第3次作業(yè)一、名詞解釋題（本大題共20分，共5小題，每小題4分）動態(tài)均壓逆變失敗換相重疊角YSPWM波形功率模塊二、計算題（本大題共20分，共2小題，每小題10分）單相半波可控整流電路對電阻性負載供電，已知U=220V,要求輸出直流平均電壓U=80V，平均電流I=50A，試計算晶閘管的控制角a,導通角9各為何值？并選用晶閘管。'設(shè)交流電源相電壓U=220V,變流器為三相零式電路，R=0.2Q,Lf*。試2 工求當電動機在提升重物時，負載電流I=200A，反電勢E=180V時，變流器的控制角應(yīng)為何值？變流器處于何種工作狀態(tài)？又當電機在降落重物時起制動作用的負載電流I=200A，與電機轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的E=180V，試求此時變流器的控制角應(yīng)為何值？并分析能量傳輸關(guān)系。三、簡答題（本大題共30分，共5小題，每小題6分）分別簡述電流控制型器件的特點和電壓控制型器件的特點。溫度升高時，晶閘管的觸發(fā)電流、正反向漏電流、維持電流以及正反向轉(zhuǎn)折電壓各將如何變化？限制最小逆變角的方法有哪些？多相多重斬波電路有何優(yōu)點？GTR對驅(qū)動電路的基本要求是什么？四、分析題（本大題共10分，共1小題，每小題10分）試畫出三相全控橋變流裝置電路，要求電源變壓器采用Y/Y-12，同時若同步變壓器分別采用Y/Y-12和Y/Y-6，來滿足同步電壓U的相量滯后于晶閘管上所加T主電壓120°，需分別標明同步電壓，電源主電壓和晶閘管之間的對應(yīng)關(guān)系。五、綜合分析題（本大題共20分，共2小題，每小題10分）1.題目：如圖3所示電路中，U=200V，電路總電阻R=2Q，大電感負載，電流2連續(xù)。在直流輸出端測出Ud=90V。試計算：（1）控制角a=?；（2）流過晶閘管的電流平均值Idvt和有效值Ivt；（3）電路的功率因數(shù)。

圖］.2.三相全控橋式變流電路帶大電感負載，如圖4所示。當逆變角3=60°時,試在圖5上畫出：(1)輸出電壓波形uj(2)晶閘管V、的兩端電壓波形u； (3)流過晶閘管VT的電流波形I: 1T1 1 T1

答案：一、名詞解釋題（20分，共5題，每小題4分）1.參考答案：動態(tài)均壓是指對開通與關(guān)斷瞬態(tài)時各元件間電壓分配的均衡措施。由于元件動態(tài)參數(shù)和特性的差異，最主要是串聯(lián)元件開通時間和關(guān)斷時間的差異，造成元件開通和關(guān)斷的不一致。若兩個元件串聯(lián)運行，先關(guān)斷的元件或后開通的元件必然承受最咼的動態(tài)電壓，從而有可能使所有串聯(lián)的兀件因承受咼于轉(zhuǎn)折電壓或擊穿電壓而導通甚至損壞。解題方案：評分標準:2.參考答案：逆變運行時，一旦發(fā)生換相失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，形成極大的短路電流，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。解題方案：評分標準：3.參考答案：由于變壓器漏感的影響，將兩只換流的晶閘管同時導通所經(jīng)過的電角度，稱為換相重疊角Y。解題方案：評分標準：4.參考答案：脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱SPWM波形。解題方案：評分標準：5.參考答案：按照典型電力電子電路所需要的拓撲結(jié)構(gòu)，將多個相同的電力電子器件或多個相互配合使用的不同電力電子器件封裝在一個模塊中，不僅安裝方便，并可以縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性，更重要的是，對工作頻率較高的電路，這可以大大減小線路電感，從而簡化對保護和緩沖電路的要求。這種模塊被稱為功率模塊(PowerModule)。解題方案：評分標準：二、計算題(20分，共2題，每小題10分)參考答案：

