《電力電子技術(shù)》習(xí)題課

《電力電子技術(shù)》習(xí)題課2023年8月2日第2頁(yè)1.電力二極管有哪些類(lèi)型？2.電力二極管的重要參數(shù)有哪幾個(gè)？3.在下表找出該二極管的參數(shù)。并說(shuō)明該二極管屬于何種類(lèi)型。2023年8月2日第3頁(yè)2023年8月2日第4頁(yè)晶閘管的主要參數(shù)2023年8月2日第5頁(yè)普通晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷的條件是什么?2023年8月2日第6頁(yè)普通晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷的條件是什么?答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，并在門(mén)極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍簎AK>0且uGK>0。要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。2023年8月2日第7頁(yè)試畫(huà)出負(fù)載Rd上的電壓波形(不考慮管子的導(dǎo)通壓降)。

2023年8月2日第8頁(yè)2023年8月2日第9頁(yè)（1）設(shè)f()表示電壓或電流的周期函數(shù)，試寫(xiě)出它在1－2期間的平均值和有效值的表達(dá)式。（2）下圖中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，最大值為Im，試問(wèn)電流的平均值Id和電流的有效值I為多少？

2023年8月2日第10頁(yè)2023年8月2日第11頁(yè)若要使用單次脈沖觸發(fā)晶閘管T導(dǎo)通，門(mén)極觸發(fā)信號(hào)（觸發(fā)電壓為脈沖）的寬度最小應(yīng)為多少微秒（設(shè)晶閘管的擎住電流IL=15mA）？

2023年8月2日第12頁(yè)型號(hào)為KP100-3，維持電流IH=4mA的晶閘管，使用在圖所示電路中是否合理，為什么?(暫不考慮電壓電流裕量)

堂上練習(xí)在單相橋式全控整流電路中，若有一只晶閘管被燒斷，結(jié)果會(huì)怎樣？單相全波可控整流電路，當(dāng)負(fù)載分別為電阻性負(fù)載與電感性負(fù)載（L很大）的情況下，畫(huà)出a＝p/2時(shí)輸出電壓ud以及晶閘管VT1兩端的電壓uVT1的波形。晶閘管串聯(lián)的單相半控橋，阻感負(fù)載（L很大），當(dāng)a＝p/3時(shí)，畫(huà)出ud、

id、iVT1、

iVD4的波形。單相半波可控整流電路，電阻性負(fù)載。要求輸出的直流平均電壓為50V～92V之間連續(xù)可調(diào)，最大輸出直流平均電流為30A，直接由交流電網(wǎng)220V供電，試求:

（1）控制角α的可調(diào)范圍;

（2）負(fù)載電阻的最大有功功率及最大功率因數(shù);

（3）選擇晶閘管型號(hào)規(guī)格（安全裕量取2倍）。單相半波可控整流電路，電阻性負(fù)載。要求輸出的直流平均電壓為50V～92V之間連續(xù)可調(diào)，最大輸出直流平均電流為30A，直接由交流電網(wǎng)220V供電，試求:

（1）控制角α的可調(diào)范圍;

（2）負(fù)載電阻的最大有功功率;

（3）選擇晶閘管型號(hào)規(guī)格（安全裕量取2倍）。

解:（1）

當(dāng)Ud=50V時(shí)cosα=[(2×500)/(0.45×220)]-1≈0所以α=90°當(dāng)Ud=92V時(shí)cosα=[(2×920)/(0.45×220)]-1≈0.86所以α=30°

（2）α=30°時(shí)，輸出直流電壓平均值最大為92V，這時(shí)負(fù)載消耗的有功功率也最大，I=1.66×Id=1.66×30A≈50AP=I2Rd=（502×92/30）W≈7667W（3）選擇晶閘管，因α=30°時(shí)，流過(guò)晶閘管的電流有效值最大為50A。

