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I1==0.4767Im
b)
Id2==()0.5434Im
I2==0.6741I
c)
Id3==
Im
I3==
4.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少?
这时,相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?
额定电流IT(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知
Im1329.35,
Id10.2717Im189.48
b)
Im2232.90,
Id20.5434Im2126.56
Im3=2I=314,
Id3=
Im3=78.5
9.试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。
对IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的优缺点的比较如下表:
器
件
优
点
缺
IGBT
开关速度高,开关损耗小,具有耐脉冲电流冲击的能力,通态压降较低,输入阻抗高,为电压驱动,驱动功率小
开关速度低于电力MOSFET,电压,电流容量不及GTO
GTR
耐压高,电流大,开关特性好,通流能力强,饱和压降低
开关速度低,为电流驱动,所需驱动功率大,驱动电路复杂,存在二次击穿问题
GTO
电压、电流容量大,适用于大功率场合,具有电导调制效应,其通流能力很强
电流关断增益很小,关断时门极负脉冲电流大,开关速度低,驱动功率大,驱动电路复杂,开关频率低
电
力
MOSFET
开关速度快,输入阻抗高,热稳定性好,所需驱动功率小且驱动电路简单,工作频率高,不存在二次击穿问题
电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置
第2章
整流电路
3.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Ω,L值极大,当α=30°
时,要求:
①作出ud、id、和i2的波形;
②求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2;
③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
①ud、id、和i2的波形如下图:
②输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2分别为
Ud=0.9U2cosα=0.9×
100×
cos30°
=77.97(V)
Id=Ud/R=77.97/2=38.99(A)
I2=Id=38.99(A)
③晶闸管承受的最大反向电压为:
U2=100=141.4(V)
考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为:
UN=(2~3)×
141.4=283~424(V)
具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
流过晶闸管的电流有效值为:
IVT=Id∕=27.57(A)
晶闸管的额定电流为:
IN=(1.5~2)×
27.57∕1.57=26~35(A)
5.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Ω,L值极大,反电势E=60V,当a=30°
①
作出ud、id和i2的波形;
②
求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值I2;
③
考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
①ud、id和i2的波形如下图:
②整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值I2分别为
=77.97(A)
Id=(Ud-E)/R=(77.97-60)/2=9(A)
I2=Id=9(A)
流过每个晶闸管的电流的有效值为:
IVT=Id∕=6.36(A)
故晶闸管的额定电压为:
晶闸管的额定电流为:
6.36∕1.57=6~8(A)
晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
13.三相桥式全控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5Ω,L值极大,当a=60°
①画出ud、id和iVT1的波形;
②计算Ud、Id、IdT和IVT。
①ud、id和iVT1的波形如下:
②Ud、Id、IdT和IVT分别如下
Ud=2.34U2cosa=2.34×
cos60°
=117(V)
Id=Ud∕R=117∕5=23.4(A)
IDVT=Id∕3=23.4∕3=7.8(A)
IVT=Id∕=23.4∕=13.51(A)
14.单相全控桥,反电动势阻感负载,R=1Ω,L=∞,E=40V,U2=100V,LB=0.5mH,当a=60°
时求Ud、Id与g的数值,并画出整流电压ud的波形。
考虑LB时,有:
Ud=0.9U2cosα-ΔUd
ΔUd=2XBId∕π
Id=(Ud-E)∕R
解方程组得:
Ud=(πR0.9U2cosα+2XBE)∕(πR+2XB)=44.55(V)
ΔUd=0.455(V)
Id=4.55(A)
又∵
-=∕U2
即得出
=0.4798
换流重叠角
g=61.33°
-60°
=1.33°
最后,作出整流电压Ud的波形如下:
15.三相半波可控整流电路,反电动势阻感负载,U2=100V,R=1Ω,L=∞,LB=1mH,求当a=30°
时、E=50V时Ud、Id、g的值并作出ud与iVT1和iVT2的波形。
Ud=1.17U2cosα-ΔUd
ΔUd=3XBId∕2π
Ud=(πR1.17U2cosα+3XBE)∕(2πR+3XB)=94.63(V)
ΔUd=6.7(V)
Id=44.63(A)
-=2∕U2
=0.752
g=41.28°
-30°
=11.28°
ud、iVT1和iVT2的波形如下:
16.三相桥式不可控整流电路,阻感负载,R=5Ω,L=∞,U2=220V,XB=0.3Ω,求Ud、Id、IVD、I2和g的值并作出ud、iVD和i2的波形。
三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路α=0°
时的情况。
Ud=2.34U2cosα-ΔUd
ΔUd=3XBId∕π
Id=Ud∕R
Ud=2.34U2cosα∕(1+3XB/πR)=486.9(V)
Id=97.38(A)
=0.892
g=26.93°
二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为
IVD=Id∕3=97.38∕3=32.46(A)
I2a=
Id=79.51(A)
ud、iVD1和i2a的波形如下:
17.三相全控桥,反电动势阻感负载,E=200V,R=1Ω,L=∞,U2=220V,a=60°
,当①LB=0和②LB=1mH情况下分别求Ud、Id的值,后者还应求g并分别作出ud与iT的波形。
①当LB=0时:
Ud=2.34U2cosα=2.34×
220×
=257.4(V)
Id=(Ud-E)∕R=(257.4-200)∕1=57.4(A)
②当LB=1mH时
解方程组得:
Ud=(2.34πU2Rcosα+3XBE)∕(πR+3XB)=244.15(V)
Id=44.15(A)
ΔUd=13.25(V)
又∵-=2XBId∕U2
=0.4485
γ=63.35°
-60°
=3.35°
ud、IVT1和IVT2的波形如下:
18.单相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有哪些次数的谐波?
其中幅值最大的是哪一次?
变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波?
其中主要的是哪几次?
单相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有2k(k=1、2、3…)次谐波,其中幅值最大的是2次谐波。
变压器二次侧电流中含有2k+1(k=1、2、3……)次即奇次谐波,其中主要的有3次、5次谐波。
19.三相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有哪些次数的谐波?
三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k(k=1、2、3……)次的谐波,其中幅值最大的是6次谐波。
变压器二次侧电流中含有6k±
1(k=1、2、3……)次的谐波,其中主要的是5、7次谐波。
20.试计算第3题中i2的3、5、7次谐波分量的有效值I23、I25、I27。
在第3题中已知电路为单相全控桥,其输出电流平均值为
Id=38.99(A)
于是可得:
I23=2Id∕3π=2×
38.99∕3π=11.7(A)
I25=2Id∕5π=2×
38.99∕5π=7.02(A)
I27=2Id∕7π=2×
38.99∕7π=5.01(A)
21.试计算第13题中i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27。
第13题中,电路为三相桥式全控整流电路,且已知
Id=23.4(A)
由此可计算出5次和7次谐波分量的有效值为:
I25=Id∕5π=×
23.4∕5π=3.65(A)
I27=Id∕7π=×
23.4∕7π=2.61(A)
22.试分别计算第3题和第13题电路的输入功率因数。
①第3题中基波电流的有效值为:
I1=2Id∕π=2×
38.99∕π=35.1(A)
基波因数为
n=I1∕I=I1∕Id=35.1∕38.99=0.9
电路的输入功率因数为:
l=n=0.9cos30°
=0.78
②第13题中基波电流的有效值:
I1=Id∕π=×
23.39∕π=18.243(A)
n=I1∕I=I1∕Id=0.955
l=n=0.955cos60°
=0.48
.
…25.12脉波、24脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐波?
12脉波电路整流电路的交流输入电
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