哈工大电力电子作业 9-10章

1、黑龙江省精品课程电力电子技术基础家庭作业(第9-10章)11006106061006141秦第九章电力电子器件应用中的常见问题P206，9-1。电力电子器件驱动电路是电力电子器件主电路和控制电路之间的接口，是电力电子器件的重要环节，对整个器件的性能有很大的影响。使用性能良好的驱动电路可以使电力电子器件工作在理想的开关状态，缩短开关时间，降低开关损耗，这对器件的工作效率、可靠性和安全性具有重要意义。此外，电力电子器件或整个器件的一些保护措施往往位于驱动电路中或由驱动电路实现，这使得驱动电路的设计更加重要。9-3；晶闸管触发电路应满足以下要求：1)触发脉冲的宽度应保证晶闸管的可靠导通；2)触发脉冲

2、应具有足够的振幅。对于室外寒冷的场合，脉冲电流的幅度应增加到装置最大触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也应增加，一般达到1 2A/美国。3)所提供的触发脉冲不应超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，并应在门极伏安特性的可靠启动范围内。4)应具有良好的抗干扰性能、温度稳定性和与主电路的电气隔离。IGBT驱动电路的特点是：驱动电路输出电阻小，IGBT是电压驱动器件，IGBT由一个特殊的混合集成驱动器驱动。GTR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流具有陡峭的前沿和一定的过冲，可以加速导通过程，降低导通损耗；当关断时，驱动电路可以提供大幅度的反向基极驱动电流，并增加反向偏置截止电压以加速关断速度。

3、GTO驱动电路的特点是：GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿具有足够的幅度和陡度，通常需要在整个导通期间施加主栅极电流，而负栅极电流应在关断期间施加，这需要更高的幅度和陡度。功率MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路输入电阻小，驱动功率小，电路简单。9-6 .答：缓冲电路，又称吸收电路，可分为关断缓冲电路和导通缓冲电路。关断缓冲电路也称为du/dt抑制电路，导通缓冲电路也称为di/dt抑制电路。关断缓冲电路和导通缓冲电路的组合称为复合缓冲电路。也可以分类如下：如果缓冲电路中储能元件的能量消耗在其吸收电阻上，则称之为耗能缓冲电路；如果缓冲电路能够将其能量存储元件的能量反馈给负载或电源，则称

4、之为能量反馈缓冲电路或无损吸收电路。完全受控器件缓冲电路的主要功能是抑制器件的内部过压、du/dt或过流和di/dt，并降低器件的开关损耗。在RCD缓冲电路中，每个元件的功能是当：导通时，Cs通过Rs放电，限制放电电流；关断时，负载电流通过VDs从Cs分流，从而降低du/dt并抑制过压。添加：1.回答以下关于全控设备关断缓冲电路的问题：1)关闭缓冲电路的主要功能是什么？2)绘制IGBT RCD缓冲电路的配置图，分析RCD缓冲电路的工作原理和各部件的功能。3)参考图9-1，解释了当IGBT装置在有或没有RCD缓冲电路的情况下关闭时，应该转移哪条电压和电流线(工作点轨迹)？标出转移的方向并解释原因

5、。图9-1关断时的电压和电流轨迹4)如何定义IGBT的前方安全工作区？在图9-1中，画出了安全工作区的一般范围，并结合安全工作区和工作点的移动轨迹说明了缓冲电路的作用。回答：1)抑制Vds功能：提供充电电路，减少损耗Rs功能：提供放电电路3)如果有刚果民盟缓冲电路，根据模数转换器转移；如果没有刚果民盟缓冲电路，按下广播转关闭前的工作点在a点，当没有缓冲电路时，Uce快速上升。负载上的感应电压使容限二极管VD开始导通，负载线从a移动到b，然后ic开始下降到漏电流的大小，负载线移动到C.当有一个缓冲电路时，由于电容的分流，集成电路在电容开始上升的同时下降，因此负载线达到直流到直流4)安全工作区域：

6、根据最大集电极电流、最大集电极-发射极电压和最大集电极功耗，可以确定导通状态下IGBT的参数极限范围如图所示，对角线区域是安全工作的一般范围。当负载线达到B时，它已经超过了安全工作区域，导致电压被损坏，而负载线模数转换器是安全的，即当有缓冲电路时更安全。此外，模数转换器通过一个小的电流和电压区域，与没有缓冲电路的器件相比，该器件的关断损耗大大降低。2.画出可控硅、晶闸管、GTR、功率场效应管和IGBT的理想驱动信号波形，并根据器件的特点分析为什么这些波形是理想的驱动信号波形。可控硅的强脉冲幅度为最大触发电流的3-5倍，保证可控硅可靠的开启。T1-t2是脉冲上升时间，小于1us，所以在脉冲之前边