I+a 2U-(OSUd=0.45U2 ——t得：cosa=~d 1=0.6162 0.45U2a=arccos(0.616);=52Q(■2)導通角：6=lS0°-52r=12S:(3)流過晶閘管的電流有效值：It二J"山號+"3「叮姑沁1)電機在提升重物時，I1)電機在提升重物時，Id=[P_2C6D4F73FBFFBFDFBA31A56CB4B702C7][P_24FD2328E4C200FB43E91266196032CD]Ud=IdRE+ED=200x0.2+180=220V怠)承受的最大正反向電壓Urm=Qu2=31W,取Uke=700V故選取Kp100-7^種晶閘管"解題方案：評分標準：2.參考答案:[P_24FD2328E4C200FB43E91266196032CD]Ud=IdRZ+ED=200x0.2+180=220V三相零式電路：Ud=1.17U2cosa,cosa=[P_D02740F5846CDEF4B9192C9E98EA31F5][P_36E5F96F6259769C064C???a=31.3。AFD8A4FD3C92]變流器處于可控整流狀態(tài)。(2)電機在降落重物時， =Id，???Ud-(ED-RvId)=-140VdDEdUd=-1.17U2cosP,-140=-1.17x220cos?, 卩=57.1。此時交流電網(wǎng)吸收的功率：Pd=UdId=140x200=28KW電阻R》上消耗的功率：PR=I[P_76DE2076CD13FFFAD235F59D0552FA86]RE=2002x0.2=8KW電勢ED給出的功率：PE=EDId=180x200=36KW1)電機在提升重物時，Id=

三相零式電路：Ud=1.17U2cosa,cosa= =[P_D02740F5846CDEF4B9192C9E98EA31F5][P_36E5F96F6259769C064C???a=31.3。AFD8A4FD3C92]變流器處于可控整流狀態(tài)。電機在降落重物時, =Id,[P_2C6D4F73FBFFBFDFBA31A56CB4B702C7]???Ud-(ED-RvId)=-140VdDLdUd=-1.17U2cosP,-140=-1.17x220cos?, 卩=57.1。此時交流電網(wǎng)吸收的功率：Pd=UdId=140x200=28KW電阻R》上消耗的功率：Pr=I[P_76DE2076CD13FFFAD235F59D0552FA86]Rl=2002x0.2=8KW電勢ED給出的功率：PE=EDId=180x200=36KW解題方案：評分標準：三、簡答題（30分，共5題，每小題6分）1.參考答案：電流控制型器件的特點是：①在器件體內(nèi)有電子和空穴兩種載流子導電，由導通轉(zhuǎn)向阻斷時，兩種載流子在復合過程中產(chǎn)生熱量，使器件結(jié)溫升高。過高的結(jié)溫限制了工作頻率的提高，因此電流控制型器件比電壓控制型器件的工作頻率要低。②電流控制型器件具有電導調(diào)制效應(yīng)，使其導通壓降很低，導通損耗較小，這一點優(yōu)于只有一種載流子導電的電壓控制型器件。③電流控制型器件的控制極輸入阻抗低，控制電流和控制功率較大，電路也比較復雜。電壓控制型器件的特點是：①作為電壓控制型器件，因為輸入信號是加在門極的反偏結(jié)或是絕緣介質(zhì)上的電壓，輸入阻抗很高，所以控制功率小，控制電路比較簡單。