中南大学电力电子技术题例

1、复习题1、使晶闸管导通的条件是什么？2、维持晶闸管导通的条件是什么？3、试说明igbt/gtr/gto/电力mosfet各自的优缺点。 4下列电力电子器件属于电压驱动型器件是（ ） a. scr b. gtr c. igbt d. gto5下列电力电子器件中，属于电流控制的全控型器件是（ ）。a scr b gtr c电力mosfet d igbt6 在电力开关管的驱动电路中，一般采用的电气隔离技术是_和_。 7 电力开关管由于承受过电流、过电压的能力差，所以其控制电路必须设有_和_保护电路8晶闸管可能导通的条件是（ ）。a阳极加正向电压，门极有正向脉冲 b阳极加正向电压，门极有负向脉冲c阳极

2、加反向电压，门极有正向脉冲 d阳极加反向电压，门极有负向脉冲9若晶闸管允许的电流有效值是157a，则其额定电流为_a。（不考虑电流安全裕量）复习题1 什么是触发角？ 2设变压器二次侧相电压有效值为u2。单相半控桥式有续流二极管整流电路输出电压平均值为（ ），单相半波电路电路输出电压平均值为（ ）。3、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_度4三相半波可控整流电路，带电阻性负载，晶闸管可能承受的最大正向电压为（ ），设u2为变压器二次侧相电压有效值。5三相全控桥式整流电路中同一相上、下两只晶闸管触发脉冲相位差为（ ）。a60° b90° c120&#

3、176; d180°6三相不可控桥式整流电路，在一个电源周期中，输出电压脉动数为（ ）次。a2 b3 c5 d67.输入整流变压器存在直流磁化的有：（）a单相双半波整流电路 b. 三相半波整流电路 c . 三相桥式有源逆变电路 d. 三相桥式整流电路 8.考虑变压器漏感对整流电路的影响，在电流换相过程中，换相的两个晶闸管同时_，同时会导致整流输出电压平均值_。 9. 单相桥式全控整流电路，带电阻性负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时整流电压波形如何？如果有一晶闸管短路，则电路会出现什么现象？并分析原因。10、单相半控桥式整流电路，带续流二极管，对阻感负载供电（图1），电感极大，交流电

4、源电压为u2=220v，电阻r=4，控制角=60°，试回答： （1）计算整流输出平均电压ud和晶闸管电流的有效值ivt1； （2）按裕量系数2确定晶闸管的额定电流。 1、试述降压型斩波电路的工作原理，如果电路中ud=100v, 求输出电压值？2、boost变换器为什么不宜在占空比接近1的情况下工作？3、在图所示的降压斩波电路中，已知e=120v，l值极大，r=5，em=30v，采用脉宽调制控制方式，当t=40us，ton=25us时，求：（1）计算输出电压平均值u0、输出电流平均值i0。（2）分别画出igbt开通和关断时的等效电路。 分析下图所示的升压斩波电路的工作原理，若已知e=1

5、10v，l和c极大，r=20，采用脉宽调制控制方式，当t=60s，ton =40s时，试计算输出电压平均值u0和输出电流平均值i0 。 升压斩波电路1、在题图所示的单相半波整流电路中，r=10，l=50mh，e=100v，rr=1，u=（100sint）v，f=50hz，当纯电阻负载，纯电感与电阻串联负载以及反电动势负载三种情况下，试计算： 直流输出电压的平均值ud。 直流输出电流的平均值id。 加在二极管上的反向峰值电压。答：题图电阻性负载时输出波形如上图a所示。u=sintd（t）=100v=45a i=4.5a u=100v=141.4v题图感性负载时输出波形如上图b所示。二极管一导通，

6、下面电压方程式成立。l+ri=usint当t=0时，id=0则i=imsin（t-）+imsinve其中i= 图b中在三种时间常数时电流波形曲线角随的减小而增大。负载为纯电感时， i=变为2，即，.时，即二极管在此时刻才截止。 题图c反电动势负载时输出波形如图c所示。设二极管导通时的角度为，截止时的角度为，则=u=e+ 106.8v=2、晶闸管单相半波可控整流，设交流电压有效值为u ，频率为f，负载为电感性负载，延迟角为，如图所示。绘出输出电压的波形以及输出电流的波形，并求出及来。答：晶闸管在延迟角处导通后下面电压方程式成立。 如果电流的初相位为，则=isin其中当=时，成为正弦半波电流。或3

