电力电子技术第3次.docx
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电力电子技术第3次
第3次作业
一、名词解释题（本大题共20分，共5小题，每小题4分）
1.动态均压
2.逆变失败
3.换相重叠角γ
4.SPWM波形
5.功率模块
二、计算题（本大题共20分，共2小题，每小题10分）
1.单相半波可控整流电路对电阻性负载供电，已知U2=220V，要求输出直流平均电压Ud=80V，平均电流Id=50A，试计算晶闸管的控制角α，导通角θ各为何值？
并选用晶闸管。
2.设交流电源相电压U2=220V，变流器为三相零式电路，R∑=0.2Ω，L→∞。
试求当电动机在提升重物时，负载电流Id=200A，反电势ED=180V时，变流器的控制角应为何值？
变流器处于何种工作状态？
又当电机在降落重物时起制动作用的负载电流Id=200A，与电机转速相对应的ED=180V，试求此时变流器的控制角应为何值？
并分析能量传输关系。
三、简答题（本大题共30分，共5小题，每小题6分）
1.分别简述电流控制型器件的特点和电压控制型器件的特点。
2.温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正反向转折电压各将如何变化？
3.限制最小逆变角的方法有哪些？
4.多相多重斩波电路有何优点？
5.GTR对驱动电路的基本要求是什么？
四、分析题（本大题共10分，共1小题，每小题10分）
试画出三相全控桥变流装置电路，要求电源变压器采用Y/Y-12，同时若同步变压器分别采用Y/Y-12和Y/Y-6，来满足同步电压UT的相量滞后于晶闸管上所加主电压120°，需分别标明同步电压，电源主电压和晶闸管之间的对应关系。
五、综合分析题（本大题共20分，共2小题，每小题10分）
1.
题目：
如图3所示电路中，U2＝200V，电路总电阻R＝2Ω，大电感负载，电流连续。
在直流输出端测出Ud=90V。
试计算：
（1）控制角α＝？
；
（2）流过晶闸管的电流平均值Idvt和有效值Ivt；（3）电路的功率因数。
2.三相全控桥式变流电路带大电感负载，如图4所示。
当逆变角β=60°时，试在图5上画出：
（1）输出电压波形ud；
（2）晶闸管VT1的两端电压波形uT1；（3）流过晶闸管VT1的电流波形IT1。
答案：
一、名词解释题（20分，共5题，每小题4分）
1.
参考答案：
动态均压是指对开通与关断瞬态时各元件间电压分配的均衡措施。
由于元件动态参数和特性的差异，最主要是串联元件开通时间和关断时间的差异，造成元件开通和关断的不一致。
若两个元件串联运行，先关断的元件或后开通的元件必然承受最高的动态电压，从而有可能使所有串联的元件因承受高于转折电压或击穿电压而导通甚至损坏。
解题方案：
评分标准：
2.
参考答案：
逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成极大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。
解题方案：
评分标准：
3.
参考答案：
由于变压器漏感的影响，将两只换流的晶闸管同时导通所经过的电角度，称为换相重叠角γ。
解题方案：
评分标准：
4.
参考答案：
脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。
解题方案：
评分标准：
5.
参考答案：
按照典型电力电子电路所需要的拓扑结构，将多个相同的电力电子器件或多个相互配合使用的不同电力电子器件封装在一个模块中，不仅安装方便，并可以缩小装置体积，降低成本，提高可靠性，更重要的是，对工作频率较高的电路，这可以大大减小线路电感，从而简化对保护和缓冲电路的要求。
这种模块被称为功率模块（PowerModule）。
解题方案：
评分标准：
二、计算题（20分，共2题，每小题10分）
1.
参考答案：
解题方案：
评分标准：
2.
参考答案：
1）电机在提升重物时，Id=[P_24FD2328E4C200FB43E91266196032CD]，
Ud=IdR∑+ED=200×0.2+180=220V
三相零式电路：
Ud=1.17U2cosα，cosα=[P_D02740F5846CDEF4B9192C9E98EA31F5]=[P_36E5F96F6259769C064CAFD8A4FD3C92]∴α=31.3°
变流器处于可控整流状态。
（2）电机在降落重物时，[P_2C6D4F73FBFFBFDFBA31A56CB4B702C7]=Id，∴Ud-（ED-R∑Id）=-140V
Ud=-1.17U2cosβ，-140=-1.17×220cosβ，∴β=57.1°
此时交流电网吸收的功率：
Pd=UdId=140×200=28KW
电阻R∑上消耗的功率：
PR=I[P_76DE2076CD13FFFAD235F59D0552FA86]R∑=2002×0.2=8KW
电势ED给出的功率：
PE=EDId=180×200=36KW
1）电机在提升重物时，Id=[P_24FD2328E4C200FB43E91266196032CD]，
Ud=IdR∑+ED=200×0.2+180=220V
三相零式电路：
Ud=1.17U2cosα，cosα=[P_D02740F5846CDEF4B9192C9E98EA31F5]=[P_36E5F96F6259769C064CAFD8A4FD3C92]∴α=31.3°
变流器处于可控整流状态。
（2）电机在降落重物时，[P_2C6D4F73FBFFBFDFBA31A56CB4B702C7]=Id，∴Ud-（ED-R∑Id）=-140V
Ud=-1.17U2cosβ，-140=-1.17×220cosβ，∴β=57.1°
此时交流电网吸收的功率：
Pd=UdId=140×200=28KW
电阻R∑上消耗的功率：
PR=I[P_76DE2076CD13FFFAD235F59D0552FA86]R∑=2002×0.2=8KW
电势ED给出的功率：
PE=EDId=180×200=36KW
解题方案：
评分标准：
三、简答题（30分，共5题，每小题6分）
1.
