摘要：为了防止开关电源(开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成)系统中的高速开关电路存在的分布电感与电容在二极管蓄积电荷的影响下产生浪涌电压与噪声。文中通过采用RC或LC吸收电路对二极管蓄积电荷产生的浪涌电压采用非晶磁芯和矩形磁芯进行磁吸收，从而解决了开关电源浪涌电流的产生以及抑制问题。 0 引言 开关电源的主元件大都有寄生电感与电容，寄生电容Cp一般都与开关元件或二极管并联，而寄生电感L通常与其串联。由于这些寄生电容与电感的作用，开关元件在通断工作时，往往会产生较大的电压浪涌与电流浪涌。 开关的通断与二极管反向恢复时都要产生较大电流浪涌与电压浪涌。而抑制开关接通时电流浪涌的最有效方法是采用零电压开关电路。另一方面，开关断开的电压浪涌与二极管反向恢复的电压浪涌可能会损坏半导体元件，同时也是产生噪声的原因。为此，开关断开时，就需要采用吸收电路。二极管反向恢复时，电压浪涌产生机理与开关断开时相同，因此，这种吸收电路也适用于二极管电路。本文介绍了RC、RCD、LC等吸收电路，这些吸收电路的基本工作原理就是在开关断开时为开关提供旁路，以吸收蓄积在寄生电感中的能量，并使开关电压被钳位，从而抑制浪涌电流。 1 RC吸收电路 图1所示是一个RC吸收网络的电路图。它是电阻Rs与电容Cs串联的一种电路，同时与开关并联连接的结构。若开关断开，蓄积在寄生电感中的能量对开关的寄生电容充电的同时，也会通过吸收电阻对吸收电容充电。这样，由于吸收电阻的作用，其阻抗将变大，那么，吸收电容也就等效地增加了开关的并联电容的容量，从而抑制开关断开的电压浪涌。而在开关接通时，吸收电容又通过开关放电，此时，其放电电流将被吸收电阻所限制。 图1 RC吸收网络电路。 2 RCD吸收电路
东 北 大 学 继 续 教 育 学 院 电力电子电路I 试 卷（作业考核 线上2） A 卷（共 4 页） 一、单选题（每小题2分，共10分） 1. 晶闸管的额定电压是（ D ）。 A. 断态重复峰值电压 B.反向重复峰值电压 C. A 和B 中较大者 D. A 和B 中较小者 2. 三相半波可控整流电路一共有（ C ）只晶闸管。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 3. 三相桥式全控整流电路，晶闸管的电流平均值是（ C ）。 A. d I B. d 2 I C. d 3I D. d 6I 4. 两组晶闸管反并联电路，一共有（ C ）。 A. 两种工作状态 B. 三种工作状态 C. 四种工作状态 D. 以上各种状态 5. 120°导电型交-直-交电流变频器，任意时刻有（ B ）导通。 A. 一只开关管 B. 两只开关管 C. 三只开关管 D. 四只开关管 二、多选题（每小题4分，共20分） 1. 三相桥式逆变电路触发脉冲需要满足的条件是（ ABD ）。 A. 宽脉冲或双窄脉冲 B.必须严格按相序给出 C.控制角b 一定小于b min D.控制角b 一定大于b min 2. （ CD ）是电压控制型电力电子器件。 A. P-MOSFET 、GTO B.TRIAC 、GTR C.P-MOSFET 、IGBT D.IGBT 、SITH 3. 自然换流点在相电压波形正半周的电路是（ AC ）。 A. 三相半波共阴极组整流电路 B. 三相半波共阳极组整流电路 C. 三相半波共阴极组逆变电路 D. 三相半波共阳极组逆变电路
4. 晶闸管导通的条件是（ABD ）。 A.阳极电位高于阴极电位 B.在控制极施加对阴极为正的且满足要求的触发脉冲 C.阴极电位高于阳极电位 D.在控制极施加对阳极为正的且满足要求的触发脉冲 5. 下列描述中正确的有（BCD ）。 A. 共阴极组变流电路，整流电压负半波大于正半波。 B. 共阳极组变流电路，整流电压负半波大于正半波。 C. 共阴极组变流电路，逆变电压负半波大于正半波。 D. 共阳极组变流电路，逆变电压正半波大于负半波。 三．（每小题5分，共20分） 1. 晶闸管的维持电流I H是怎样定义的？ 答：控制极开路时，能维持晶闸管继续导通的最小阳极电流。 2. 晶闸管元件导通时，流过晶闸管的电流大小取决于什么？晶闸管阻断时，承受的电压 大小取决于什么？ 答：负载。 电源电压和电路形式。 3. 双向晶闸管有哪四种触发方式？ 答：（ I ＋、I － 、III ＋ 、III － ） 4. 为什么半控桥式电路或带续流二极管的电路不能实现有源逆变？答：不能输出负电压。
一、 填空题(25分) .同一晶闸管，维持电流I H 与擎住电流I L 的数值大小上有I L > I H 。 1． 功率集成电路PIC 分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是智能功率集成电路。 2． 晶闸管断态不重复电压U DSN 与转折电压U BO 数值大小上应为，U DSM < U BO 。 3． 电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm 等于2U 2，设U 2为相电压有效值。 4． 三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差180°。 5． 对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使输出电压平均值降低。 6． 晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R 是均压措施。 