7、、单相半波可控整流，电感性负载接有续流二极管，如图所示。求此时直流电压平均值及直流电流的平均值，并绘出输出电压及电流的波形，若l>>r时，波形又如何？答：当晶闸管vt导通时当二极管vd导通时设t=时，晶闸管的初始电流为，则 其中 如果时所求出的二极管电流的初始值为，则在期间的值为，则可求出晶闸管电流的初始值，即和的关系为当晶闸管导通时，当二极管导通时，。因为 故输出电流的平均值与l无关系。可写作当>>时，则这样，我们就可以把电流看作一条直线来计算了。4、某一电热负载，要求直流电压60v，电流30a，采用单相半波可控整流电路，直接由220v电网供电，计算晶闸管的导通角及电

8、流有效值。答：导通角电压有效值即电流有效值为61.7a5、某电阻负载要求024v直流电压，最大负载电流=30a，如果用220v交流直接供电与用变压器降压到60v供电，都采用单相半波可控整流电路，是否都满足要求？试比较两种供电方案的晶闸管的导通角，额定电压，电流值，电源与变压器二侧的功率因数，以及对电源容量的要求。答：采用220v电源直接供电=0时，采用60v电源供电、所以只要适当调节控制角，均能满足最大整流电压为24v的要求。下面我们分析以下两种情况的利弊。先计算用220v交流电源直接供电的情况。=查图示曲线，波形系数，要求晶闸管额定有效值1.57即 考虑安全欲度，晶闸管至少应选kp100-4

9、查图示曲线，cos=0.302要求电源视在功率s=（220）=18.48kva如采用降压到60v供电=39查图示曲线，波形系数所以选kp50-2型的晶闸管也就可以了。s=这样，增加了整流变压器后，使延迟角减小了，选择的晶闸管的额定电压、额定电流都减小了，要求的电源容量也减小了。由此可以看出，应当尽量使晶闸管电路工作在小延迟角状态。6、有一转差离合器的励磁绕组，其直流电阻为45，希望在090v范围内可调，采用单相半波可控整流电路，由电网直接供电，电源电压为220v，试选择晶闸管和二极管。答：如图所示 在大电感负载情况下，必须接续流二极管，电路才能正常运行。如=90v =2a=35 若不考虑电压、

10、电流欲量，选kp1-4型晶闸管即可。流过二极管vd电流有效值=0.7732a=1.55a若不考虑电压、电流欲量，选zp2-4行整流二极管即可。7、图为同步发电机单相半波自励电路，原先运行正常，突然发电机电压很低，经检查，晶闸管触发电路以及熔断器fu均正常，试问是何原因？答：是续流二极管断开所致。因为发电机励磁线圈为大电感负载，所以晶闸管导通角为=2-2，始终为零或零电压很低。8、单相半波可控整流电路，如门极不加触发脉冲；晶闸管内部电极短开，试分析上述三种情况晶闸管两端和负载两端波形。答：晶闸管门极不加触发脉冲，即晶闸管呈阻断状态，可视作开路，所以和波形如图a所示。 晶闸管内部短路，显然晶闸管两

11、端电压为零，此时和波形如图b所示。 晶闸管内部断开，和波形如图c所示。9、某单相可控整流电路给电阻性负载供电和给反电动势负载蓄电池充电，在流过负载电流平均值相同的条件下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选大一点？为什么？答：在流过负载电流平均值相同的条件下，反电动势负载时晶闸管额定电流应选大一些。因为反电动势负载时，晶闸管导通的条件除了门极需要触发外，还必须瞬时阳极电压大于发电动势e值，所以导通角比电阻负载小时。因此，在平均电流值相同时，反电动势负载的电流波形系数比电阻负载时大，所以晶闸管的额定电流应选大一些。10、某电阻负载的单相桥式半控整流电路，若其中一只晶闸管的阳极、阴极之间被烧断，试画出整

