电力电子课程常见问题解答

1、电力电子课程常见问题解答1 .普通晶闸管结构是四层（PNPN）三端（A、G、K）半导体器件，属半控型开关管，外形有螺栓形和平板形，符号为KGAIK:阴极A:阳极G:门极2 .普通晶闸管导通相关断条件：品闸管导通必须同时具备以下两个条件：一是晶闸管的阳极、阴极之间加正向阳极电压；二是晶闸管的门极、阴极之间加适当正向门极电压和电流。品闸管由导通变为关断的条件是使流过晶闸管的阳极电流降至其维持电流以下，具体方法是使晶闸管阳极与阴极之间承受反向电压。3 .晶闸管的主要参数：品闸管的通态平均电流|T（AV）,的定义：在环境温度为十40c和规定的冷却条件下，品闸管在导通角不小于170。的电阻性负载电路中，

2、在额定结温下，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值。将该电流按晶闸管标准电流系列取整数值，即为该品闸管的通态平均电流。在实际电路中，流过晶闸管的电流可能是任意的非正弦波.应根据电流有效值相等即发热相同的原则，将非正弦半波电流的有效值Iv折合成等效的正弦半波电流平均值去选择品闸管额定值，即|T=KiId=1.57It（av）式中，Ki为非正弦被的波形系数。其他参数有额定电压、维持电流、擎住电流等。5、如何计算任意波形的电压或电流的平均值和有效值：可根据平均值、有效值的定义来求出。设f（8）为表示电压或电流的周期函数，则它在81-82期间的平均值和有效值用下式f()d平均值为:有效值为：216、品

3、闸管的选取方法主要包括额定电压、额定电流参数两部分。额定电压参数的选取主要是根据品闸管所承受的最大电压，再根据要求乘以电压安全裕量系数；额定电流参数的选取主要是根据晶闸管电流的通态平均值，再根据要求乘以电流安全裕量系数即可。根据计算的电压和电流的数值，及生产厂家提供的品闸管的参数表，就可确定所选品闻管的型号。7、全控型器件包括哪些？双极型晶体管(GTR)、功率场效应管(MOSFET)、绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)、MOS控制晶闸管(MCT)等。8、全控型开关器件：GTR,IGBT,MOSFET,达林顿管中用于电流型驱动的开关管的是哪几种？属于电压型驱动的是哪几种？答：属于电流型驱动：GTR

4、、达林顿管；属于电压型驱动：IGBT,MOSFET0* 9、全控型开关器件的缓冲电路的主要作用是什么？答：在开关器件关断时，由于电路中有电感的存在，会在器件上产生很高的过电压和du/dt,对器件的安全运行带来很大的威胁，特别是GTR,还可造成反向偏置二次击穿。为防止过电压和减小du/dt,常设置缓冲电路。* 10、试说明GTR、MOSFET和IGBT、MCT各自优点和缺点？答：GTR的容量中等，工作频率一般在10kHz以下，属电流控制型器件，所需驱动功率较大。MOSFET器件容量较小，工作频率最高，可达100KHz以上，属电压控制型器件、所需驱动功率最小，但其通态压降大，开通损耗相应较大。IG

5、BT的容量和GTR的容量属同一等级，但属电压控制型器件，驱动功率小，工作频率高，有取代GTR之势。MCT阻断电压高，通态压降小，驱动功率低，开关速度快，在所有器件中最有发展前途。* 11、在单相桥式全控整流电路中，若有晶闸管因为过流而烧成断路，结果会怎样?如果这只品闸管被烧成短路，结果又会怎样？答：若有一品闸管因为过流而烧成断路，则单相桥式全控整流电路变为单相半波可控整流电路，如果这只品闸管被烧成短路，会引起其他品闸管因对电源短路而烧毁，严重时使输入变压器因过流而损坏。因此在设计电路时，在变压器二次侧与晶闸管之间应串联快速熔断丝，起到过流保护的作用。* 12、某单相可控整流电路给电阻性负载供电

6、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，反电动势负载时品闸管额定电流应选得大一些。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反电动势E值，所以导通角比电阻性负载时小。因止匕,在平均电流值相同时，反电动势负载的电流波形系数Kf比电阻负载时大，所以品闸管的额定电流应选大一些。* 13、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