7． 三相全控桥式变流电路交流侧非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有Y 、Δ二种方式。 8． 抑制过电压的方法之一是用RC 吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。 10．180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在同一桥臂的上、下二个开关元件之间进行。 11．改变SPWM 逆变器中的调制比，可以改变输出电压基波的幅值。 12．为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是平台。 13．恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是减小存储时间。 14．功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用快速恢复型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。 15.晶闸管是三端器件，三个引出电极分别为：阳极、阴极和门极。 22.处于阻断状态的晶闸管，只有在阳极承受正向电压，且门级有触发电流时，才能使其开通。 23.晶闸管额定通态平均电流I VEAR 是在规定条件下定义的，条件要求环境温度为40℃。 24.在晶闸管单相半波可控整流电路中，从晶闸管开始承受正向电压算起，到触发脉冲到来时刻为止，这段时间的电角度称为触发角。 25.在电感性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为2.452U 。 26.三相全控桥的共阴极组要求触发脉冲以120°为间隔，依次在电源电压的正半周触发共阴极组的各晶闸管。 27.在输入相同幅度的交流电压和相同控制角的条件下，三相可控整流电路比单相可控整流电路可获得较高的输出电压。 28.有源逆变器是将直流电能转换为交流电能馈送回电网的逆变电路。 29.逆变器可分为无源逆变器和有源逆变器两大类。 30.有源逆变产生的条件之一是：变流电路输出的直流平均电压U d 的极性必须保证与直流电源电势E d 的极性成反极性相连，且满足|U d |<|E d |。 31.三相桥式全控变流电路的同步相控触发电路，分为垂直控制和横向控制二种方式。 32.SPWM 有两种调制方式：单极性和双极性调制。 33.斩波器的时间比控制方式分为定宽调频、定频调宽、混合调宽三种方式。 34.载波比(又称频率比)K 是PWM 主要参数。设正弦调制波的频率为f r ，三角波的频率为f c ，则载波比表达式为K=r c f /f 。 35.DC/DC 变换的两种主要形式为逆变整流型和斩波电路控制型。
中南大学现代远程教育课程考试（专科）复习题及参考答案 电力机车控制 一、判断 1.机车的速度特性是指机车牵引力与运行速度的关系。（） 2.机车牵引力与机车速度的关系，称为机车的牵引特性。（） 3.直流电力机车速度曲线比整流器电力机车的速度特性曲线下降更陡。（） 4.SS4改型机车Ⅲ级磁场削弱时，15R和16R同时投入，磁场削弱系数为0.3。 ( ) 5.网侧出现短路时，通过网侧电流互感器7TA及原边过流继电器101KC，使主断路器4QF 动作。 ( ) 6.SS4改型机车主电路接地保护采用接地继电器，这是一套无源保护系统。 ( ) 7.牵引工况下，每“转向架供电单元”设一套接地保护系统，除网侧电路外，主电路任一点接地时，接地继电器动作，通过其联锁，使主断路器4QF动作，实现保护。 ( ) 8.控制电路是为主电路服务的各种辅助电气设备和辅助电源连成的一个电系统。 ( ) 9.劈相机起动电阻备有两组，更换使用，若起动电阻均不能使用时，可将闸刀开关296QS 倒向253C，改用电容分相起动。 ( ) 10.零压保护电路同时起到高压室门联锁阀的交流保护作用。 ( ) 11.控制电源柜由110V电源柜和蓄电池组成，通常二者并联运行，为控制电路提供稳定的110V电源。 ( ) 12.控制电源各配电支路均采用单极自动开关，它们既作为各支路的配电开关，可人为分合，又可作为各支路的短路与过流保护开关，进行保护性分断。 ( ) 13.交直交传动系统的功率/体积比小。（） 14.交流电机同直流电机相比，维修量可以减小。（） 15.交直交系统具有主电路复杂的特点。（） 二、填空 1.主电路按电压级可分为网侧高压电路、调压整流电路和电路三级。
大功率晶体管驱动电路的设计及其应用
摘要：介绍了大功率晶体管（GTR）基极驱动电路的设计，分析了基极驱动电路的要求及其设计方法，并给出一种实用的驱动电路。 关键词：大功率晶体管；基极驱动电路；分析；设计 1 引言 作为逆变电路中的核心部件——大功率开关器件，一般分为三大类型，即双极型、单极型和混合型。双极型GTO、GTR、SITH等；单极型有功率MOSFET、SIT等；混合型有IGBT、MGT（MOS门极晶体管）等。这些大功率器件的运行状态及安全性直接决定了变频器和逆变器性能的优劣，而性能良好的驱动电路又是开关器件安全可靠运行的重要保障。本文重点介绍GTR的基极驱动电路。 大功率晶体管（GiantTransistor—GTR）也称巨型晶体管，是三层结构的双极全控型大功率高反压晶体管，它具有自关断能力，控制十分方便，并有饱和压降低和比较宽的安全工作区等优点，在许多电力变流装置中得到了应用。 在电力电子装置中，GTR主要工作在开关状态。GTR是一种电流控制型器件，即在其基极注入电流I B后，集电极便能得到放大了的电流IC，电流放大倍数由h FE来评价。对于工作在开关状态的GTR，关键的技术参数是反向耐压V CE和正向导通电流IC。由于GTR不是理想的开关，当饱和导通时，有管压降V CES，关断时有漏电流I CEO；加之开关转换过程中具有开通时间t on。（含延迟时间t d和上升时间t r），关断时间
