第十章電力電子學(xué)-晶閘管及其電路

1、第十章 電力電子學(xué)10.1晶閘管的導(dǎo)通條件是什么？導(dǎo)通后流過(guò)晶閘管的電流決定于什么？晶閘管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄嗟臈l件是什么？阻斷后它所承受的電壓決定于什么？ 晶閘管的導(dǎo)通條件是:(1) 晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間加正向電壓。（2）晶閘管的陽(yáng)極和控制極通時(shí)加正相電壓市晶閘管才能導(dǎo)通. 導(dǎo)通后流過(guò)晶閘管的電流決定于(電壓不變時(shí))限流電阻(使用時(shí)由負(fù)載)決定. 晶閘管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄嗟臈l件是當(dāng)減少陽(yáng)極電壓或增加負(fù)載電阻時(shí),陽(yáng)極電流隨之減少,當(dāng)陽(yáng)極電流小于維持電流時(shí),晶閘管便從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)化維阻斷狀態(tài). 阻斷后它所承受的電壓決定于陽(yáng)極和陰極的反向轉(zhuǎn)折電壓.10.2晶閘管能否和晶體管一樣構(gòu)成放大器？為什么？ 晶閘

2、管不能和晶體管一樣構(gòu)成放大器,因?yàn)榫чl管只是控制導(dǎo)通的元件,晶閘管的放大效應(yīng)是在中間的PN節(jié)上.整個(gè)晶閘管不會(huì)有放大作用.10.3試畫(huà)出題10.3圖中負(fù)載電阻R上的電壓波形和晶閘管上的電壓波形。10.4 如題4 如題10.4圖所示，試問(wèn)： 在開(kāi)關(guān)S閉合前燈泡亮不亮？為什么？ 在開(kāi)關(guān)S閉合后燈泡亮不亮？為什么？ 再把開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后燈泡亮不亮？為什么？ 在開(kāi)關(guān)S閉合前燈泡不亮,因?yàn)榫чl管沒(méi)有導(dǎo)通. 在開(kāi)關(guān)S閉合后燈泡亮,因?yàn)榫чl管得控制極接正電,導(dǎo)通. 再把開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后燈泡亮,因?yàn)榫чl管導(dǎo)通后控制極就不起作用了.10.5 如題10.5圖所示，若在t1時(shí)刻合上開(kāi)關(guān)S，在t2時(shí)刻斷開(kāi)S，試畫(huà)出負(fù)載電阻R

3、上的電壓波形和晶閘管上的電壓波形。10.6 晶閘管的主要參數(shù)有哪些？ 晶閘管的主要參數(shù)有斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRE :在控制極斷路何竟閘管正向阻斷的條件下,可以重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓,其數(shù)值規(guī)定比正向轉(zhuǎn)折電壓小100V. 反向重復(fù)峰值電壓URRM:在控制極斷路時(shí),可以重復(fù)加在晶閘官元件上的反向峰值電壓. 額定通態(tài)平均電流 (額定正向平均電流)IT. 維持電流IH:在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路時(shí),維持元件導(dǎo)通的最小電流.10.7 如何用萬(wàn)用表粗測(cè)晶閘管的好壞？ 良好的晶閘管,其陽(yáng)極A與陰極K之間應(yīng)為高阻態(tài).所以,當(dāng)萬(wàn)用表測(cè)試A-K間的電阻時(shí),無(wú)論電表如何接都會(huì)為高阻態(tài),而G-K間的逆向電

4、阻比順向電阻大.表明晶閘管性能良好.10.8 晶閘管的控制角和導(dǎo)通角是何含義？晶閘管的控制角是晶閘官元件承受正向電壓起始到觸發(fā)脈沖的作用點(diǎn)之間的點(diǎn)角度.導(dǎo)通角是晶閘管在一周期時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通得電角度.10.9 有一單相半波可控整流電路，其交流電源電壓U2=220V ,負(fù)載電阻RL=10 ,試求輸出電壓平均值Ud的調(diào)節(jié)范圍,當(dāng)=/3，輸出電壓平均值 Ud和電流平均值Id 為多少？并選晶閘管.Ud=1/22sinwtd(wt)=0.45U2(1+cos)/2=0.45*220(1+1)/2=99V 輸出電壓平均值Ud的調(diào)節(jié)范圍0-99V當(dāng)=/3時(shí) Ud= 0.45U2(1+cos)/2=0.45*220

