电力电子技术4
电力电子技术(第4版)第3讲 电力电子器件
电力电子技术
第1章：
电力电子器件
⑵ GTO的动态特性
iG
开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间 t s ，使等效晶体退出饱 和 。 下降时间 t f ，
O t
尾部时间 t —残存载流子复
t
iA IA 90%合。
10%IA 0
电力电子器件
③最大可关断阳极电流 I A T O ——GTO额定电流。 ④ 电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电 流最大值IGM 之比称为电流关断增益。
o ff
I ATO I GM
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 电力电子技术
A 强 G K O U AK 光强度 弱
a)
b)
因此目前在高压大功率 的场合。
图1-10 光控晶闸管的电气 图形符号和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
电力电子技术
第1章：
电力电子器件
1.6
典型全控型器件
1.6.0 引言
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。
20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时 代。
第1章：
电力电子器件
1.6.2
术语用法：
电力晶体管
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为 巨型晶体管） 。
耐 高 电 压 、 大 电 流 的 双 极 结 型 晶 体 管 （ Bipolar Junction Transistor——BJT），英文有时候也称 为Power BJT。 应用:
电力电子技术习题四(含答案)
练习题四1、为保证晶闸管装置能正常工作，触发装置必须满足什么要求？2、单结管触发电路中，作为Ubb的削波稳压管如两端并接滤波电容，电路能否正常工作？如，电路又会出现什么情况？3、用分压比为0.6的单结晶体管组成的振荡电路，Ubb=20V，问峰值电压Up为多大？若管子b1脚b2脚虚焊，则电容两端电压约为多少？4、简述叠加原理。
5、锯齿波同步触发电路包括哪些环节？6、简述集成触发电路的特点。
7、什么叫定相，定相的步骤如何体现？8、读图练习。
下图为单结管分压比测量电路，测量步骤为：合上按钮SB，调节50KΩ电位器，使电表读数为100A，放开按钮SB，电表读数与之比即为管子分压比。
试分析其原理。
9、触发电路中设置控制电压Uc与偏移电压Ub各起什么作用？在使用中如何调整？答案：1、要求：触发信号应该有足够的功率触发脉冲应该有足够的宽度触发电路电源电压与主电路电源电压同步，并有一定的相位差。
防止干扰与误触发2、并接滤波电容时，电路不能正常工作，无过零点。
稳压管损坏断路，两腰不直，移相范围减小。
3、峰值电压为12.7V，若b1脚虚焊，电容两端电压为20V；若b2脚虚焊，电容两端电压为0.7V。
4、叠加原理：将同步电压与一个或几个直流控制电压叠加，改变晶闸管的导通时刻，达到触发脉冲移相的目的。
5、包括环节：脉冲形成放大环节，锯齿波形成、同步移相环节，其他环节（强触发、双脉冲形成、脉冲封锁）6、集成触发电路的特点：体积小、功耗低、调试接线方便、性能稳定可靠。
7、定相：正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步信号电压的方法，称为晶闸管的同步或定相。
步骤：①根据不同触发电路与脉冲移相范围的要求，确定同步信号电压Us与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系；②根据整流变压器TR的接法与钟点数，以电网某线电压作参考矢量，画出整流变压器二次侧也就是晶闸管阳极电压的矢量位置；再根据步骤①确定的Us与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系，画出对应的同步相电压与线电压矢量。
电力电子技术-第4章逆变电路讲解
4.3.1 单相电流型逆变电路
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并抗电个采 电限应C谐联，压桥和用 压制称振谐谐波臂L负 （晶之式振波形、，载 呈闸为逆回在接R每换 容管容变构路负近桥相性开性电成对载正臂方）通小路并基上弦晶式。时失（联波产波闸，的谐但谐呈生。管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
4.2.1 单相电压型逆变电路
1、 半桥逆变电路 •（1）电路图
+
Ud 2
Ud
Ud 2
-
V1 io R L
u o V 2
a)
VD 1
VD 2
*导电方式：
V1，V2信号互补，
各导通180゜。
•半桥逆变电路有两个桥臂， 每个桥臂有一个可控器件和一 个反并联二极管组成。 •在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容，两个电容的 联结点是直流电源的中点。 •负载联结在直流电源中点和 两个桥臂联结点之间。
能否不改变直 流电压，直接进行 调制呢？为此提出 了导电方式二：
移相导电方式。
*导电方式二：移相调压 调节输出电压脉冲的宽度
采用移相方式调节逆变电路的输出电压
• 各IGBT栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V1和V2栅极信号互补， V3和V4栅极信号互补； • V3的基极信号不是比V1落后180°，
而是只落后q ( 0< q <180°)；
• 也就是：V3、V4的栅极信号分别比
V2、V1的前移180°-q 。
工作过程
•t1时刻以前V1，V4通，u0=ud, io 从 0 增加； •t1时刻V4断，V1，VD3续流，u0=0，io 下降； • t2时刻V1也关断，io 还未下降到0，于是VD2，VD3续流，u0=-ud。 •直到io过0变负，V2，V3通，u0=-ud, io从0负增加； •t3时刻V3断，V2，VD4续流，u0=0，io 负减小； • t4时刻V2也关断，io 还未减小到0，于是VD1，VD4续流，u0=ud。
电力电子技术-第4章逆变电路
ON
VD
14
VD
VD b)
VD
固定180°移相方波控制方式
思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电 压的有效值（即幅值），应该采取什么样的方式？ ★只能靠改变输入直 流电压的大小来改变 输出电压的有效值。 能否不改变直流电 压，直接进行调制 呢？为此提出了导 电方式二：
移相导电方式。
课程回顾
uo S 4
图5-1 i 从电源负极流出，经 S S3流回正极，负载电 2、负载和 o t1时刻断开 St 、 S ，合上 S 、 S ， u 变负，但 u 1 1前： 4 S1、S4通， 2 3 o 和i o o 均为正 io不能立刻 电流从一条支路转移到另一条支路称为换流。 感能量向电源反馈， io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io 反向
负载提供能量。
VD V
2 2
• VD 1 或 VD 2 通时， i o 和 u o 反
a) uo Um O -Um io O t3 t4 t1 t 2 t5 t6 V1 V2 V1 V2 VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 b)
向，负载电感中贮藏的能量
向直流侧反馈。
t
• 输出电压 uo 为矩形波，幅
• 全桥逆变电路
*导电方式一： V1,V4同时通断；
uo Um O
V2,V3同时通断；
V1,V4与V2,V3信号 互补，各导电180 ゜。
-Um
io O t3 t1 t 2 V 14 VD
14
t
t4 t5 t6 V 23
23
t
V2
23
ON
V 14
14
VD
VD b)
VD
思考：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压
电力电子技术(第四版)课后答案
第5章逆变电路5.l.无源逆变电路和有源逆变电路有何不同?答:两种电路的不同主要是:有源逆变电路的交流侧接电阿,即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