12、流二极管、晶闸管和负载电阻两端的电压波形。11、图为一种简单的舞台调光线路，求：根据、波形分析电路调光工作原理。说明rp、vd及开关q的作用。本电路晶闸管最小导通角答：根据晶闸管工作原理分析，波形是正弦波，但半波被vd截去，当它的瞬时值超过晶闸管门极触发电压时，晶闸管因承受正向阳极电压而导通，随着电位器阻值的变化，幅值变化，晶闸管导通的时刻也在发生改变，达到调光的目的，开关q打开时，可以调光；开关q闭合时晶闸管vt不导通，灯不亮。用rp调节延迟角亦即调节输出电压，控制灯光亮暗。 当rp阻值增大时，幅值减小，控制角增大，当rp增大到某一值，对应的电压最大值等于门极触发电压时，最大，最小，由图分析

13、，可得出。vd的作用是保护门极。当q闭合时，也有极微弱的电流流过灯泡，但灯不会亮，原因是rp一般为几百千欧，所以q闭合，可以认为灯不亮。12、某电阻负载r=50，要求输出电压在0600v可调，试用单相半波与单相全波两种供电，分别计算：晶闸管额定电压、电流值。负载电阻上消耗的最大功率。答:单相半波，当=0时流过晶闸管电流有效值晶闸管承受的最大反向电压晶闸管的额定电压至少应大于2000v晶闸管的额定电流至少应使电阻消耗功率p=负载电流有效值晶闸管承受的最大反向电压晶闸管承受的额定电流所以，晶闸管的额定电压至少应大于2000v，晶闸管的额定电流至少应大于6a。13、某一电感负载要求直流电压范围是15

14、60v，电压最高时电流是10a，采用具有续流二极管的单相桥式半控电路，从220v电源经变压器供电，考虑最小控制角min=25°,计算晶闸管、整流管和续流二极管的电流有效植以及变压器一次、二次额定电流值。答：当ud=60v, min=25°时 u2= idt= it= 二极管的电流与晶闸管的电流相同。当ud=15 v时cos= =121°idt=i1=流过续流二极管的电流 idd= id=变压器 i2 u 1=220 v u2=70 vi1=i2=2.95a 14、单相桥式半控整流电路，接有续流二极管，对直流电动机电枢供电，主回路平波电抗器的电感量足够大，电源电压为

15、220v，延迟角为60°，此时，负载电流为30a，计算晶闸管、整流管和续流二极管的电流平均值和有效值，交流电源的电流有效值、容量及功率因数。答:当id=30a,=60°时idt= it=整流管的电流与晶闸管的电流相同。idd=id=交流电源电流 i2=it=24.5a交流电源容量 s=i2u2=5.4kv.a co15、如图所示，晶闸管的电流延迟角为60°，试画出晶闸管两端承受的电压波形，整流管和续流二极管每周期各导电多少度？并计算各器件定额，已知电源电压是220 v，负载是电感性负载，其中电阻是5。答：当=60º时晶闸管导通角 t=2（-）=整流二极管

16、的导通角 续流二极管的导通角 u 若不考虑裕量，可以选kp20-4晶闸管。晶闸管两端电压波形如图中斜线部分所示，由图可知晶闸管不承受反向电压。16、单相桥式全控整流电路，对直流电动机供电，主回路中平波电抗器的电感量足够大，要求电动机在额定转速往下调速，调速范围是1：10，系恒转矩调速。试问调速范围与晶闸管容量有关系吗？调速范围与移相范围的关系又如何？答：电动机的转矩正比于电枢电流，t=ci电动机转速正比于电枢电动势，n=e/(c)。当转速往下调时，e就减小，而u=e+i,即u减小，增大。现恒转矩调速，不变。当增大时，i/i增大，晶闸管的容量要加大，即选晶闸管时应从电动机最低速度来考虑。 当忽略

17、电枢电阻时，ue。若接续流二极管时，则转速与关系如下：n=若不接续流二极管时，则转速与关系如下： 17、蓄电池充电，如图所示,u2有效值为36v, 整流输出ud=0.9×36v=32.4v。接充电蓄电池5只（30v）, 熔体熔断，增加到7只（42 v），熔体还是熔断，这是什么原因？答： 而-，虽然e=42v（7只）。但只要很小时，还是比较大，足以烧断熔体。18、单相半控桥式全控整流电路，电阻负载rd=4,要求id在025a之间变化。求： 变压器电压比。 如果导线电流密度，计算连接负载的导线截面积。不考虑安全裕量，计算晶闸管的电流、电压定额。忽略变压器励磁功率，变压器应选多大容量。计算

