电力电子技术

1、电力电子技术复习题填空题1. 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。2. 晶闸管对触发脉冲的要求是 要有足够的驱动功率 、 触发脉冲前沿要陡幅值要高 和 触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。3.多个晶闸管相并联时必须考虑均流 的问题，解决的方法是 串专用均流电抗器。4.在电流型逆变器中，输出电压波形为 正弦波 ，输出电流波形为方波? 。5. 型号为 KS100-8 的元件表示 双向晶闸管 晶闸管、它的额定电压为 800V 伏、额定有效电流为 100A 。6

2、.180 °导电型三相桥式逆变电路， 晶闸管换相是在 同一桥臂 上的上、下二个元件之间进行；而 120o 导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在 不同桥臂上的元件之间进行的。7. 当温度降低时， 晶闸管的触发电流会 增加 、正反向漏电流会 下降 ；当温度升高时，晶闸管的触发电流会 下降 、正反向漏电流会 增加 。8. 常用的过电流保护措施有 快速熔断器 ?、 串进线电抗器、 接入直流快速开关 、 控制快速移相使输出电压下降。（写出四种即可）9. 普通晶闸管内部有两个PN 结，外部有三个电极，分别是阳极 A、阴极K和门极G。10. 晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时，门极上加上

3、触发电压，晶闸管就导通。11. 晶闸管的工作状态有正向阻断状态，正向导通状态和反向阻断状态。12. 当增大晶闸管可控整流的控制角，负载上得到的直流电压平均值会减小。13. 晶体管触发电路的同步电压一般有正弦波同步电压和锯齿波电压。14. 按负载的性质不同， 晶闸管可控整流电路的负载分为电阻性负载，电感性负载和反电动势负载三大类。15. 双向晶闸管的触发方式有+、 -、 -四种16. 在有环流逆变系统中，环流指的是只流经逆变电源、逆变桥 而不流经 负载 的电流。环流可在电路中加电抗器来限制。为了减小环流一般采控用控制角大于的工作方式。17. 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

4、依次互差120°。18. 对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值下降。19.180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在同一相的上、下二个开关元件之间进行。20.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。21.KP100-10 型晶闸管 ,能承受最大交流电压有效值是707V。22.三相半控桥式整流电路 ,不能工作在逆变状态。23.在无源逆变器中，为使晶闸管可靠关断，常采用自然换流 和强迫换流两种。24. 单相半控桥式整流电路中，若出现一个晶闸管直通，另两个二极管轮流导电180°的情况时，则表示该电路发生失控现象。25

5、.在实际应用中，双向晶闸管常采用+和-和两种触发方式。26. 控制角与逆变角之间的关系为=-。简答题1. 简述晶闸管整流电路对触发脉冲的要求。答：（ 1）触发信号可为直流、交流或脉冲电压。（ 2）触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。（ 3）触发脉冲应有一定的宽度， 脉冲的前沿尽可能陡， 以使元件在触发导通后，阳极电流迅速上升到掣住电流而维持导通。（ 4）触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步。2. 简述 GTR基极驱动电路的功能：答：（ 1）提供合适的正反向基流以保证 GTR可靠导通与关断。（ 2）实现主电路与控制电路的隔离。（ 3）自动保护功能，以便在故障发生时快速自动切断驱动信号，避

6、免损坏 GTR。电路尽可能简单，工作稳定可靠、抗干扰能力强。3. 晶闸管整流电路中的脉冲变压器有什么作用？答：在晶闸管的触发电路采用脉冲变压器输出， 可降低脉冲电压， 增大输出的触发电流，还可以使触发电路与主电路在电气上隔离， 既安全又可防止干扰， 而且还可以通过脉冲变压器多个二次绕组进行脉冲分配，达到同时触发多个晶闸管的目地。4. 简述晶闸管有源逆变的条件：答：（ 1）有直流电动势源，极性与晶闸管的导通方向一致，且数值稍大于变流器直流侧的平均电压。（ 2）变流器工作在 >900范围。（ 3）直流侧串接大电感。5. 试以三相全控桥式反并联电路为例， 分析 工作制的主电路的工作原理。答：（

7、 1）正转。给 I 组和 II 组晶闸管触发信号， I<900，II>900，即 II<900且保证 III，此时第一组工作在整流状态，输出电压为 UdI=2.34U2cosI，电动机电枢得到右正左负的电压后运行， 且产生反电动势 E。第二组晶闸管由于触发脉冲 II<900，其输出电压为 UdII=- 2.34U2cosII，和 UdI 大小相等，极性也为右正左负，由于此时 UdII>E ，不满足逆变条件，二组晶闸管工作在待逆变状态。（ 2）调速。当需要速度升高时，使 I减小， II减小，输出电压增大，电流增大，电磁转矩增大，电动机转速升高，减速时相反。（ 3）停