t off（含存贮时间t s和下降时间t f），因此使用GTR时，对其集电极功耗PC与结温T jm也应给予足够的重视。 2 基极驱动电路设计原则 GTR基极驱动电路和性能直接影响着GTR的工作状况，因此在设计基极驱动电路时应考虑以下两点：最优化驱动方式和自动快速保护。 所谓最优化驱动，就是以理想的基极驱动电流波形去控制GTR的开关过程，以便提高开关速度，减小开关损耗。理想的基极驱动电流波形如图1所示。由图1可以看出，为加快开通时间和降低开通损耗，正向基极电流在开通初期不但要求有陡峭的前沿，而且要求有一定时间的过驱动电流I B1。导通阶段的基极驱动电流I B2应使GTR恰好维持在准饱和状态，以便缩短存储时间t s。一般情况下，过驱动电流I B1的数值选为准饱和基极驱动电流值I B2的3倍左右，过驱动电流波形前沿应控制在 0.5μs以内，其宽度控制在2μs左右。关断GTR时，反向基极驱动电流 I B3应大一些，以便加快基区中载流子的抽走速度，缩短关断时间，减小关断损耗，实际应用中，常选I B3=I B1或更大一些。这种基极驱动波形一般由加速电路和贝克箝位电路来实现。
大功率LED 的驱动电路设计（PT4115应用） 摘要：LED （light emitting diode ）即发光二极管，是一种用途非常广泛的固体发光光源，一种可以将电能转化为光能的电子器件。由于LED 具有节能、环保、使用寿命非常长，LED 元件的体积非常小，LED 的发出的光线能量集中度很高，LED 的发光指向性非常强，LED 使用低压直流电即可驱动，显色性高（不会对人的眼睛造成伤害）等优点，LED 被广泛应用在背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等五大领域。而且随着LED 研发技术的不断突破，高亮度、超高亮度、大功率的LED 相继问世，特别是白光LED 的发光效率已经超过了常用的白炽灯，正朝着常照明应用的方向发展，大有取代传统的白炽灯甚至节能灯的趋势。 本论文主要介绍采用恒流驱动方式实现驱动电路，并且提出一种基于恒流驱动芯片PT4115的高效率的大功率LED 恒流驱动解决方案。该种驱动电路简单、高效、成本低，适合当今太阳能产品的市场化发展。。 关键词：大功率LED ；驱动电路；恒流驱动芯片PT4115 一、LED 主要性能指标： 1）LED 的颜色：目前LED 的颜色主要有红色,绿色,蓝色,青色,黄色,白色,暖白,琥珀色等其它的颜色； 2）LED 的电流：一般小功率的LED 的正向极限电流多在20mA 。但大功率LED 的功率至少在1W 以上，目前比较常见的有1W 、3W 、5W 、8W 和10W 。1W LED 的额定电流为350mA,3W LED 的750mA 。 3）LED 的正向电压：LED 的正极接电源正极,负极接电源负极。一般1W 的大功率LED 的正向电压为3.5V~3.8V 。 4）LED 的反向电压：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏 LED 发光强度：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，单位为坎德拉（cd ）。 5）LED 光通量：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量。单位为流明(lm)。如1W 大功率LED 的光通量一般为60~80LM 。 6）LED 光照度：1流明的光通量均匀分布在1平方米表面上所产生的光照度.，单位为勒克斯(lx)。 7）LED 显色性：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度。 8）LED 的使用寿命：LED 一般可以使用50,000小时以上。 9）LED 发光角度：二极管发光角度也就是其光线散射角度，主要靠二极管生产时加散射剂来控制。 二、大功率LED 的驱动方式： LED 驱动简单的来讲就是给LED 提供正常工作条件(包括电压,电流等条件)的一种电路,也是LED 能工作必不可少的条件,好的驱动电路还能随时保护LED ，避免LED 被损坏。 LED 驱动通常分为以下三种方式： (1) 镇流电阻驱动：就是简单的的在LED 变LED 的驱动电流.。 LED 的工作电流为： R U U I L -= 所以I 与镇流电阻R 成反比；当电源电压U 时，R 能限制I 的过量增长，使I 不超出LED
第四章控制电路 第一节概述 控制电路的组成及作用 1、控制电源电路：直流110V稳压电源及其配电电路； 2、整备控制电路：完成机车动车前的所有操作过程，升弓、合闸、起劈相机、通风机等； 3、调速控制电路：完成机车的动车控制，即起动、加速、减速； 4、保护控制电路：是指保护与主电路、辅助电路有关的执行控制； 5、信号控制电路：完成机车整车或某些部件工作状态的显示； 6、照明控制电路：完成机车的外照明及标志显示。 第二节控制电源 一、概述 机车上的110控制电源由110V电源柜及蓄电池组构成。正常运行时，两者并联为机车提供稳定110V控制电源，降弓情况下，蓄电池供机车作低压实验和照明用，若运行中电源柜故障，由蓄电池作维持机车故障运行的控制电源。 110V电源柜具有恒压、限流特点。主要技术参数如下： 396V+-单相交流50HZ 输入电源…………………………………25% 30% 输出额定电压……………………………直流110V±5%（与蓄电池组并联）输出额定电流……………………………直流50A 限流保护整定值…………………………55A±5% 静态电压脉动有效值……………………＜5V(与蓄电池组并联) 基本原理框图：