18、负载电阻rd 的功率. 计算电路的功率因数。答：变压器电压比 若不考虑裕量，可选kp-2型晶闸管。变压器容量电阻rd功率cos= (=0º) 19、图为具有中点二极管的单相半控桥式整流电路，求： 绘出=45°时ud=的波形。 导出ud=f(a)的关系式。 求出ud的最大值umax 和最小值umin.答：设在的期间，、未触发导通，电路早正半周时，下面一组变压器二次电压工作，和导通；负半周时，上面一组变压器电压工作，和导通。当在某时刻触发、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。 ud 其中，ud1 是vd3导通时的平均电压，ud2是半控桥的平均电压。

19、当=0°时 当=时20、图为单相全波整流电路，由一只晶闸管与一只整流二极管组成，已知u2=220 v，=45°。求：输出直流电压ud画出=45°时ud=的波形 画出晶闸管两端电压ut与二极管两端电压ud波形。答： 其中，为vt导通时的平均电压值，ud2为vd导通时的平均电压值。 和波形如图所示：21、为什么可控整流电路不应在直流侧直接接大电容滤波？答：整流电路直接并联电容经滤波后再输出，晶闸管刚一触发导通就有很大的电容充电电流流过晶闸管，电流的大小由电源电压与电容电压之差及电源回路的阻抗大小决定。当电源阻抗较小时，冲击电流很大，可能超过晶闸管开通时允许的电流上升率

20、，所以可控整流电路不应在直流侧直接接大电容滤波。22、在可控整流的负载为纯电阻情况下，电阻上的平均电流与平均电压之乘积，是否等于负载功率？为什么？答:负载功率下等于平均功率。因为负载功率p=ui,现在负载上是非正弦量的电流、电压波形，除直流分量id、ud外，还有一系列谐波i1、i2、i3，；u1、u2、u3相同频率的谐波电压电流的乘积组成谐波功率，而总的有功功率 p=所以，负载功率大于平均功率。pd=ud id。23、在可控整流的负载为大电感与电阻串联的情况下，果忽略电感的电阻，时负载电阻上的电流平均值与电压平均值的乘积是否等于负载功率?为什么?答：负载功率等于电流平均值与电压平均值和乘积，p

21、=pd。因为，虽然ud的波形存在谐波分量，但id是恒定的直流，没有谐波分量，而功率是同次谐波电压、电流的乘积，所以，负载功率等于电流平均值与电压平均值的乘积，即p=pd。24、充电机采用单相半波、全波或三相可控整流电路是否可以？若输出充电电流均15a，各应选用多大的熔体？答：这三种电路作为充电机的主电路均可采用，但是，单相半波每周导电一次，在同样输出电流平均值为15a的情况下，电流峰值下，有效值也大，要选用50a的熔体；单相全波每周导电两次，电流峰值与有效值小，可选用40a的熔体；三相半波每周导电三次，电流峰值和有效值更小些，可选用30a的熔体。25、两只晶闸管串联的单相半控桥式整流电路，脉冲

22、变压器次绕组n2与n之间承受最大电压为多少？答： 如图所示。在b点为正时，且晶体管vt1、vt2未被触发时，则这个正电位通过vd1，使脉冲变压器二次绕组n2与b点等电位，而脉冲变压器二次绕组n与a点等电位。所以，脉冲变压器两组二次绕组间承受的最大电压为u2的峰值电压u2m=u。脉冲变压器作这种使用时，一定要注意两组二次绕组之间的绝缘，否则可能使绝缘击穿，导致损坏其它元器件。26、试比较六相半波整流电路与带平衡电抗器的双反星形整流电路工作情况有什么不同? 平衡电抗器在电路中起什么作用?答:从导通角来看,六相半波整流每个瞬间只有一个晶闸管导通,每个晶闸管导通60°加平衡电抗器的双反星形整

23、流每个瞬间有两只晶闸管同时导通, 导通角为120°,所以同样i时,晶闸管变压器容量可以降低. 当=0时,六相半波整流输出u =1.35 u;加平衡电抗器的双反星形整流输出u=1.17 u. 当=0时, 六相半波整流的脉冲位置在比该相电压峰值超前30,即为与前相电压波形的交点; 加平衡电抗器的双反星形整流的脉冲位置比该相峰值电压超前60. 六相半波整流电路时流过晶闸管, 流过变压器二次电流有效值i= i= i;加平衡电抗器的双反星形整流流过晶闸管,变压器二次电流有效值i= i= i.以上均为大电感负载. 六相半波整流可采用窄脉冲触发; 加平衡电抗器的双反星形整流在电流持续时,必须采用宽