所以IVT（AV）

=2×(ITM/1.57)=2×(50/1.57)≈64A

取100A

晶閘管的額定電壓為

UVTn=2UVTM=2√2×220V≈622V

取700V

故選擇KP100-7型號(hào)的晶閘管。圖為中、小型發(fā)電機(jī)采用的單相半波自激穩(wěn)壓可控整流電路。當(dāng)發(fā)電機(jī)滿(mǎn)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，相電壓為220V，要求的勵(lì)磁電壓為40V。已知:勵(lì)磁線(xiàn)圈的電阻為2Ω，電感量為0.1H。

試求:晶閘管及續(xù)流二極管的電流平均值和有效值各是多少?晶閘管與續(xù)流二極管可能承受的最大電壓各是多少?請(qǐng)選擇晶閘管與續(xù)流二極管的型號(hào)。

解:先求控制角α。

因?yàn)閁d=0.45U2(1+cosα)/2cosα=(2/0.45×40/220)-1=-0.192

所以α≈101°

則θVT=π-α=180°-101°=79°θVD=π+α=180°+101°=281°

由于ωLd=2πfLd=（2×3.14×50×0.1）Ω=31.4Ω>Rd=2Ω，

所以為大電感負(fù)載，各電量分別計(jì)算如下。Id=Ud/Rd=40/2=20AIdVT=(180°-α)/360°×Id

=(180-101°)/360°×20=4.4AIVT=√(180°-α)/360°×Id

=√(180°-101°)/360°×20=9.4AIdVD=(180°+α)/360°×Id

=(180°+101°)/360°×20=15.6AUVTM=√2U2=1.41×220=311VUVDM=√2U2=1.41×220=311V

根據(jù)以上計(jì)算選擇晶閘管及續(xù)流二極管型號(hào)考慮如下。UVTn=（2～3）UVTM

=（2～3）×311=（622～933）V取1000V2023年8月2日第28頁(yè)整流變壓器二次側(cè)中間抽頭的雙半波相控整流電路如圖所示。說(shuō)明整流變壓器有無(wú)直流磁化問(wèn)題?分別畫(huà)出電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載在α=60°時(shí)的輸出電壓Ud、電流id的波形，比較與單相全控橋式整流電路是否相同。若已知U2=220V，分別計(jì)算其輸出直流電壓值Ud。（3）畫(huà)出電阻性負(fù)載α=60°時(shí)晶閘管兩端的電壓uT波形，說(shuō)明該電路晶閘管承受的最大反向電壓為多少?2023年8月2日第29頁(yè)2023年8月2日第30頁(yè)三相半波可控整流電路，大電感負(fù)載α=60°，已知電感內(nèi)阻R=2Ω，電源電壓U2=220V。試計(jì)算不接續(xù)流二極管與接續(xù)流二極管兩種情況下的平均電壓Ud

、平均電流Id

并選擇晶閘管的型號(hào)。三相半波可控整流電路，大電感負(fù)載α=60°，已知電感內(nèi)阻R=2Ω，電源電壓U2=220V。試計(jì)算不接續(xù)流二極管與接續(xù)流二極管兩種情況下的平均電壓Ud、平均電流Id并選擇晶閘管的型號(hào)。解:（1）不接續(xù)流二極管時(shí)

Ud=1.17U2cosα=1.17×220×cos60°=128.7VId=Ud/Rd=128.7/2=64.35AIVT=(1/√3)Id=37.15AIVTn=（1.5～2）IVT/1.57=35.5～47.3A取50AUVTn=（2～3）UVTM=（2～3）√6U2

=1078～1616V取1600V所以選擇晶閘管型KP50-16。（2）接續(xù)流二極管時(shí)Ud=0.675U2[1+cos(π/6+α)]=0.675×220［1+cos（30°+60°）］=148.5V

Id=Ud/Rd=148.5/2=74.25AIVT=√(150°-60°)/360°×74.25≈37.13AIVTn=（1.5～2）IVT/1.57≈35.5～47.3A取50AUVTn=（2～3）UVTM=（2～3）√6U2

=1078～1616V取1600V所以選擇晶閘管型號(hào)為KP50-16。2023年8月2日第36頁(yè)2023年8月2日