5、*（1+0.866）/2=92.4V 輸出電壓平均值 Ud=92.4V電流平均值Id= Ud/RL =92.4/10 =9.24A10.10 續(xù)流二極管有何作用？為什么？若不注意把它的極性接反了會(huì)產(chǎn)生什么后果？續(xù)流二極管作用是提高電感負(fù)載時(shí)的單相半波電路整流輸出的平均電壓。導(dǎo)通時(shí)，晶閘管承受反向電壓自行關(guān)斷，沒(méi)有電流流回電源去，負(fù)載兩端電壓僅為二極管管壓降，接近于零，所以由電感發(fā)出的能量消耗在電阻上。若不注意把它的極性接反會(huì)造成帶電感性負(fù)載不會(huì)得電。10.11 試畫(huà)出單相半波可控整流電路帶不同性質(zhì)負(fù)荷時(shí)，晶閘管的電流波形與電壓波形。10.12 有一電阻型負(fù)載，需要直流電壓 Ud=60V,電流I

6、d=30A供電，若采用單相半波可控整流電路，直接接在220V的交流電網(wǎng)上，試計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角。Ud=0.45U2(1+cos)/260=0.45*220*（1+ cos）/2=77.8+=102.2晶閘管的導(dǎo)通角10.13 有一電阻負(fù)載需要可調(diào)直流電壓Ud= 0V60V, 電流Id=0A10A,現(xiàn)選用一單相半控橋式可控制流電路，試求電源變壓器副邊的電壓和晶閘管與二極管的額定電壓和電流。 Ud=0.9U2(1+cos)/2 60=0.9* U2(1+1)/2 U2=66.7V 電源變壓器副邊的電壓為66.7V 10.14 三相半波可控整流電路，如在自然換相點(diǎn)之前加入觸發(fā)脈沖會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？畫(huà)出

7、這時(shí)負(fù)載側(cè)的電壓波形圖。三相半波可控整流電路，如在自然換相點(diǎn)之前加入觸發(fā)脈沖Ua使VS1上電壓為正,若t1時(shí)刻向VS1控制極加觸發(fā)脈沖, VS1立即導(dǎo)通,當(dāng)A相相電壓過(guò)零時(shí), VS1自動(dòng)關(guān)斷.10.15 三相半波電阻負(fù)載的可控整流電路，如果由于控制系統(tǒng)故障，A相的觸發(fā)脈沖丟失，試畫(huà)出控制角=0時(shí)的整流電壓波形。10.16 三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載，如果有一只晶閘管被擊穿，其它晶閘管會(huì)受什么影響？ 如果有一只晶閘管被擊穿，其它晶閘管會(huì)受影響.造成三相橋式全控整流電路失控.10.17 晶閘管對(duì)觸發(fā)電路有哪些要求？觸發(fā)電路主要有那三個(gè)環(huán)節(jié)？每個(gè)環(huán)節(jié)的功能是什么？晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的要求是 觸發(fā)

8、電路應(yīng)能夠供給足夠大的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流. 由于晶閘管由截止?fàn)顟B(tài)到完全導(dǎo)通需要一定的時(shí)間因此,觸發(fā)脈沖的寬度必須在10微秒以上,才能保證晶閘管可靠觸發(fā).不觸發(fā)時(shí),觸發(fā)電路的輸出電壓應(yīng)該小于0.15-0.20V為了提高抗干擾能力,必要時(shí)可在控制極上加一個(gè)1V-2V的負(fù)偏壓.觸發(fā)脈沖的前沿要陡,前沿最好在10微秒以上.在晶閘管整流等移相控制的觸發(fā)電路中,觸發(fā)脈沖應(yīng)該和主回路同步.10.18 單結(jié)晶體管自震蕩電路的震蕩頻率是由什么決定的？為獲得較高的震蕩頻率，減小充電電阻R與減小電容C效果是否一樣？R的大小受哪些因素的限制？為什么？ 振蕩周期T=RCln1/1-,主要決定于放電時(shí)間常數(shù)RC. 減小充

