电力电子技术复习题答案.doc

1、 1 第二章： 1. 晶闸管的动态参数有断态电压临界上升率 du/dt 和通态电流临界上升率等，若 du/dt 过大， 就会使晶闸管出现 _ 误导通 _，若 di/dt 过大，会导致晶闸管 _损坏 _。 2. 目前常用的具有自关断能力的电力电子元件有 电力晶体管 、 可关断晶闸管 、 功率场效应晶体管 、 绝缘栅双极型晶体管 几种。 简述晶闸管的正向伏安特性？ 答 : 晶闸管的伏安特性 正向特性 当 IG=0 时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流 过。 如果正向电压超过临界极限即正向转折电压 Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通 。 随着门极电流幅值的

2、增大，正向转折电压降低，晶闸管本身的压降很小，在 1V 左右。 如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值 IH 以下，则晶闸管又回到正向阻断状态，IH 称为维持电流。 3. 使晶闸管导通的条件是什么 ? 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或： uAK0 且 uGK0。 4. 在如下器件：电力二极管（ Power Diode）、晶闸管（ SCR）、 门极可关断晶闸管（ GTO）、电力晶体管（ GTR）、电力场效应管（电力 MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（ IGBT）中，属于半控型器件的是 SCR 。 5. 晶闸管的擎住电流 IL 答：

3、晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的最小电流。 6. 晶闸管通态平均电流 IT(AV) 答：晶闸管在环境温度为 40C 和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。 7. 晶闸管的控制角（移相角） 答：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲 止的电角度 ,用 a 表示 ,也称触发角或控制角。 8. 常用电力电子器件有哪些？ 答：不可控器件：电力二极管。 半控型器件：晶闸管。 全控型器件：绝缘栅双极晶体管 IGBT，电力场效应晶体管（电力 MOSFET），门极可关断晶闸管（ GTO），电力晶体管。 9.

4、电力电子器件有几种工作状态 ?（ 电力电子器件有哪四种工作状态 ?） 答：四种，即开通、截止、反向击穿、正向击穿。 10. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是晶闸管的电流大于使晶闸管维持导通所必需的最小电流。 晶闸管由导通变为关断：去掉正向电压，施加反压，使晶闸管的电流低于维持电流。 11. 简述 晶闸管的正常工作时的特性 。 答 : 当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通 。 当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通 。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸

5、管都保持导通 。 若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。 12. 对同一只晶闸管，维持电流 IH与擎住 电流 IL在数值大小上有 IH 小于 IL。 13. 请在空格内 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. 晶闸管触发电路的要求？ 2 答：晶闸管触发电路应满足下列要求： 1） 触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通（结合擎住电流的概念）。 2） 触发脉冲应有足够的幅度。 3） 不

6、超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。 4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电 路的电气隔离。 16 按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为 单极型 、 双极型 、 复合型 三 17. 电力二极管的主要类型？ 答：电力二极管的主要类型有 普通 、快恢复 、 肖特基 。 18. 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为 _电流驱动 和 电压驱动 两类 第三章 ： 1 三相零式可控整流电路带电阻性负载工作时，在控制角 30时，负载电流出现 断续 _。晶闸管所承受的最大反向电压 为 26u 。 2 单相全控 桥整流电路，其输

7、出电压的脉动频率是 100hz ，三相零式可控整流电路，其输出电压的脉动频率为 150hz 。 3 三相半波可控整流电路，带大电感负载，移相范围为（ 90 ）。 4 三相全控桥整流电路，带电阻负载，控制角 =30，试画出整流输出电压 ud的波形，画出晶闸管 V11 的电压 uv11的波形； 5 单相半波可控整流电路接电阻负载。 =30，画出输出电压 Ud和晶闸管承受的电压 Uvt 波形。 7 在单相半波可控整流大电感负载有续流二极管的电路中，晶闸管的控制角 a 的最大移相范围是多少？晶闸管的导通角、续 流二极管的导通与 a 关系如何？ 答 : a 的最大移相范围 1800 晶闸管的导通角 =

8、-a 续流二极管的导通角 = +a 6 三相半波可控整流电路，变压器二次相电压为 20V，带大电感负载，无续流二极管，试计算 45 时输出电压 ，如负载为 200A，求晶闸管上最高电压和晶闸管电流的平均值 IdT、有效值 IT。 解： VC O SUU d 5.1617.1 2 3 VUU TM 496 2 AId 200 AII ddT 7.663/ AII dT 5.1153/ 8 单相全控桥式变流电路如图所示，工作于有源逆变状态， =60 ，变压器二次相电压有效值 U2=220V，Ed=-150V， R=l ， L 足够大，试按要求完成下列各项： (1)画出输出电压 ud 的波形； (2

9、)画出输出电流 id 的波形； (3)计算输出电流平均值 Id； (4)计算晶闸管电流的 平均值 IdV1 和 有效值 IV1。 解：（ 3） vuu d 99c o s9.0 2 ARuEI dd 51（ 4） A5.252IIdV1 d A06.362IIV1 d 9 三相零式可控整流电路，在电阻性负载时，当控制角 30 ，每个晶闸管的导通角 = 120 。 10 有源逆变失败的原因？ 答：逆变失败的原因 1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配 脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。 2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。 3）交流电源缺相或突然消失