7、缘有足够的陡度。T2-t3强脉冲时间，强脉冲需要持续一个段时间，确保晶闸管能保持t3-t4脉冲的平坦时间，保证触摸传输后可持续开启。GTO:GTO对脉冲前沿的幅度和陡度要求很高，一般需要在整体上在导通期间施加主栅极电流，并且需要施加负栅极电流来关断GTO。对振幅和陡度的要求更高。GTR:类似于GTO，除了GTO对脉冲前沿的陡度没有要求高。停机时前缘的陡度没有GTO要求的那么高。功率场效应管：场效应管需要快速正向驱动电压，也需要关断一定幅度的负驱动电压。IGBT:类似于金属氧化物半导体场效应晶体管，除了正驱动电压更高，当它关闭时，它驱动负电压更快。3.图9-2(a)、图9-2(b)和图9-2(c

8、)分别是电力电子器件的典型驱动电路。并简要解释原因。说明如何在各驱动电路中实现放大环节和隔离环节。图9-2(a)图9-2(b)图9-2(c)解决方案：这是一个晶闸管驱动电路，因为驱动电路不提供负脉冲连接，只有晶闸管不需要控制其关断。(b)作为GTR驱动电路，GTR需要在临界饱和状态下工作，而VD2起反饱和作用。它是一个功率MOSFET驱动电路，具有无条件饱和检测和保护，并具有稳定的正向和反向偏置电压在(a)中，V2和V3构成扩增链，而TM构成隔离链在(b)中，V2和V3构成放大链路，并且光耦合实现电隔离在(c)中，V2构成放大链路，光耦合实现电隔离第十章电力电子技术的应用P237，10-8；不

9、间断电源是指当交流输入电源出现异常或被切断时，能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载的供电不受影响的设备，即不间断电源。图10-16显示了使用柴油发电机作为备用电源的不间断电源。其工作原理是：一旦主电源被切断，电池将投入运行，同时启动油发动机。整流器将由油发动机而不是主电源供电。整流后，由逆变器转换成50Hz的恒定频率和恒定电压的交流电，为负载供电。市电恢复正常后，将再次由市电供电。由于电池仅作为市电和油机之间的过渡，柴油发电机作为备用电源，系统可以保证长时间不间断供电。10-9；线性电源的功率器件工作在线性状态，也就是说，功率器件在使用时总是工作的1.桥式DC-DC转换电路如图10-1所

10、示。负载是DC发动机。当采用双极脉宽调制控制模式时，电机处于正向驱动状态时的电压和电流方向被定义为正向。假设电机处于正向驱动的轻载运行状态，电机电流小，在一个切换周期内正负交替，完成以下问题：1)占空比为0.6，绘制开关器件V1-V4的驱动信号波形2)对应上述驱动波形，绘制负载上的电压uo和电流io的波形3)在此基础上，结合电流波形，说明了开关周期不同区段的负载电流路径和该区段电机的瞬时工作状态。图10-12.根据问题1，假设电机在反向电动工作状态下运行，其中e=300v，em=-100v。R=2，l大到足以使电机电流保持连续，io=-10a，电机处于稳定状态。完成以下问题：1)计算开关设备V

11、1的控制占空比。2)绘制开关器件V1 V4的驱动信号波形。(高液位关闭，低液位打开)3)对应上述驱动波形，画出负载电压uo、开关器件V1和V2的电流iV1和iV2以及二极管VD1和VD2的电流iVD1和iVD2的波形。3.根据问题1，假设电机在反向制动状态下运行，其中E=300 V，R=2，L足够大(使电机电流为直线和连续)，电机的制动电流为10A。在制动过程中，当em=-100v时，完成以下问题：1)计算开关设备V1的控制占空比。2)绘制开关器件V1-V4的驱动信号波形3)对应上述驱动波形，画出负载电压uo、开关器件V1和V2的电流iV1和iV2以及二极管VD1和VD2的电流iVD1和iVD

12、2的波形。4.图10-2显示了反并联晶闸管转换器。正向/反向转换电路采用三相桥式晶闸管转换电路，负载为DC电机。对于电机，反电动势和电流方向被定义为正方向，对于每组转换器电路，整流期间输出电压的方向被定义为正方向。回答以下问题：1)当电机反向驱动时，哪组转换器电路工作？在整流器模式或逆变器模式下工作，并简要说明原因。2)当电机反向制动时，哪组转换电路工作？在整流器模式或逆变器模式下工作，并简要说明原因。3)设定电网线路电压VLL=380伏，50Hz，负载中的电枢电阻R=2，与电机串联的平滑电抗器足够大，使电机电流平直连续。假设电机处于正向驱动状态，反电动势为200伏，电枢电流控制在稳定状态下io=10a。分析此时哪组转换器工作。找出工作转换器的控制角，并画出此时转换器输出电压的波形。4)在3)中给出的电路参数下，假设电机处于正向制动状态，电枢电流被控制到10=-10A，当反电动势EM=200 V时，此时哪组转换器工