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1、第一章电力电子器件 重点和难点： 一、电力二极管特性静态特性主要是指其伏安特性，而动态特性是由于结电容的存在，电力二极管在零偏置、正向偏置和反向偏置者三种状态之间转换的时候，必然要要经历一个过渡过程，在这些过渡过程中，PN 结的一些区域是需要一定的时间来调整其带电的状态，因而其电压电流特性不能用通常所说的伏安特性来描述，而是随时间变化的；电力二极管的正向平均电流是指其长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下其允许流过的最大公频正旋半波电流的平均值；电力二极管的正向压降是指在指定的温度下，流过某一指定的稳定正向电流时对应的正向压降。 二、晶闸管的工作原理参见教材 P16，当对晶闸管施以正向电压且
2、门极有电流注入则导通，当对其施以反相电压时晶闸管截止，而把正向电压改为反向电压或使的流过晶闸管的电流降低到接近与零的某一个数值时晶闸管关断。三、MOSFET、IGBT 的工作原理1、电力 MOSFET 的工作原理 （1）截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P 基区与 N 漂移区之间形成的 PN 结 J1 反偏，漏源极之间无电流流过。（2）导电：在栅源极间加正电压 UGS,当 UGS 大于 UT 时，P 型半导体反型成 N 型而成为反型层，该反型层形成 N 沟道而使 PN 结 J1 消失，漏极和源极导电 。2、IGBT 的结构和工作原理（1）三端器件：栅极 G、集电极 C 和发射极 E（2
3、）驱动原理与电力 MOSFET 基本相同，场控器件，通断由栅射极电压uGE 决定。导通： uGE 大于开启电压 UGE(th)时，MOSFET 内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT 导通。通态压降：电导调制效应使电阻 RN 减小，使通态压降减小。关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET 内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT 关断。 四、电力二极管工作原理电力二极管工作原理与信息电子电路中的二极管的工作原理时一样的，都是以半导体 PN 结为基础的，电力二极管实际上是由一个面积较大的 PN 结和两端引线以及封装组成的。例题一、如何用万用表判别普通晶闸管的极性？如何用万用表判
4、别双向晶闸管的极性？答：1、选用 R100 档，当黑笔接某一电极，红笔依次碰触另外两个电极，若有一次阻值很小，另一次阻值很大，则黑笔接的是门极，在阻值小时红笔接的是阴极，在阻值大时红笔接的是阳极。2a、根据 T2 与 G 相距较近，正反向电阻仅为几十 ，而 T1-T2、T 1-G 为，选用 R10 档判断 T1；2b、假设 T2、G，用 +、 -方式判别、验证。例题二、如图 1.1 所示，阴影部分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值 Id1、I d2、I d3与电流有效值I1、I 2、I 3。图 1.1解：a) Id1=Im271.0)(2I
5、m)(sinI214 tI1=46.3i4 wtdb) Id2=I5.0)12(I)(sin4 tI2=m6741.43mi(Im42 wtdc) Id3= 20I41)1tI3= 2(I20td第二章整流电路 重点和难点：一、单相桥式全控整流电路波形分析及参数定量计算 1、带电阻负载的工作情况 （1）电路结构如图 2.1 所示图 2.1（2）工作原理及波形分析如图 2.2 所示VT1 和 VT4 组成一对桥臂，在 u2 正半周承受电压 u2，得到触发脉冲即导通，当 u2 过零时关断。 VT2 和 VT3 组成另一对桥臂，在 u2 正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当 u2 过零时关断
6、。 图 2.2（3）数量关系 2、带阻感负载的工作情况（1）电路结构如图 2.3 所示 2cos19.02cos1)(dsin21d UtU图 2.3（2）工作原理及波形分析如图 2.4 所示u2 过零变负时，晶闸管 VT1 和 VT4 并不关断。至 t=+a 时刻，晶闸管 VT1 和 VT4 关断，VT2 和 VT3 两管导通。 VT2 和 VT3 导通后，VT1 和VT4 承受反压关断，流过 VT1 和 VT4 的电流迅速转移到 VT2 和 VT3 上，此过程称换相，亦称换流。 图 2.4（3）数量关系例题一、已知全波整流电路由一只晶闸管和一只二极管组成，U 2=220 伏， =60，求：
7、U d 表达式u d、i d 波形u VT、u VD 波形 cos9.0cos2)(dsin21 2d UtU解：波形如图 2.5 所示。 0 0 0 ud uVD uVT 2U 2 2U 图 2.5 tdUtdUd sin21sin210 cos345.02U例题二、具有中点二极管的单相半控桥式整流电路如图所示。求：=90 时的 udU d 表达式U dmax、U dminu VT1、u VD3 波形解：设在 的期间， 1VT、 2未触发导通，电路正半周时，下面一组变压器二次电压 2工作， 3D和2VD导通；负半周时，上面一组变压器电压 2U工作， 3D和 1导通。当在某时刻触发 1、 2V