10、。 4）换相的裕量角不足，引起换相失败。 11 在三相全控桥式有源逆变电路中，以连接于 A 相的共阴极组晶闸管 V1为例 ，说明其在一个周期中，导通及关断期两端承受电压波形的规律。 答 :V1导通期间为其正向管压降 ( 0)为 120期间； V1关断期间首先为承受线电压 UAB为 120期间； 之后承受线电压 UAC为 120期间。 t O u d 0 E i d t = 4 12 .在三相半波整流电路中， =60 ,如果 a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载整流电压 ud的波形和晶闸管 V1的电压 uv1的波形。 13 有一个三相全控桥整流电路如图所示。已知电感负载 L=0.2H、 =75

11、、 R=1、变压器二次相电压 U2=100V。试画出 ud的波形，计算负载的平均整流电压 Ud和负载电流平均值 Id，计算变压器二次电流的有效值 I2。 解： L=2 fL=6.28 300 0.2=376.8 R,可视为大电感负载。 Ud= U2cos 2.34U2cos =2.34 100 cos75 =60.56V Id= = =60.56A 变压器二次电流的有效值 I2 I2= Id 0.816Id =0.816 60.56=49.42A 14 单相桥式全控整流电路接阻感负载。 =30，画出输出电压 ud和输出电流 id的波形。 15 有源逆变产生的条件 ？ 5 答 : （ 1）在负载

12、将产生负向电压，且 |Ud|60 度较合适；如采用双窄脉冲触发时，双窄脉冲的间隔应为 60 度。 27 晶闸管触发电路的要求？ 答： 晶闸管触发电路应满足下列要求： 1） 触发脉冲的 宽度 应保证晶闸管可靠导通（结合 擎住 电流 的概念）。 2） 触发脉冲应有足够的 幅度。 3） 不超过门极电压、电流和功率定额，且在 可靠触发区 域之内。 4） 应有良好的 抗干扰 性能、 温度稳定性 及与主电路的 电气隔离。 7 28 阻感负载的特点是 电流不能突变 ，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角的最大移相范围是 180 ，其承受的最大正反向电压均为 22U ，续流二极管承

13、受的最大反向电压为 22U （设 U2 为相电压有效值）。 第四章 1. 确定最小逆变角 min要 考虑的三个因素是晶闸管关断时间 taf所对应的电角度，安全裕量角 0和 换相重叠角 。 2.电压型逆变器中间直流环节以 电容 贮能。 3.适用于全控型器件的换流方式是 器件换流 。 4什么是电压型逆变电路？有什么特点？ 答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路。 电压型逆变电路的主要特点是： 直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。 由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波， 并且与负载阻抗角无

14、关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。 5.画出负载换流电路的输出电压电流波形图，并分析其工作原理。 电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性，电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入直流侧串入大电感 Ld， id 基本没有脉动。 t1 前： VT1、 VT4 通， VT2、 VT3 断， uo、 io 均为正， VT2、 VT3电压即为 uo。 t1 时：触发 VT2、 VT3 使其开通， uo 加到 VT4

15、、 VT1 上使其承受反压而关断，电流从 VT1、 VT4 换到 VT3、 VT2。 t1 必须在 uo 过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成。 6.电流型逆变器中间直流环节以 电感 贮能。 7 画出 三相桥式逆变电路图 。 8画出单相半桥电压型逆变电路原理图，并 简述其工作原理 。 t t t t O O O O i i t 1 b) o u o i o i o u VT i VT 1 i VT 4 i VT 2 i VT 3 u VT 1 u VT 4 N N+-U VW图5 - 9V 1V 2V 3V 4V 5V 6VD 1VD 2VD 3VD 4VD 5VD 6U d2U d28

16、V1和 V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压 uo 为矩形波， 幅值为 Um=Ud/2。 V1 或 V2 通时， io 和 uo 同方向，直流侧向负载提供能量； VD1 或 VD2 通时， io 和 uo 反向，电感中贮能向直流侧反馈。 VD1、 VD2 称为 反馈二极管 ,它又起着使负载电流连续的作用 。 或者 （ 设开关器件 V1 和 V2 的驱动信号在一个周期内各有半周正偏、半周反偏，且两者互补。设 t2 时刻以前 V1为通态， V2 为断态。 t2 时刻给 V1 关断信号，给 V2 开通关断信号，则 V1 关断，但感性负载中的电流 i0不能立即改变方向，于是

17、VD2 导通续流。当 t3 时刻 i0 降为 0 时， VD2 截止， V2 开通， i0 反向。同样，在 t4 时 刻给 V2 关断信号，给 V1 开通关断信号后， V2 关断， VD1先续流， t5 时刻 V1 才开通。） 9 逆变器按直流侧提供的电源的性质来分，可分为 电压 型逆变器和 电流 型逆变器。 10 电压型三相桥式逆变电路的每只晶闸管导电的角度是 180 度。 11 通常变流电路实现换流的方式有 器件换流 、 电网换流 、 负载换流 、 强迫换流 四种。 12 高压直流输电系统原理如图所示，若使功率从左向右传输，变流器 、 分别工作于什么状态 ?控制角 如何 ?输出电压大小、极