8、机。第一组晶闸管的触发脉冲移动到大于 900，在移相过程中，电枢电流迅速下降， 电感将产生感应电动势， 使一组晶闸管继续导通， 工作在有源逆变状态，将电感中储存的能量逆变为交流电能回馈电网， 称本桥逆变， 由于电流下降很快，转速还来不及变化。 当电流下降到零时， 将第二组晶闸管的触发脉冲移相到 II<900，使的 IUdIII<E ，二组进入它桥逆变，电枢电流反向，电动机发电制动，机械惯性能量回馈电网。（ 4）反转。当电动机停机完成后，再继续将二组晶闸管的脉冲由大于 900 移到小于 900 区域，一组进入待逆变状态，二组进入整流状态，直流电压极性改变，电动机反转。6. 有源逆变实

9、现的条件是什么？答：（ 1）晶闸管的控制角大于 90 度，使整流器输出电压 UD 为负（ 2）整流器直流侧有直流电动势，其极性必须和晶闸管导通方向一致，其幅值应大于变流器直流侧的平均电压7. 单结晶体管的特性曲线可以分为哪几段？如果用一个二极管和两个电阻接成如下方式，请按对单结晶体管特性曲线进行研究的相同做法， 设计试验电路， 并作出它的 Ie-Ue 特性曲线。单结晶体管特性曲线可分为：截止区、负阻区、饱和导通区。8. 单项桥式逆变器的“非对称控制”的过程，其目的在于什么？答：使 V1、V2 栅极信号互补， V3、V4栅极信号互补； V3与 V2 不同相位， V4 栅极信号与 V1 不同相位，

10、而是分别前移了 180o- ，即 V3、V4 分别比 V1、V2 落后。“非对称控制”使得输出电压不再是正负各为 180o 的脉冲，而是正负各为的脉冲。“非对称控制” 称为移相调压， 用于调节带有阻感负载的逆变电路输出电压， 改变，可改变输出电压。9. 有源逆变产生的条件答：（ 1） |Ud|<|E d | （2） <9010. 并联谐振型逆变电路利用负载电压进行换流，晶闸管交替频率与负载回路的谐振频率应满足什么条件？负载电压 ua 什么样的波形 ?答：(1) 晶闸管交替频率稍大于负载回路的谐振频率(2) 负载电压 ua 是正弦波11. 三相桥式全控整流电路中，对触发脉冲有何要求，

11、为什么？答：按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差 60°，共阴极组 VT1、VT3、VT5的脉冲依次差 120°，共阳极组 VT4、VT6、VT2 也依次差 120°，同一相的上下两个桥臂，即 VT1与 VT4，VT3 与 VT6， VT5与 VT2，脉冲相差 180°。原因：保证 2 个晶闸管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同 1 相器件。12. 什么是单相桥式半控整流电路的失控现象？纯电阻型负载会发生失控吗？为什么？答：当角突然增加到 180o 或触发脉冲消失，会发生一个晶闸管连续导通，而二个二

12、极管轮流导通的情况，称之为失控。纯电阻负载不会发生失控现象，因为没有续流过程。13. 晶闸管的导通条件和关断条件。答：(1) 阳极和门极承受正向电压(2) 阳极承受反向电压或阳极电流小于维持电流14. 逆变失败的原因是什么 ? 答：(1) 某晶闸管在逆变时由于某种原因无法触发导通(2) 逆变角太小15. 写出下列电力电子器件的电气符号，英文简称，并说明它们属于电流控制还是电压控制。1）门级可关断晶闸管；2）电力晶体管；3）晶闸管；4）电力场效应管；5）绝缘栅双级晶体管。答：1）门级可关断晶闸管；GTO流控2）电力晶体管；3）晶闸管4）电力场效应管5）绝缘栅双级晶体管GTR流控SCR；流控MOS

13、FET压控IGBT压控16. 流过晶闸管的电流波形如图所示，不考虑安全裕量，试求额定电流为 100A 的元件所允许的平均电流 Id 及最大电流值 Im.iI mOtIT1I m sintd (t )20I1(I m sint )2 d (t)20Id=314/1.41=111.3(A)Im =2 Id=222.6 (A)17. 单相桥式全控整流电路， U2 =100V， 负载电阻 R=2， L 值极大，当 =30o 时，求整流输出平均电压 Ud，电流 Id 的值。d21 cos1 cos30oU =0.9U=0.9× 100×=83.97 (V)22Id =U d =42

14、(A)R计算题1. 一台由 220V 供电的自动恒温功率为 1kW 的电炉，采用单相半控桥整流电路。通过计算选择晶闸管和续流二极管的型号。解：电炉电阻丝的电阻Rd=U 22=220220 48Pd1000当 =0°时晶闸管与整流管的电流有效值才最大为ITm=IDm= U 21 SIn2=2201 2 00=3.2ARd424842选择晶闸管和整流管的型号IT(AV)=(1.5 2) I Tm =(1.52) 3.2 =34A1.571.57取 5A( 电流系列值 )UTn=(2 3)UTM=(2 3)2 ×220=625936V所以，晶闸管的型号为KP5-8同理，整流管的型