取自变压器辅助绕组的电源经变压器降压后，经半控桥式整流电流整流，再滤波环节滤波后与蓄电池并联（同时也兼起滤波作用）。给机车提供稳定的110V 直流控制电源。 二、主要部件的作用 电气原理图见附图（九） 600QA—控制电路的交流开关和总过流保护开关 670TC—控制电源变压器，变比为396V/220V，将取自201和202线上的单相交流电降压后送至半控桥 669VC—控制电源的整流硅机组，由V1～V4组成半控桥，将输入的220V交流电整流成直流电输出，通过674AC控制相控角度改变输出电压。 674AC—电控插件箱（包括“稳压触发”插件和“电源”插件），其中“稳压触发”插件自动控制晶闸管V1、V2的导通，并根据反馈信号适时调节相控角度，使控制电源输出电压保持在110V±5%（与蓄电池并联）；“电源”插件将110V变48V、24V、15V . 1MB、2MB—给674AC同步信号，并给GK1、GK2提供触发电压 GK1、GK2—给V1、V2提供门极触发电压 671L、673C—滤波电抗与滤波电容，对669VC输出的脉流电进行滤波 666QS—整流输出闸刀（机车上叫蓄电池闸刀），将整流滤波后的输出电源与蓄电池并联。
驱动电路的比较 电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。电力电子器件对驱动电路的一般性要求 ①驱动电路应保证器件的充分导通和可靠关断以减低器件的导通和开关损耗。 ②实现与主电路的电隔离。 ③具有较强的抗干扰能力，目的是防止器件在各种外扰下的误开关。 ④具有可靠的保护能力当主电路或驱动电路自身出现故障时(如过电流和驱动电路欠电压等)，驱动电路应迅速封锁输出正向驱动信号并正确关断器件以保障器件的安全。 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型两类。晶闸管是半控型器件，一般其驱动电路成为触发电路，下面分别分析晶闸管的触发电路，GTO、GTR、电力MOSFET和IGBT的驱动电路。 1晶闸管的触发电路 晶闸管的触发电路的工作原理如下: 1 由V1、V2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM和附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。 2 当V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。 3 VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设的。
4 为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分，还需适当附加其它电路环节。 晶闸管的触发电路特点：触发脉冲宽度要保证晶闸管可靠导通，有足够的幅值也不能超过晶闸管门级的电压、电流和功率定额等参数。 2 GTO驱动电路 GTO的开通控制与普通晶闸管相似，下图为典型的直接耦合式GTO驱动电路，其工作原理可分析如下： 1 电路的电源由高频电源经二极管整流后提供，VD1和C1提供+5V电压，VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供+15V电压，VD4和C4提供-15V电压。 2 V1开通时，输出正强脉冲；V2开通时，输出正脉冲平顶部分； 3 V2关断而V3开通时输出负脉冲；V3关断后R3和R4提供门极负偏压。GTO驱动电路的特点：触发脉冲前沿的幅值和陡度要足够，在整个导通期间都施加正门极电流。避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿；缺点是功耗大，效率较低。 3GTR的驱动电路 下图为GTR的一种驱动电路，其包括电气隔离和晶体管放大电路两大部分，本电路的特点是：当负载较轻时，如果V5的发射极电流全部注入V，会使V过饱和，关断时退饱和时间延长。但是VD2和VD3构成贝克钳位电路可避免上述情况的发生。 V
电力机车工作原理 电气化铁路的回路就是火车脚下的铁路。机车先通过电弓从接触网(就是天上的电线) 上受电，在经过机车上的牵引变压器，整流柜，逆变，然后传入牵引电机带动机车，最后通过车轮传入钢轨。形成一个巧妙的电路。 和电传动内燃机车相比就是动力源不同，能量来自接触网，其他如走行部，车体等并没有本 质区别。通过受电弓将25KV的电压引至车内变压器，之后，若是交直流传动的，便进行整流，驱动直流电动机，电机通过齿轮驱动轮对。一般调节晶闸管的导通角度来调节功率，从而进行调速。交直交流传动的要在整流后加逆变环节，之后驱动异步电动机，驱动轮对。这种的调速较为复杂，要合理调节逆变的频率和整流的电压才能保证功率因数。大体过程就是这样。 电力机车是通过车顶上的集电弓(也称受电弓)从接触网获取电能，把电能输送到牵引电动 机使电动机驱动车轮运行的机车。 