8、使之导通时，电路恢复为单桥相式半控整流电路， Ud 的波形如图所示。、=90 时的 ud 如图 2.6 所示。、 tdtUd sin21sin0)co3(2、=0 时 2max4d= 时 2minUd 0 0 0 ud uVD3 uVT1 2U 2 2U 图 2.6例题三、单相桥式全控整流电路，大电感负载， VU20， 4dR，试计算当 o60时，输出电流电压的平均值。如负载端并接续流管，其中 Ud、I d又为多少？并求流过晶闸管和续流管的电流平均值、有效值。解：接续流管COSUd 5.14829.dRI A.37.IdT512Id4.AIdD375.12Id4.未接续流管： VCOSUd 9
9、2109.9.02ARIdd8.4例题四、某电阻负载要求 0 24V 直流电压，最大负载电流 AId30max，如用220V 交流直接供电与用变压器降压到 60V 供电，都采用单相半波相控整流电路，能否满足要求？试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、额定电压、电流值、变压器二次侧的功率因数以及对电源要求的容量。解：220V 直供： 2cos145.0U5.0.cos1则导通角 o678.2)cos(2infKVUTe 9303)3AIAV57.180)(KVS.22304sinco60V 直供：78.1605.2so39 则 o41VUTe 6.25.9)(273.)cos1(sinfKKAIS
10、f 08632AVT .25.7.)(80cos例题五、某电阻负载，R d=50，要求 Ud在 0600V 可调，试用单相半波与单相全波二种整流电路，分别计算：晶闸管额定电压、电流值；连接负载的导线截面（导线允许电流密度 j=6A/mm2） ；负载电阻上消耗的最大的功率。解：单相半波 2cos145.0Ud当 =0时 Udmax 最大 V3.62考虑安全系数 VUTe7.3692负载电流ARId1506负载电流有效值 IKdf 84.27.IAVT247.12)(取 30A SI/j=18.84/6=3.14mm 2 P=I 2Rd=18.84250=17.75KW单相全波 cos19.02U
11、d当 =0 时 V67.0晶闸管承受的最大反压 2URM则 UTe=2URM负载电流 AId1506负载电流有效值 IKf 32.流过晶闸管的平均值 dT62由于流过晶闸管的电流波形系数为 1.57 则AIIdTAVT12)( 取 20 SI/j=13.32/6=2.22mm 2 P=I 2Rd=13.32250=8.87KW例题六、阻感性负载，电感极大，电阻 Rd=5，电路为具有续流二极管的单相半控桥电路，输入电压 U2=220V，当控制角 260 时，求流过晶闸管平均电流值 IdT 有效值 IT，流过续流二极管电流平均值 IDd 有效值 ID。解： 整流平均电压Ud=0.9U2 V1492
12、60cos9.0cos1负载平均电流： I d=AR354流过晶闸管电流平均值 IdT= AId10361802 电流有效值 I T=AId3.172流过续流二极管电流平均值 I Dd= d086有效值 I Dd=Id3.17例题七、单相半控桥式整流电路带电阻性负载，已知 U1=220V，R d=4，要求整流电路的直流输出电流 Id 在 025A 之间变化，求（1）变压器的电压比；（2）若导线允许电流密度 J=5A，求连接负载导线的截面积；（3）若考虑晶闸管电压、电流取 2 倍裕量，选择晶闸管额定值；（4）忽略变压器励磁功率，求变压器的容量；（5）计算负载电阻 Rd 的功率；（6）计算 =0O
13、 电路的功率因素。解： VIUdd 10425maxax V19.0222UKAIIKddf 75.2657.JSIIIdTAVT.12)( （1 分） VUln3142KwRPd08.34752AVIUS21sin1cos例题八、单相桥式半控整流电路接电阻性负载，要求输出整流电压 0-100V 连续可调，30V 以上时要求负载电流达到 20A。采用 220V 变压器降压供电，最小控制角 min=30，试求：（1）交流侧电流有效值及变压器容量；（2）选择晶闸管的型号。解：单相桥式半控整流电路接电阻性负载当控制角为最小时，对应的的整流输出电压为最大值VUd 1930cos19.2cos19.02
14、minax2 当 Ud=30V 时，所对应的控制角 。 4.0.cs2o16当 =116时，要保证整流电路输出电流为 20A，所需变压器一，二次侧电流有效值为最大，变压器二次侧电流有效为 5.1203dIUR A38106823sin15.9sin2 oo变压器一次侧 AUI.20381921KVS54选择晶闸管时，也应以最大 角考虑，即 a=116，流过晶闸管电流有效值AIRIT 87.2612sin412AITAV75.)(晶闸管承受最大电压为 Um= *119=168.3V例题九、单相桥式半控整流电路。由 220V 经变压器供电，负载为大电感性并接有续流二极管。要求输出整流电压 2080V 连续可调，最大负载电流为20A，最小控制角 min=30。试计算晶闸管、整流管、续流二极管的额定值以及变压器容量。解：（1）当输出电压 Ud=80V 时，对应的控制角为最小 min=30V3.950cos19.82cos19.02minax2 当输出电压 Ud=20V 时，对应控制角 为最大，其值为.3.5.cs2MAXo31考虑最严重的工作状态是在 min=30时。晶闸管电流有效值为：AIIdT 132036182o晶闸管通态平均电流 IT (AV)为AIITAVT.57.1)(因为整流二极管电流波形与晶闸管一样，所以其电流有效值和通