9、電電阻R與減小電容C效果不一樣, R的大小受峰點(diǎn)電流和谷點(diǎn)電流的限制.因?yàn)闉榇_保單接晶體管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通,實(shí)際通過(guò)充電電阻流入單接晶體管的電流,必須大于峰點(diǎn)電流.當(dāng)發(fā)射極電壓等于谷點(diǎn)電壓時(shí),為確保單結(jié)晶體管導(dǎo)通后恢復(fù)截止,實(shí)際流過(guò)單接晶體管的電流必須小于谷點(diǎn)電流.10.19 為什么晶閘管的觸發(fā)脈沖必須與主電路的電壓同步？ 因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用的晶閘管觸發(fā)電路,必須是觸發(fā)脈沖與主電路電壓同步,要求在晶閘管承受正向電壓的半周內(nèi),控制極獲得一個(gè)正向的觸發(fā)脈沖的時(shí)刻相同,否則由于每個(gè)正半周的控制角不同,輸出電壓就會(huì)忽大忽小的波動(dòng),為此,在電源電壓正半周經(jīng)過(guò)零點(diǎn)時(shí),觸發(fā)電路的電容c必須把電全部放掉,在下一個(gè)正半

10、周重新從零開(kāi)始充電,只有這樣才能確保每次正半周第一個(gè)觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)間相同.10.20 在單結(jié)晶體管觸發(fā)電路中，改變電阻R為什么能實(shí)現(xiàn)移相？移相的目的是什么？ 移相控制時(shí)只要改變R ,就可以改變電容電壓uc上升到Up的時(shí)間,亦即改變電容開(kāi)始放電產(chǎn)生脈沖使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通的時(shí)刻,從而達(dá)到移向的目的. 10.21 試簡(jiǎn)述有源逆變器的工作原理，逆變得條件和特點(diǎn)是什么?有源逆變器的工作原理在t1時(shí)刻觸發(fā)VS1使之導(dǎo)通,ud=uA,在1-2區(qū)間,ud>Ud.id是增加的,感應(yīng)電勢(shì)eL的極性是左正右負(fù),電感存儲(chǔ)能量,到2點(diǎn)時(shí), ud<Ud此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性為左負(fù)右正,將存儲(chǔ)的能量釋放,ud<

11、;E時(shí)仍能維持VS1繼續(xù)導(dǎo)通直到t3時(shí)刻觸發(fā)VS2導(dǎo)通為止.依次觸發(fā)VS2 VS3.由ud波形可知在一個(gè)周期中波形的正面極大于負(fù)面積,故Ud>0,要使電路工作于逆變狀態(tài),必須使Ud 及E的極性與整流狀態(tài)相反,并且要求E>=Ud,只有滿(mǎn)足這個(gè)條件才能將直流側(cè)電能反送到交流電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有源逆變.10.22 試論述單相晶閘管橋式逆變器的基本工作原理，如何實(shí)現(xiàn)電壓控制？逆變器的換流過(guò)程是怎樣進(jìn)行的？ 單相晶閘管橋式逆變器,如果VS1導(dǎo)通,UAN=Ud,如果VS3導(dǎo)通時(shí),B點(diǎn)相對(duì)于負(fù)極N電位正,即UBN=Ud.當(dāng)VS1關(guān)斷而VS2導(dǎo)通時(shí),A點(diǎn)電位為負(fù),當(dāng)關(guān)斷VS3而觸發(fā)導(dǎo)通VS4時(shí),B點(diǎn)電位為負(fù),因此周期性得導(dǎo)通和關(guān)斷VS1和VS2就會(huì)產(chǎn)生一系列正脈沖電壓UAN,同樣周期性的導(dǎo)通和關(guān)斷VS3和VS4,會(huì)產(chǎn)生同樣的正脈沖電壓.控制的導(dǎo)通時(shí)間就會(huì)實(shí)現(xiàn)電壓的控制.10.23 晶閘管元件串聯(lián)時(shí)，應(yīng)注意哪些問(wèn)題？元件的均流，均壓方法有那幾種？ 晶閘管元件串聯(lián)時(shí)，應(yīng)注意均壓?jiǎn)栴}，元件的均壓?jiǎn)栴}可采取在每個(gè)串聯(lián)工作的元件兩端并聯(lián)點(diǎn)組合