7、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。所以可控整流电路不应在直流侧直接接大电容滤波。* 14、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：负载功率不等于平均功率。因为负载功率P=UI,现在负载上是非正弦的电流、电压波形，除直流分量Id,Ud外，还有一系列谐波|1、|2、|3,U1、U2、U3，相同频率的谐波电压、电流的乘积组成谐波功率Pl,P2,P3,而总的有功功率222P=：PdRP2.所以，负载功率P大于平土§功率Pd=UdId。15、在可控整流的负载为大电感与电阻串联的情况

8、下，如果忽略电感的电阻，这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的乘积，P=Pd=UdId。因为，虽然，Ud的波形存在谐波分量，但id是恒定的直流，不含谐波分量，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=Pd016、充电机是否可以采用单相半波、全波或三相半波可控整流电路，若输出充电电流均为15A,各应选用多大熔断丝？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，电流峰值大，有效值也大，要选用50A的熔断丝；单相全波每周导

9、电两次，电流峰值与有效值小，可选用40A的熔断丝；三相半波每周导电三次，电流峰值与有效值更小些，可选用30A的熔断丝。*17、有一感性负载单相半控桥式整流电路，当触发脉冲突然消失或a突然增大到九时，电路会产生什么现象？电路失控时，可用什么方法判断哪一只晶闸管一直导通，哪一只一直阻断？答：对于单相半控桥式整流电路，当触发脉冲突然消失或a突然增大到九时，电路会出现失控现象，即一只晶闸管一直导通，两只整流二极管轮流导通。出现这种现象时，可用万用表测量晶闸管两端电压或用示波器测量晶闸管两端电压波形来判断导通和关断情况。18、在主电路没有整流变压器，用示波器观察主电路各点波形时，务必采取什么措施？用双踪

10、示波器同时观察电路两处波形时，务必注意什么问题？答：必须把示波器插头的接地端断开，否则会引起短路。用双踪示波器同时观察时.由于探头的负端在示波器内部被短接，所以使用时，探头的负端可以选择两个电位相同的点或无直接电联系的点，否则会引起短路。19、单相半波可控整流电路接大电感负载，为什么必须接续流二极管，电路才能正常工作？与单相桥式半控整流电路中的续流二极管的作用是否相同？答：电感足够大时，若不接续流二极管，则在正半周导通期间电感吸收能量，并储存起来；在电源负半周，电感释放出所吸收的能量，使晶闸管的阳极承受正压继续导通，这样在负载上就出现负电压波形，且负电压波形接近于正电压波形时，Ud=0,|d=

11、0。因此，在接上续流二极管后不论延迟角a多大，电感储存的能量经续流二极管续流，同时品闸管因承受反压而关断，负载上不出现负电压波形，则整流输出电压为Ud=0.45U21十cos4/2。至于单相桥式半控整流电路，不接续流二极管，电路本身具有续流回路，但是在实际运行中，可能会发生一只晶闸管一直导通而两只二极管轮流导通的异常现象，为避免这种失控情况，在负载侧并联了续流二极管。由此可见，两只二极管的作用不完全相同。20、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，若一只品闸管发生短路，例如共阴极组中一只管子短路，则其余共阴极组中任意一只晶闸管被触发导通后，都要引起

12、电源线电压短路，使管子连续烧坏，严重时还会损坏输入变压器。所以要求每只品闸管桥路中应用接快速熔断器，以保护晶闸管及整个电路。21、三相全控桥式整流电路中，变压器二次侧能否接成三角形？答：能接成三角形。22、三相可控整流，a=60°时,U相晶闸管的触发脉冲在线电压uuv的波形上是多少度？答：因为a=60°,触发脉冲在相电压uu的波形上是90°而线电压uuv超前uu为30°,所以，触发脉冲在线电压uuv位置是120。23、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：(1)从导通角来看，六相半被整

13、流电路每个瞬间只有一个晶闸管导通，每只晶闸管导通角为60°加平衡电抗器的双反星形整流电路每个瞬间有两只品闸管同时导通，导通角为120。，所以在输出相同的电流Id时，后者晶闸管和变压器容量可以降低。(2)当a=0°时，六相半波整流电路输出电压Ud=1.45U2；加平衡电抗器的双反星形整流电路输出电压Ud=1.17U2。当a=00时，六相半波整流电路的脉冲位置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电压峰值超前600。(4)在大电感电!时，六相半波整流电路中流过晶闸管、变压器二次电流有效值为I2=IT='%