②對于單極型器件來說，因為只有一種載流子導電，沒有少數(shù)載流子的注入和存儲，開關(guān)過程中不存在像雙極型器件中的兩種載流子的復合問題，因而工作頻率很高，可達幾百千赫，甚至更高。對于混合型器件來說，工作頻率也遠高于雙極型器件，比如IGBT的工作頻率可達100kHz以上。由此可知，工作頻率高是電壓控制型器件的另一共同特點。③電壓控制型器件的工作溫度高，抗輻射能力也強。解題方案：評分標準：2.參考答案：溫度升高時，晶閘管的觸發(fā)電流降低、正反向漏電流增大、維持電流減小以及正反向轉(zhuǎn)折電壓降低。解題方案：評分標準：3.參考答案：設(shè)計逆變電路時，為保證B>B，常在觸發(fā)電路中附加保護環(huán)節(jié)，以保證控制脈沖不會進入B込區(qū)域內(nèi)。min1、 為了保證B些館応，常在觸發(fā)電路中附加一組固定脈沖，這組固定脈沖出現(xiàn)在B=B時刻，且不能移相。正常工作時，移相脈沖在固定脈沖之前，固定脈沖不起作用。如果出現(xiàn)故障，移相脈沖出現(xiàn)在固定脈沖之后，即B<Bmj移相脈沖在固定脈沖之后，固定脈沖起作用，保證B三B。 min2、 設(shè)置一套逆變角保護電路。因為，當B<B時，將造成逆變失敗，而B太大并超過90。時，則變流器將進入整流狀態(tài)，逆變器也不能正常工作。因而設(shè)置一套逆變角保護電路，當B過小或過大時，主電路電流急劇增加，由電流互感器轉(zhuǎn)換成電壓信號，反饋到觸發(fā)電路。觸發(fā)電路的控制電壓U發(fā)生變化，c使脈沖在負反饋的作用下移至正常工作范圍。在變流電路中，觸發(fā)脈沖的移相大部分都采用垂直移相控制，控制電壓U的變化對應(yīng)B的變化，即B對應(yīng)盯訂的最大值，B對應(yīng)盯叮的最小值。如果對u加以限幅，即可限制的Tb變化范圍。 min解題方案：評分標準：4.參考答案：多相多重斬波電路的優(yōu)點：(1)多相多重斬波電路因在電源與負載間接入了多個結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路，使得輸入電源電流和輸出負載電流的脈動次數(shù)增加、脈動幅度減小。(2)對輸入和輸出電流濾波更容易，濾波電感減小。多相多重斬波電路還具有備用功能，各斬波單元之間互為備用，總體可靠性提咼。解題方案：評分標準：5.參考答案：GTR對驅(qū)動電路的基本要求是：GTR開通時，驅(qū)動電路提供的基極電流應(yīng)具有足夠的基極驅(qū)動和快速的上升沿，并一開始有一定的過沖，以加速開通的過程，減小開通損耗。（2） GTR導通期間，驅(qū)動電路提供的基極電流在任何負載情況下都能保證GTR處于飽和導通狀態(tài)，使GTR的飽和壓降較低，以保證低的導通損耗。為了減小存儲時間，能控制GTR在關(guān)斷前處于臨界飽和狀態(tài)，即準飽和狀態(tài)。（3） 關(guān)斷瞬時，驅(qū)動電路應(yīng)提供足夠的反向基極驅(qū)動，以迅速抽出基區(qū)的剩余載流子，減小存儲時間ts；并加反偏截止電壓，使集電極電流迅速下降以減小下降時間tf。而在功率管開通前功率管基射極間的反偏電壓應(yīng)為零或很小。（4） 驅(qū)動電路損耗要小，電路盡可能簡單可靠，便于集成。（5）驅(qū)動電路中常要解決控制電路與主電路之間的電氣隔離。一般采用前面所述的光電耦合器或隔離變壓器實現(xiàn)隔離。解題方案：評分標準:四、分析題（10分，共1題，每小題10分）0.參考答案：如圖5所示:UAUbU匚 UTAUTE Utc圖5解題方案：評分標準:五、綜合分析題（20分，共2題，每小題10分）1.參考答案:正確答案解題方案：解：（1）根據(jù)^0.9U2COSa得至ij