15、号为ZP5-82. 一个额定电流为 100A 的晶闸管，在流过如图所示波形的电流不时，不考虑安全裕量，允许所流过的电流平均值为多少？i Ai A2Im2ImImIm 223 t3 34 t有效值： I1.57I T157(A)有效值： I12/ 34Im2 d (t)5I m(I m2 d ( t )2/ 32 / 36平均值： I d12 / 32I md (t)1 I m 86（A）(I m d ( t)2/ 32/ 323. 某感性负载采用带续流二极管的单相半控桥整流电路， 已知电感线圈的内电阻Rd=5，输入交流电压 U2=220V，控制角 =60°。试求晶闸管与续流二极管的电

16、流平均值和有效值。解：首先求整流使出电压的平均值Ud=0.91 COS=0.9× 220× 1 COS600=149 V22再求负载电流Id = Ud / Rd = (149 / 5) 30 A晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值分别为IdT =1800Id = 180060 030 =10A36003600IT =1800Id =180060036003600×30 = 17.3AIdD =Id =60 0× 30=10A180 0180 0ID =Id =600×30 = 17.3 A180018004. 三相半波可控整流电路，大电感负载

17、， 600，已知电感内阻 R=4，电源电压 U2=220V，试计算不接续流二极管与接续流二极管两种情况下的平均电压，平均电流，并选择晶闸管的型号。并画出电压电流波形。解：（ 1）不接续流二极管时，Ud=1.17U2cos600=128.7V，Id=Ud/R=128.7/4=32.675A，IT=1/31/2Id=18.575AITn=(1.5-2)IT/1.57=17.75-23.67A ，取 30AUTn=(2-3)61/2U2=1078-1616V ，取 1200V，晶闸管为 KP30-12。（ 2）接续流二极管时，Ud=0.675U21+cos(300+ )=148.5VId=Ud/R=

18、148.5/4=37.15A，IT=Id 【(1500-600)/3600】1/2=18.AITn=(1.5-2)IT/1.57=17.5-23.65A ，取 30AUTn=(2-3)61/2U2=1078-1616V ，取 1200V 晶闸管为 KP30-12。5. 一台工业炉原由额定电压为单相交流 220供电，额定功率为 10 千瓦。现改用双向晶闸管组成的单相交流调压电源供电，如果正常工作时负载只需要5 千瓦。试问双向晶闸管的触发角应为多少度？试求此时的电流有效值，以及电源侧的功率因数值。/2；32.1A ；0.7076. 有一单相交流调压电路，电路参数如下：Ui =100V ，R=3，

19、L=100mH。求：1）本电路所用的电力电子器件名称是什么？它的额定电流是如何定义的？2）试分别画出 =30°及 =75°时的输出电压 Uo 稳态波形。LuiuoR答：1） 双向晶闸管，平均通态电流2）7. 某感性负载采用带续流二极管的单相半控桥整流电路， 已知电感线圈的内电阻Rd=5，输入交流电压 U2=220V，控制角 =60°。试求晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值。解：首先求整流使出电压的平均值Ud=0.9 1 COS=0.9× 220× 1 COS 600=149 V22再求负载电流Id = Ud / Rd = (149 / 5)

20、 30 A晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值分别为IdT =180018006003600Id =360030 =10AIT =1800Id =1800600×30 = 17.3A36003600IdD =Id =60 0× 30=10A01800180ID =1800Id =600×30 = 17.3 A18008. 单相桥式半控整流电路， 负载为大电感， 并接有续流二极管， 设最大负载电流为 20A，控制角 =30°，试回答：画出 ud 、i v11 波形计算晶闸管电流有效值 I v1 计算续流二极管的电流有效值 I V4答(1) 波形 ud,

21、i V11(2)IV1=minI d 12.9A2(3)IV2ARm inId=8.16A9. 有一个三相全控桥整流电路。 已知电感负载 L=0.2H、R=4、要求 Ud 从 0220V之间变化。试求画出控制角 =30°时的整流输出电压 ud 的波形，画出晶闸管 V11 的电压 uv11 的波形； 不考虑控制角裕量时的变压器二次线电压 U2。 计算晶闸管电压、电流值 ,( 安全裕量为 2 倍), 选择晶闸管型号。 变压器二次电流有效值 I 2, 和 S2,答 (1)(2)U d2.34U 2 cos ， =0 °U=220v得出 :dU2 =94v(3)U d/R d=22

22、0/4=55AI T1 I d =31.7A3IT(AV)=2 I/1.57=40.4A ，取 50A；TMUTn=2 UTm=26U 2=460.5v，取；500V所以型号为 KP50-5(4) I2=2 I d =44.93S2=3U 2×I2=3 ×94×44.9=12.66KVA10.1. 图示电路属于哪种斩波电路？简述其工作原理。2. 当 E=100V， V 的关断时间为 T/3， 导通时间为 2T/3 时， 输出电压 Uo 为多少？（理想状态下）3. 考虑电路的电阻 R 为 10K，求电源电流 I1 和输出电流平均值Io 。i1ioLVDECuo RV升压斩波，V 处于通态时，电源E 向电感