24、脉冲或双脉冲触发.平衡电抗器的作用:接入平衡电抗器后,由于存在感应电动势,使得两组星形绕组同时工作, 晶闸管导通角增大, 流过变压器二次绕组和器件的电流有效值变小,可选用额定值较小的器件,并提高了变压器的利用率.27、若三相全控桥式整流电路，当一只晶闸管短路时,电路会发生什么情况？答:在三相桥式电路中，若一只晶闸管短路,例如共阴极一只管子短路，则其余共阴极组中任意一只管子触发导通，都要引起电源线电压短路，使管子连续烧坏，所以要求每只晶闸管桥路接快速熔断器，保护晶闸管。28、三相半波整流电路,大电感负载时,直流输出功率p=ui=100v×100a=10kv.a 求:绘出整流变压器二次电

25、流波形；计算整流变压器二次侧容量p，一次侧p及容量p；分别写出该电路在无续流二极管及有续流二极管两种情况下, 晶闸管最大正向电压u；晶闸管最大反向电压u；整流输出u=f(a)；脉冲最大移相范围；晶闸管最大导通角。答：整流变压器二次电流波形如图所示 u=100v=1.17ucos=0时，则u=v=85.5vi= i=i=0.557×100a=57.7ap=3 ui=3×85.5×57.7=14.8kv.ap=1.21p=12.1kv.ap=（p+ p）=13.4kv.a无续流管时, 晶闸管最大正向电压u=u,晶闸管最大反向电压u=u,整流输出u=1.17 ucos，

26、0/6, u=0.675 uu1+cos(+/6), /6<<5/6,脉冲移相范围为0150，晶闸管最大导通角为120。29、如图整流电路, u=usint, u=ucost,求：延迟角=0应定在何处？绘出=0时 u的波形。 u=f(),假设vt；vt； vt； vt； vt； vt； vt； vt分别同时触发。答：=0定在离该相电压原点45处。=0时u的波形如图所示。0/4时u= uusint d(t)=1.27 ucos/4<3/4时u= u usint d(t)=1.77 u30、三相半波整流，且电感性负载=90，u=220 v，由于电感l不够大，只能使晶闸管阳极电压过

27、零后，再维持导通角30。试：u的波形。列出电压平均值u的计算公式。画出晶闸管vt两端电压u的波形。答:图a打斜线部分为u的波形。 u= u sint d(t)=0.274 u晶闸管vt两端电压波形 如图b打斜线部分所示。vt、vt、vt均不导通时，vt承受u相相电压，当vt、vt导通时，vt1管承受线电压。31、三相半波可控整流，大电感负载，i=10a不变，u=100v/，（换相重叠角），=60。求：整流输出电压u？画出整流输出电压u的波形。画出晶闸管vt两端电压波形。答: u=1.17 ucos-i（r+）ix=cos-cos()usin=cos60-cos(60+10)×100v

28、×sin60=13.7v若r=0，则u=1.17 ucos-i=（41.4-6054）v=34.8v整流输出u波形如图a打斜线所示。晶闸管vt两端电压波形 如图b打斜线部分所示。32、若在维修中观察输出电压波形如图所示，试判断三相半桥式电路中哪只器件有故障，并指出此时等于多少度？答：由图可知，是vt管子触发脉冲消失，或vt。管子内部短路。此时，延迟角=30。33、某厂自制晶闸管电镀电215v，在9v以上最大输出电流均可达130a，主电路采用三相半波可控整流电路，试计算：整流变压器二次电压。9v时的延迟角。选择晶闸管。计算变压器容量。答: u=15vu=1.17 ucosu=v=12.8v13v(不考虑控制角裕量)当>时，u故 cos(i=i=0.557u=130ai=80.4aiu考虑电压电流裕量，可选kp100-1晶闸管。s=3i i=is=334、已知三相桥式全控整流的变压器二次相电压u=100v，折算到变压器二次侧每相漏电感lr求：电路输出最高电压u，最大电流i。u=3.24 u