5.2.换流方式各有那儿种?各有什么特点?答:换流方式有4种:器件换流:利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
电网换流:由电网提供换流电压,只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流:由负载提供换流电压,当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时,可实现负载换流。
强迫换流:设置附加换流电路,给欲关断的晶闸管强追施加反向电压换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现,也称电容换流。
晶闸管电路不能采用器件换流,根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
5.3.什么是电压型逆变电路?什么是电流型逆变电路?二者各有什么特点？答:按照逆变电路直流测电源性质分类,直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路,直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要持点是:①直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。
②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。
③当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。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路的主要特点是:①直流侧串联有大电感,相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动,直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径,因此交流侧输出电流为矩形波,并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流测电惑起缓冲无功能量的作用。
因为反馈无功能量时直流电流并不反向,因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
电力电子技术 第4章 习题集答案
U o max
此时负载电流最大，为
1 ( 2U 1 sin t ) 2 dt U 1 0
Po max I
功率因数为：
2 o max
220 R 37.532( KW ) R37532 0.6227 U 1 I O 220 273.98
实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即
cos 0 .6227
60 .54
同理，输出功率为最大输出功率的 50%时，有：
U o 0.5U 1
又由
U O U1
解得：
sin 2 2
90
2、一单相交流调压器，电源为工频 220V ，阻感串联作为负载，其中 R=0.5 ΩL=2mH, 试求①开通角α的变化范围；②负载电流的最大有效值；③最大输出功率及此时电源侧的功 率因数；④当α=
时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。 2
解：①负载阻抗角为：
arctan(
l 2 50 2 10 3 ) arctan( ) 0.89864 51.49 R 0.5
开通角α的变化范围为： 即： 0.89864 ③当 时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为
6、TCR 采用哪种三相交流调压电路（ C ） A、星型联结 B、线路控制三角型联结 C、支路控制三角形联结 D、中点控制三角形联结
2 0.803
电力电子技术电力电子技术习题4交流调压习题附答案
电力电子技术电力电子技术习题4交流调压习题附答案交流/交流变换器自测题【练习题5-1】一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻载，在a =0 时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%，50%时的开通角a。
解：a =0 时输出功电压最大，为：Uomax = 1此时负载电流最大，为：Iomax = UomaxR = UiR输出功率为最大输出功率的50%，有：U0 =又有U0 =Ui sin2a2【练习题5-2】一单相交流调压器，电源为功频220V，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。
试求：1)开通角a的变化范围2)负载电流的最大有效值；3)最大输出功率及此时电源侧的功率因数；4)当a = π解：（1）负载抗阻角为：φ= arctanωLR = arctan开通角a的变化范围；φ≤a ≤π 即0.***** ≤a ≤π（2）（3）当a= φ时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为：P功率因数为：实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即：cosφa =/2时，先假设晶闸管的导通角，由式（4-7）得：sin(解上式可得晶军品管导通角为：θ=2.375 =136.1°也可由关系图估计出θ的值。
此时，晶闸管电流有效值为：I=电源的侧功率因数为：λ=RI02于是可得出：λ=RI0【练习题5-3】试从电压波形、功率因数、电源容量、设备重量及控制方式等几方面,分析比较采用晶闸管交流调压与采用自耦调压器的交流调压有何不同?答:晶闸管交流调压电路输出电压的波形是正负半波都被切去一部分的正弦波,不是完整的正弦波,切去部分的大小与延迟角的大小有关。
这种非正弦交流电中包含了高次谐波,会造成干扰,如果不采取措施就会影响其他用电设备的正常工作,这点必须注意。
另外,随着延迟角的增大,功率因数降低,因此,如果输出电流不变,要求电源容量随之增大,这是它的缺点。
但是晶闸管交流调压设备重量轻,控制灵敏，易于实现远方控制和自动调切,这是它的优点。
《电力电子技术》习题答案(第四版,
第1章电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶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>0。
2. 维持晶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：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
要使晶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晶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。
第2章整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0和60时的负载电流Id，并画出ud与id波形。
解：α＝0时，在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。
因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立：考虑到初始条件：当ωt＝0时id＝0可解方程得：==22.51(A)ud与id的波形如下图：当α＝60°时，在u2正半周期60~180期间晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在u2负半周期180~300期间释放，因此在u2一个周期中60~300期间以下微分方程成立：考虑初始条件：当ωt＝60时id＝0可解方程得：其平均值为==11.25(A)此时ud与id的波形如下图：2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为2；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。