18、性如何 ? 答： 变流器 工作在整流状态， 190o。 Ud1 上正下负。 Ud2 上正下负。 Ud1 Ud2。 13 180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。 14在无源逆变器中，为使晶闸管可靠关断，常采用 _负载换流 _和 _强迫换流 _两种。 15将直流电变为频率、电压可调的交流电称为逆变， 交流测接电源 称为有源逆变。 16为保证晶闸管安全可靠工作，需 对它进行过电压、过电流保护及 吸收电路 保护。 17 画出单相全桥逆变电路的原理图和采用移相调压方式时的控制信

19、号波形图、输出电压波形图，并分析其工作原理。 工作原理： 9 V1， V4 导通 , U0=Ud V1， VD3 导通 , U0=0 VD2， VD3 导通 , U0=-Ud V3， V2 导通 , U0=-Ud V2， VD4 导通 , U0=0 VD1， VD4 导通 , U0=Ud uo 成为正负各为 的脉冲，改变 即可调节输出电压有效值 。 18.在桥式全控有源逆变电路中，理论上逆变角的范围是 _0 90 。 19 画出单相半桥逆变电路的原理图和输出电压电流波形图，并分析其工作原理。 V1 和 V2 栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压 uo 为矩形波，幅值为Um

20、=Ud/2。 V1 或 V2 通时， io 和 uo 同方向，直流侧向负载提供能量； VD1 或 VD2 通时， io和 uo 反向，电感中贮能向直流侧反馈。 VD1、 VD2 称为 反馈二极管 ,它又起着使负载电流连续的作用 。 20 三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角度为 180 ，各相开始导电的角度依次相差 120 ，在任一时刻，有 3 个桥臂导通。 21无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？ 答：交流侧接电网，为有源逆变，交流侧接负载，为无源逆变。 22. 全桥逆变电路输出交流电压的幅值 Um 为 1 （填上倍数） Ud 。 23 电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，从大的

21、方面，换流可以分为两类，即外部换流和 自换流 ，进一步划分，前者又包括 电网换流 和 负载换流 两种换流方式，后者包 括 器件换流 和 强迫换流 两种换流方式。 24 半桥逆变电路输出交流电压的幅值 Um 为 0.5 Ud ，全桥逆变电路输出交流电压的幅值 Um 为 1 Ud 。 第五章 ： 1、直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有 降压 斩波电路； 升压 斩波电路； 升降压 斩波电路。 2 对于桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于正转电动状态，试分析此时电路的工作情况，并绘制相应的电流流通路径图，同时标明电流流向。 解：需使电动机工作于正转电动状态时，由 V3和 VD3构成

22、的降压斩波电路工作，此时需要 V2保持导通，与 V3和 VD3构成的降压斩波电路相配合。 当 V3导通时，电源向 M 供电，使其反转电动，电流路径如（ 1） 图： E L R+ -V 1VD 1u o V 3E MV 2VD 2 ioV 4 VD 3VD 4ME L R+ -V 1VD 1u o V 3E MV 2VD 2 ioV 4VD 3VD 4M10 当 V3关断时，负载通过 VD3续流，电流路径如（ 2） 图： 3、分析 Cuk 斩波电路的工作原理。 Cuk 斩波电路工作原理 V 导通时， E L1 V 回路和 R L2 C V 回路分别流过电流。 V 关断时 ， E L1 C VD

23、回路和 R L2 VD 回路分别流过电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。 基本的数量关系 C 的电流在一周期内的平均值应为零，即 得 从而可得 由 L1 和 L2 的电压平均值为零，可得出输出电压 Uo 与电源电压 E的关系 4 如图所示斩波电路，直流电源电压 E=100V，斩波频率 f=1kHz。若要求输出电压 ud 的平均值 =25V75V可调，试计算斩波器 V 的占空比的变化范围以及相应的斩波器 V 的导通时间 t0n 的变化范围。 解 ： Eu 0 75.025.0 msT 1 Tton mst on 75.025.0 5分析下图 所示斩波电路的基本工作原理。 形状 Q 是可以代替什么元件 ? 解： Q 通时， E 向 L 充电，充电电流恒为 I1，同时 C 的电压向负载供电，因 C 值很大，输出电压 uo 为恒值，记为 Uo。设 Q 通的时间为 ton，此阶段 L 上积蓄的能量为 Q 断时， E 和 L 共同向 C 充电并向负载 R供电。设 Q断的时间为 toff，则此期间电感 L 释放能量为 稳态时，一个周期 T 中 L 积蓄能量与释放能量相等 : Q off1o tIEU ontEI1 T C ti0 0doffon tItI 12 112 on onono ff t tTttIIEEtT tEttU onono f fono 1