电力机车的分类： 1按机车轴数分： 四轴车：轴式为BO-BO ； 六轴车：轴式为CO-CO、BO-BO-BO ； 八轴车：轴式为2(B0-B0)； 十二轴车：轴式为2(C0-C0)、2(B0-B0-B0)。 轴式“ B ”表示一个转向架有2根轴；轴式“ C”表示一个转向架有3根轴；脚号“ 0”表示每个轴有一台牵引电机；"-"表示转向架之间是通过车体传递牵引力。 2、按用途分： (1)客运电力机车。用来牵引各种速度等级的客运列车，其特点是速度较高，所需牵引力较小。 ⑵货运电力机车。用来牵引货物列车，其特点是载荷大，牵引力大，但速度较低。 (3)客货通用电力机车。尤其是近年来新型电力机车中，其恒功运行速度范围大，可适用牵引客运列车，也可适用牵引货运列车。 3、按轮对驱动型式分： (1) 个别驱动电力机车指每一轮对是由单独的一台牵引电动机驱动的电力机车。 (2) 组合驱动电力机车指几个轮对用机械方式互相连接成组，共同由一台牵引电动机驱动 的电力机车。 现代电力机车大都采用个别驱动方式，而很少再采用组合驱动。 车和多流制电力机车。 直流制电力机车：即直流电力机车，它是由直流电网供电，采用直流牵引电机驱动的电力机车。 交流制电力机车：可分为单相低频(25Hz或16 2/3Hz)电力机车和单相工频(50Hz)电力机 车。 交直传动电力机车：是由接触网引人单相工频交流电经机车内的变流装置供给直(脉)流牵引电动机来驱动的机车。 交流传动电力机车：是由接触网引人单相工频交流电经机车内的变流装置供给交流(同步或异步）牵引电动机来驱动的机车。
功率晶体管的达林顿驱动电路图 早期的无刷直流电机根据容量不同，可分为晶体管驱动电机和晶闸管驱动电机两种。一般低压小容量的无换向器电机采用晶体管电机的方案；而容量较大的，通常都是晶闸管电机。由于晶体管和晶闸管不同，它的集电极负载电流和基极控制电流之间是直接联系的，要关断晶体管，只要把基极电流下降到零，就能使集电极电流消失，因此在晶体管电机中不存在逆变器的换相问题，这不但可以简化电机的控制电路，而且能够显著改善电机的性能。一般在7。5kW以下的电机中多用晶体管，而在10kW以上的电机里，往往采用晶闸管。当然这个界限也是相对的，随着大功率晶体管生产水平的提高，这个界限也会有所提高。 双极型大功率晶体管（GTR或称BJT），是一种冰晶球结构的晶体管，其工作结温高达200℃，在环境条件极端恶劣的航天领域，具有其他功率器件无法替代的优势。此外，GTR 在高电压、大电流下较ICBT和MOSFET具有更低的通态饱和压降（在10A负载电流下，通态饱和压降小于0.2V），可以最大限度地提高变换器的效率。 大功率晶体管具有关断反向电压小的特点，开关噪声远远小于功率MOS-FET，并且工作在通态时处于饱和状态，GTR的功率损耗很小。但是大功率晶体管的单管放大倍数小，为了使其工作在饱和状态，必须增大基极驱动电流，增加驱动功耗；同时，由于放大倍数小，使其容易失去饱和而工作在放大区，使得大功率晶体管的功率损耗显著增大，并且缩小了安全运行范围。为此需采用了达林顿驱动结构，但常规的达林顿驱动结构通态下极易深度饱和，关断时存储时间长、关断损耗大，给电机换向带来较大影响。 本节以三相三状态永磁无刷直流电机晶体管放大电路为例，介绍功率晶体管驱动电路的设计。 通过实验和分析计算，本书研究并应用了一种改进的采用两只NPN型晶体管构成的达林顿驱动电路，晶体管VT1的型号为3DK10E，晶体管VT2的型号为3DK109F，达林顿电路如图所示。 光电耦合器件简介 光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。光电耦合器分为很多种类，图1所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。 当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。
电力电子模拟试卷四（附答案） 一、填空题：（本题共5小题，每空1分，共20分） 1、由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流为I Tn等于倍I T（AV），如果I T（AV）=100 安培，则它允许的有效电流为安培。通常在选择晶闸管时还要留出倍的裕量。 2、三相桥式全控整流电路是由一组共极三只晶闸管和一组共极的三只晶闸管串联后 构成的，晶闸管的换相是在同一组内的元件进行的。每隔换一次相，在电流连续时每只晶闸管导通度。要使电路工作正常，必须任何时刻要有只晶闸管同时导通，一个是共极的，另一个是共极的元件，且要求不是的两个元件。 3、为了减小变流电路的开、关损耗，通常让元件工作在软开关状态，软开关电路种类很多， 但归纳起来可分为与两大类。 4、提高变流置的功率因数的常用方法有、、、几种。 5、三相半波可控整流电路电阻性负载时，电路的移相范围，三相全控桥电阻性负载时，电 路的移相范围，三相半控桥电阻性负载时，电路的移相范围。 二、判断题：（本题共10小题，每题1分，共10分） 1、双向晶闸管的额定电流的定义与普通晶闸管不一样，双向晶闸管的额定电流是 用电流有效值来表示的。（） 2、逆变器采用负载换流方式实现换流时，负载谐振回路不一定要呈电容性。（） 3、无源逆变指的是把直流电能转换成交流电能送给交流电网。（） 4、对三相桥式全控整流电路的晶闸管进行触发时，只有采用双窄脉冲触发，电路才能正常工 作。（） 5、PWM脉宽调制型逆变电路中，采用不可控整流电源供电，也能正常工作。（） 6、在变流装置系统中，增加电源的相数也可以提高电网的功率因数。（） 7、过快的晶闸管阳极du/dt会使误导通。（） 8、电流可逆斩波电路可实现直流电动机的四象限运行。（） 9、为避免三次谐波注入电网，晶闸管整流电路中的整流变压器应采用Y/Y接法（） 10、在DC/DC变换电路中，可以采用电网换流方法。（） 三、选择题：（本题共10小题，每题1分，共10分） 1、三相全控桥式整流电路带电阻负载，当触发角α=0o时，输出的负载电压平均值为（）。A、0.45U2 B、0.9U2 C、1.17U2 D、2.34U2