参考答案：
电流控制型器件的特点是：
①在器件体内有电子和空穴两种载流子导电，由导通转向阻断时，两种载流子在复合过程中产生热量，使器件结温升高。
过高的结温限制了工作频率的提高，因此电流控制型器件比电压控制型器件的工作频率要低。
②电流控制型器件具有电导调制效应，使其导通压降很低，导通损耗较小，这一点优于只有一种载流子导电的电压控制型器件。
③电流控制型器件的控制极输入阻抗低，控制电流和控制功率较大，电路也比较复杂。
电压控制型器件的特点是：
①作为电压控制型器件，因为输入信号是加在门极的反偏结或是绝缘介质上的电压，输入阻抗很高，所以控制功率小，控制电路比较简单。
②对于单极型器件来说，因为只有一种载流子导电，没有少数载流子的注入和存储，开关过程中不存在像双极型器件中的两种载流子的复合问题，因而工作频率很高，可达几百千赫，甚至更高。
对于混合型器件来说，工作频率也远高于双极型器件，比如IGBT的工作频率可达100kHz以上。
由此可知，工作频率高是电压控制型器件的另一共同特点。
③电压控制型器件的工作温度高，抗辐射能力也强。
解题方案：
评分标准：
2.
参考答案：
温度升高时，晶闸管的触发电流降低、正反向漏电流增大、维持电流减小以及正反向转折电压降低。
解题方案：
评分标准：
3.
参考答案：
设计逆变电路时，为保证β＞βmin，常在触发电路中附加保护环节，以保证控制脉冲不会进入βmin区域内。
1、为了保证β≥βmin，常在触发电路中附加一组固定脉冲，这组固定脉冲出现在β=βmin时刻，且不能移相。
正常工作时，移相脉冲在固定脉冲之前，固定脉冲不起作用。
如果出现故障，移相脉冲出现在固定脉冲之后，即β<βmin，移相脉冲在固定脉冲之后，固定脉冲起作用，保证β≥βmin。
2、设置一套逆变角保护电路。
因为，当β<βmin时，将造成逆变失败，而β太大并超过90°时，则变流器将进入整流状态，逆变器也不能正常工作。
因而设置一套逆变角保护电路，当β过小或过大时，主电路电流急剧增加，由电流互感器转换成电压信号，反馈到触发电路。
触发电路的控制电压Uc发生变化，使脉冲在负反馈的作用下移至正常工作范围。
3、在变流电路中，触发脉冲的移相大部分都采用垂直移相控制，控制电压Uc的变化对应β的变化，即βmax对应
的最大值，βmin对应
的最小值。
如果对Uc加以限幅，即可限制的β变化范围。
解题方案：
评分标准：
4.
参考答案：
多相多重斩波电路的优点：
（1）多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路，使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小。
（2）对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。
（3）多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高。
解题方案：
评分标准：
5.
参考答案：
GTR对驱动电路的基本要求是：
（1）GTR开通时，驱动电路提供的基极电流应具有足够的基极驱动和快速的上升沿，并一开始有一定的过冲，以加速开通的过程，减小开通损耗。
（2）GTR导通期间，驱动电路提供的基极电流在任何负载情况下都能保证GTR处于饱和导通状态，使GTR的饱和压降较低，以保证低的导通损耗。
为了减小存储时间，能控制GTR在关断前处于临界饱和状态，即准饱和状态。
（3）关断瞬时，驱动电路应提供足够的反向基极驱动，以迅速抽出基区的剩余载流子，减小存储时间ts；并加反偏截止电压，使集电极电流迅速下降以减小下降时间tf。
而在功率管开通前功率管基射极间的反偏电压应为零或很小。
（4）驱动电路损耗要小，电路尽可能简单可靠，便于集成。
（5）驱动电路中常要解决控制电路与主电路之间的电气隔离。
一般采用前面所述的光电耦合器或隔离变压器实现隔离。
解题方案：
评分标准：
四、分析题（10分，共1题，每小题10分）
0.
参考答案：
如图5所示:
解题方案：
评分标准：
五、综合分析题（20分，共2题，每小题10分）
1.
参考答案：
正确答案
解题方案：
评分标准：
2.
参考答案：
输出电压波形ud，晶闸管VT1的两端电压波形uT1，流过晶闸管VT1的电流波形IT1分别如下（如图9所示）：
解题方案：
评分标准：
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