14、Id；加工砂电抗器双反星形整流电路流过晶闸管、变压器二次电流有效值为I2=It=干/2Id。(5)六相半波整流电路可采用窄脉冲触发；带平衡电抗器的双反星形整流电路在电流断续时，必须采用宽脉冲或双脉冲触发。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，使得两组星形绕组的三相半波可控整流电路能同时工作，品闸管导通角增大，在输出相同的功率时，流过变压器二次侧绕组和晶闸管的电流有效值是六相半波可控整流电路的一半，因此可选用电流额定值较小的晶闸管，并且提高了变压器的利用率。24、接反电动势的桥式可控整流电路在什么情况下工作在以下状态：(1)整流与待整流；(2)逆变与待逆变。答：(1)整流与待整

15、流。控制角a在整流工作区，即仪冗/2晶闸管桥路起可控整流作用，将交流能量转化为直流能量供给负载，这种状态称为整流。由于直流输出端存在反电动势Ed,当其幅值大于直流输出电压，即|ED|>Ud时，整流输出电流Id=0,电路无法实现能量转换，此状态称为待整流状态，一旦Ud>ED,桥路立即进入整流状态。(2)逆变与待逆变状态。当控制角a在逆变工作区，即a>冗/2或九/2时，且反电动势的幅值大于|Ud|,则可控桥路将直流能量反馈回交流电网，此为逆变状态。但如若反电动势的幅值小于|Ud|,则输出电流Id=0。桥路无法实现能量转换，此时桥路称为待逆变状态。25、无源逆变电路中电压型逆变器与

16、电流型逆变器各有何特点？答：电压型逆变器的特点为(1)直流侧并接大电容滤波供电，保证以近似电压源对逆变器供电。(2)输出电压为方波，电流侧为负载参数决定的RL充放电形式的波形。(3)当开关换流时，为了给储存于L中的能量提供通路，每个逆变开关器件都应反并联二极管，使能量向直流侧反馈。(4)为避免上、下桥臂同时开通造成短路，它们的控制信号必须互差180°考虑到开关器件开关时间，应留有适当死区时间。电流型逆变器的特点为(1)直流侧用接大电感滤波，以获得近似理想的电流源。(2)各逆变开关直接改变直流电流极性，因此逆变器输出电流是矩形波，与负载参数和性质无关。但输出电压波形与负载有关。(3)直

17、流侧提供电流源，电流不能反向，因此不需要为逆变开关反并联二极管。但为了吸收换流时负载电感中的贮能，应在输出端设置吸收电容。(4)直流侧提供无脉动的直流电流，但输入到逆变器的电压是脉动的。26、下列各种交流装置中，能实现有源逆变电路的，在括号中画，不能的画“X”。(1)单相双半波可控整流电路。(，)(2)接续流二极管的单相双半波可控整流电路。(X)(3)单相全控桥式整流电路。(，)(4)单相半控桥式整流电路。(X)(5)三相半波可控整流电路。(，)(6)带续流二极管的三相半波可控整流电路。(X)(7)三相桥式全控整流电路。(，)27、试以三相半波逆变电路为例分析，当电抗器Ld的电感量不够大时，则

18、在a2时，输出电压的平均值将大于零，电动机会爬行。答：由于Ld不是足够大，电路的输出电流不连续，在Ud为负压时，导通的品闸管在下一管子被触发导通前就关断。因此Ud波形的正面积大于负面积，使Ud>0,电路输出的电流Id流过电动机时产生力矩使电动机爬行。*28、单相全控桥式整流电路中，当a>90°时，若直流侧直流电动机取走，而代之以一个电阻，晶闸管的导通角还能达到180°吗？晶闸管的输出平均电压还能出现负值吗？答不能。因为实现有源逆变不可缺少的条件是必须具有对晶闸管是正向的直流电源，当用电阻取代电动机后，在a=90°时Ud0,而a>90°,Ud保持等于零，电流出现断续，不可能使直流平均电压出现负值。*29、比较负载换流、硬开关和谐振式逆变器的特性，哪一种最有利于提高开关器件的工作频率？答：负载换流型逆变器中开关器件的工作频率就是逆变器输出频率，受到负载的限制，因此不可能设计的很高。硬开关换流型逆变器中，开关器件的工作频率可以根据