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。 一、电力场效应管的结构和工作原理 电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。 电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。 电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。电气符号，如图1(b)所示。 电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。 二、电力场效应管的静态特性和主要参数
电力电子电路A Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
东北大学继续教育学院 电力电子电路试卷（作业考核线下） A 卷 注：请您单面打印，使用黑色或蓝色笔，手写完成作业。杜绝打印，抄袭作业。 一、单选题（每题3分，共12分） 1. 单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差（）度。 A、60° B、120° C、180° D、360° 2. 三相半波可控整流电路，负载两端分别接（）。 A. 整流变压器输出端和中性点 B. 整流电路输出端和中性点 C. 共阴极组整流电路输出端和共阳极组整流电路输出端 D. 平波电抗器两端 3. 三相输入-三相输出交-交变频电路主要有（）。 A. 三相三线制方式和三相四线制方式 B. 高阻方式和低阻方式 C. 串联方式和并联方式 D. 公共交流母线进线方式和输出Y形联结方式 4. 120°导电型交-直-交电流变频器，任意时刻有（）导通。
A. 一只开关管 B. 两只开关管 C. 三只开关管 D. 四只开关管 二、多选题（每题4分，共8分） 1. 全控型电力电子器件有（）。 A.Thyristor、GTR、P-MOSFET、IGBT B.GTR、P-MOSFET、IGBT、IGCT C.IGBT、MCT、GTR、GTO D.Power Diode、MCT、GTO、IGBT 2. 三相桥式全控整流电路，自然换相点是（）。 A. 三相电源线电压的过零点 B. 三相电源相电压正半周波形的交点 C. 三相电源相电压负半周波形的交点 D. 三相电源线电压正半周波形的交点 三．问答题（每题5分，共30分） 1．试说明晶闸管的动态参数断态电压临界上升率du/dt。 2. 并联谐振式逆变电路利用负载进行换流，为保证换流应满足什么条件
1 引言 直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便、调速范围广，过载能力强，可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转，能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求，因此在工业控制领域，直流电机得到了广泛的应用。 许多半导体公司推出了直流电机专用驱动芯片，但这些芯片多数只适合小功率直流电机，对于大功率直流电机的驱动，其集成芯片价格昂贵。基于此，本文详细分析和探讨了较大功率直流电机驱动电路设计中可能出现的各种问题，有针对性设计和实现了一款基于25D60-24A 的直流电机驱动电路。该电路驱动功率大，抗干扰能力强，具有广泛的应用前景。 2 H 桥功率驱动电路的设计 在直流电机中，可以采用GTR 集电极输出型和射极输出性驱动电路实现电机的驱动，但是它们都属于不可逆变速控制，其电流不能反向，无制动能力，也不能反向驱动，电机只能单方向旋转，因此这种驱动电路受到了很大的限制。对于可逆变速控制， H 桥型互补对称式驱动电路使用最为广泛。可逆驱动允许电流反向，可以实现直流电机的四象限运行，有效实现电机的正、反转控制。而电机速度的控制主要有三种，调节电枢电压、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻。三种方法各有优缺点，改变电枢回路电阻只能实现有级调速，减弱磁通虽然能实现平滑调速，但这种方法的调速范围不大，一般都是配合变压调速使用。因此在直流调速系统中，都是以变压调速为主，通过PWM(Pulse Width Mo dulation)信号占空比的调节改变电枢电压的大小，从而实现电机的平滑调速。 2.1 H 桥驱动原理 要控制电机的正反转，需要给电机提供正反向电压，这就需要四路开关去控制电机两个输入端的电压。当开关S1 和S4 闭合时，电流从电机左端流向电机的右端，电机沿一个方向旋转;当开关S2 和S3 闭合时，电流从电机右端流向电机左端，电机沿另一个方向旋转， H 桥驱动原理等效电路图如图1 所示。
2.指标与标准
性能指标：
