的不同而不同. 当

31、交流侧为阻感负载时,需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲 无功能量的作用. 图中逆变桥各臂都并联反响二极管,为了给交流侧向直流侧反响的无功能量提供通道.电压型逆变电路的特点 直流侧为电压源或并联大电容,直流侧电压根本无脉动. 由于直流电压源的钳位作用,输出电压为矩形波,输出电流因负载 阻抗不同而不同. 阻感负载时需提供无功功率,为了给交流侧向直流侧反响的无功能 量提供通道,逆变桥各臂并联反响二极管.半桥逆变电路：在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容, 两个 电容的联结点便成为直流电源的中点,负载联接在直流电源中点和两 个桥臂联结点之间.全桥逆变电路共四个桥臂,可看成两个半桥电路组合而成.两对桥

32、臂交替导通180 o输出电压和电流波形与半桥电路形状相同,但幅值高出一倍.在这种情况下,要改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电 压Ud来实现.三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路.4.3电流型逆变电路直流电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路.电流型逆变电路主要特点：直流侧串大电感,电流根本无脉动,相当于电流源.交流输出电流为矩形波,与负载阻抗角无关,输出电压波形和相位因负载不同而不同.直流侧电感起缓冲无功能量的作用,不必给开关器件反并联二极 管.自励方式：实际工作过程中,感应线圈参数随时间变化,必须使工 作频率适应负载的变化而自动调整,这种限制方式称为自励方式.他励方式：固定工作

33、频率的限制方式称为他励方式.第7章 PWM Pulse Width Modulation 限制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,即通过对一系列脉冲的宽度进行调制, 来等效地获得所需要 波形含形状和幅值.PWM变电路限制波常用方法计算法根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数,将PW瞰形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出来, 根据计算结果 限制逆变电路中各开关器件的通断,就可以得到所需要的 PW瞰形, 这种方法称之为计算法.调制法把希望输出的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过信号波的调制得到所期望的 PW瞰形.通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波, 其中等腰三角波应用最多.载波比：载波频率fc与调制信号频率fr之比N= fc/fr PWMH制方式可分为异步调制和同步调制两种.异步调制：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调 制.同步调制：载波比N等于常数,并在变频时使载波和信号波保持同步 的方式称为同步调制.自然采样法：在正弦波和三角波的自然交点时刻限制功率开关器件的通断,这种生成SPW帔形的方法称为自然采样法.规那么采样法：是一种应用较广的工