总谐波畸变率THD（Total Harmonic Distortion） THD = Harm Irms / Fund Irms 总要求畸变率TDD（Total Demand Distortion） TDD = Harm Irms / Full-load Fund Irms
Total I, rms 936.68 836.70 767.68 592.63 424.53 246.58 111.80 Measured Fund I, Harm I, rms rms THD(I) 936.00 35.57 3.8% 836.00 34.28 4.1% 767.00 32.21 4.2% 592.00 27.23 4.6% 424.00 21.20 5.0% 246.00 16.97 6.9% 111.00 13.32 12.0%
Full load
TDD 3.8% 3.7% 3.4% 2.9% 2.3% 1.8% 1.4%
基波位移因数DF1（Displacement Factor） cosΦ1＝P1/S1＝基波有功功率/基波视在功率 功率因数PF （Power Factor） PF＝P/S＝有功功率/视在功率
标准：
国际标准： IEEE Std 519-1992、 IEEE Std 1159-2009 、 欧共体标准《公用配电系统供电电压特性》、 IEC 61000-2-2、IEC 61000-3-6、IEC 61000-3-2、IEC 61000-3-4、IEC 61000-4-7等 国内标准： SD 126-84 《电力系统谐波暂行规定》、 GB/T 14549-93 《电能质量 公用电网谐波》等
电力电子实验报告
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实验一SCR（单向和双向）特性与触发实验 一、实验目的 1、了解晶闸管的基本特性。 2、熟悉晶闸管的触发与吸收电路。 二、实验内容 1、晶闸管的导通与关断条件的验证。 2、晶闸管的触发与吸收电路。 三、实验设备与仪器 1、典型器件及驱动挂箱（DSE01）—DE01单元 2、触发电路挂箱Ⅰ（DST01）—DT02单元 3、触发电路挂箱Ⅰ（DST01）—DT03单元（也可用DG01取代） 4、电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）或“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”—DP01单元 5、逆变变压器配件挂箱（DSM08）—电阻负载单元 6、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器 四、实验电路的组成及实验操作 图1-1 晶闸管及其驱动电路
1、晶闸管的导通与关断条件的验证： 晶闸管电路面板布置见图1-1，实验单元提供了一个脉冲变压器作为脉冲隔离及功率驱动，脉冲变压器的二次侧有相同的两组输出，使用时可以任选其一；单元中还提供了一个单向晶闸管和一个双向晶闸管供实验时测试，此外还有一个阻容吸收电路，作为实验附件。打开系统总电源，将系统工作模式设置为“高级应用”。将主电源电压选择开关置于“3”位置，即将主电源相电压设定为220V；将“DT03”单元的钮子开关“S1”拨向上，用导线连接模拟给定输出端子“K”和信号地与“DE01”单元的晶闸管T1的门极和阴极；取主电源“DSM00”单元的一路输出“U”和输出中线“L01”连接到“DP01”单元的交流输入端子“U”和“L01”，交流主电源输出端“AC15V”和“O”分别接至整流桥输入端“AC1”和“AC2”，整流桥输出接滤波电容（“DC+”、“DC-”端分别接“C1”、“C2”端）；“DP01”单元直流主电源输出正端“DC+”接“DSM08”单元R1的一端，R1的另一端接“DE01”单元单向可控硅T1的阳极，T1的阴极接“DP01”单元直流主电源输出负端“DC-”。闭合控制电路及挂箱上的电源开关，调节“DT03”单元的电位器“RP2”使“K”点输出电压为“0V”；闭合主电路，用示波器观测T1两端电压；调节“DT03”单元的电位器“RP2”使“K”点电压升高，监测T1的端电压情况，记录使T1由截止变为开通的门极电压值，它正比于通入T1门极的电流I G；T1导通后，反向改变“RP2”使“K”点电压缓慢变回“0V”，同时监测T1的端电压情况。断开主电路、挂箱电源、控制电路。将加在晶闸管和电阻上的主电源换成交流电源，即“AC15V”直接接“R1”一端，T1的阴极直接接“O”；依次闭合控制电路、挂箱电源、主电路。调节“DT03”单元的电位器“RP2”使“K”点电压升高，监测T1的端电压情况；T1导通后，反向改变“RP2”使“K”点电压缓慢变回“0V”，同时监测并记录T1的端电压情况。通过实验结果，参考教材相关章节的内容，分析晶闸管的导通与关断条件。实验完毕，依次断开主电路、挂箱电源、控制电路。 2、晶闸管的触发与吸收电路： 将主电源电压选择开关置于“3”位置，即将主电源相电压设定为220V；用导线连接“DT02”单元输出端子“OUT11”和“OUT12”与“DE01”单元的脉冲变压器输入端“IN1”和“IN2”；取主电源的一路输出“U”和输出中线“L01”连接到“DP01”单元的交流输入端子“U”和“L01”；“DP01”单元的同步信号输出端“A”和“B”连接到锯齿波移相触发电路的同步信号输入端“A”和“B”；将“DE01”的脉冲变压器输出“g1”和“k1”分别接至单向
1、为减少自身损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在__开关_______状态。当器 件的工作频率较高时，_开关______损耗会成为主要的损耗。 2、在PWM控制电路中，载波频率与调制信号频率之比称为___载波比__________，当它 为常数时的调制方式称为_同步________调制。在逆变电路的输出频率范围划分成若干频段，每个频段内载波频率与调制信号频率之比为桓定的调制方式称为__分段同步调制__________调制。 3、面积等效原理指的是，_冲量________相等而__形状_____不同的窄脉冲加在具有惯性 的环节上时，其效果基本相同。 4、在GTR、GTO、IGBT与MOSFET中，开关速度最快的是__MOSFET_______，单管输出功 率最大的是_____________，应用最为广泛的是___IGBT________。 5、设三相电源的相电压为U2，三相半波可控整流电路接电阻负载时，晶闸管可能承受的最大反 向电压为电源线电压的峰值，即根号6 ，其承受的最大正向电压为根号2 。 6、逆变电路的负载如果接到电源，则称为有源逆变逆变，如果接到负载，则称 为无源逆变。 7、___GTR______存在二次击穿现象，____IGBT________存在擎住现象。 8、功率因数由和这两个因素共同决定 的。 9、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是均压_ 措施。 10、同一晶闸管，维持电流I H 与掣住电流I L 在数值大小上有I L _（2~4）I H 。
11、电力变换通常可分 为：AC-DC 、AC-AC 、DC-DC 和DC-AC 。 12、在下图中，_V1______和__VD1______构成降压斩波电路使直流电动机电动运行，工作 于第1象限；V2___和__VD2_____构成升压斩波电路，把直流电动机的动能 转变成为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于_第2___象限。 13、请在正确的空格内标出下面元件的简称： 电力晶体管GTR ；可关断晶闸管GTO ；功率场效应晶体管 MOSFET ；绝缘栅双极型晶体管 IGBT ；IGBT 是MOSFET 和GTR 的复 合管。 14、晶闸管对触发脉冲的要求是要有足够的驱动功 率、触发前沿要陡幅值要 高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同 步。 15、多个晶闸管相并联时必须考虑均流的问题，解决的方是串专用均流电 抗器。
第6章交流—交流变换电路课后复习题及答案 第1部分：填空题 1.改变频率的电路称为变频电路，变频电路有交交变频电路和交直交变频电路两种形式，前者又称为直接变频电路，后者也称为间接变频电路。 2.单相调压电路带电阻负载，其导通控制角α的移相范围为0~180O，随 α 的增大，U o 减小，功率因数λ减小。 3.单相交流调压电路带阻感负载，当控制角α＜?(?=arctan(ωL/R) )时,VT1的导通时间 越来越短 ,VT2的导通时间越来越长。 4.根据三相联接形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式，TCR属于支路控制三角形联结方式，TCR的控制角 α 的移相范围为90°~ 180°，线电流中所含谐波的次数为 k。 6= ±k ,2,1 ,1 5.晶闸管投切电容器选择晶闸管投入时刻的原则是：该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等。 第2部分：简答题 1.交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？ 答：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断。改变通态周期数和断态周期数的比，可以方便地调节输出功率的平均值，这种电路称为交流调功电路。 交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。交流调功电路常用于电炉的温度控制，像电炉温度这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制，只要以周波数为单位进行控制就足够了。 2.简述交流电力电子开关与交流调功电路的区别。 答：交流调功电路和交流电力电子开关都是控制电路的接通和断开，但交流调功电路是以控制电路的平均输出功率为目的，其控制手段是改变控制周期内电路导通周波数和断开周波数的比。而交流电力电子开关并不去控制电路的平均输出功率，通常也没有明确的控制周期，而只是根据需要控制电路的开通和断开。另外，交流电力电子开关的控制频度通常比交流调功电路低得多。 4. 交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？ 答：交交变频电路的主要特点是： 只用一次变流效率较高；可方便实现四象限工作，低频输出时的特性接近正弦波。 交交变频电路的主要不足是： 接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管；受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输出功率因数较低；输入电流谐波含量大，频谱复杂。 主要用途：500千瓦或1000千瓦以下的大功率、低转速的交流调速电路，如轧机主传动装置、鼓风机、球磨机等场合。