电力电子技术复习大纲.docx

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电力电子技术复习大纲

1、三相全控桥整流电路如下图所示。

已知电感负载L=0.2H、α=30°、R=1Ω、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。

2、型号为KP100-3，维持电流IH=4mA的晶闸管，使用在下图所示电路中是否合理，为什么?

（暂不考虑电压电流裕量）

解：

（a）图的目的是巩固维持电流和擎住电流概念，擎住电流一般为维持电流的数倍。

本题给定晶闸管的维持电流IH＝3mA，那么擎住电流必然是十几毫安，而图中数据表明，晶闸管即使被触发导通，阳极电流为100V/50KΩ＝3mA，远小于擎住电流，晶闸管不可能导通，故不合理。

（b）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。

本图所给的晶闸管额定电压为300A、额定电流100A。

图中数据表明，晶闸管可能承受的最大电压为311V，大于管子的额定电压，故不合理。

（c）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。

晶闸管可能通过的最大电流有效值为150A，小于晶闸管的额定电流有效值1.57×100＝157A，晶闸管可能承受的最大电压150V，小于晶闸管的额定电压300V，在不考虑电压、电流裕量的前提下，可以正常工作，故合理。

3、一交流单相晶闸管调压器，用作控制从220V交流电源送至电阻为0.5Ω，感抗为0.5Ω的串联负载电路的功率。

试求：

（1）控制角范围；

（2）负载电流的最大有效值。

4、某电阻性负载要求0~24V直流电压，最大负载电流Id=30A，如采用由220V交流直接供电和由变压器降压到60V供电的单相半波可整流电路，是否两种方案都能满足要求?

试计算两种情况下晶闸管导通角、额定电压、额定电流、电路的功率因数及对电源容量的要求。

解：

（1）采用220V电源直接供电，当

=0°时

Ud0＝0.45U2=99V

采用整流变压器降至60V供电，当

=0°时

Ud0＝0.45U2=27V

所以只要适当调节

角，上述两种方案均满足输出0～24V直流电压的要求。

（2）采用220V电源直流供电，因为

，其中在输出最大时，U2＝220V，Ud＝24V，则计算得

≈121°，θT＝180°－121°＝59°

晶闸管承受的最大电压为UTM＝

U2＝311V

考虑2倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=622V

流过晶闸管的电流有效值是IT＝

，其中，

≈121°，

则IT＝84A

考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为

因此，所选晶闸管的额定电压要大于622V，额定电流要大于107A。

电源提供的有功功率

电源的视在功率

电源侧功率因数

（3）采用整流变压器降至60V供电，U2＝60V，Ud＝24V，由

计算得

≈39°，θT＝180°－39°＝141°

晶闸管承受的最大电压为UTM＝

U2＝84.9V

考虑2倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=169.8V

流过晶闸管的电流有效值是IT＝

考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为

因此，所选晶闸管的额定电压要大于169.8V，额定电流要大于65.5A。

电源提供的有功功率

电源的视在功率

电源侧功率因数

通过以上计算可以看出，增加了变压器后，使整流电路的控制角减小，所选晶闸管的额定电压、额定电流都减小，而且对电源容量的要求减小，功率因数提高。

所以，采用整流变压器降压的方案更合理。

5、三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4Ω，要求Ud从0~220V之间变化。

试求：

（1）不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。

（2）计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取2倍裕量，选择晶闸管型号。

解：

（1）因为Ud=2.34U

；不考虑控制角裕量，

时

（2）晶闸管承受最大电压为

取2倍的裕量,URM=460.6V

晶闸管承受的平均电流为IdT=

Id

又因为

所以IdT=18.33A，取2倍的裕量IdTmax=36.67（A）

选择KP50—5的晶闸管。

6、如图所示的电路工作在电感电流连续的情况下，器件T的开关频率为100kHz，电路输入电压为交流220V，当RL两端的电压为400V时，求占空比的大小；

7、三相半波相控整流电路带大电感负载，Rd=10Ω，相电压有效值U2=220V。

求α=45°时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流IdT和有效电流IT，画出ud、iT2、uT3的波形。

解：

Ud=1.17U2cosα=182V

Id=Ud/Rd=182/10=18.2A

IdT=1/3*Id=6.1A

IT=0.577Id=10.5A

8、分别画出GTO、GTR、IGBT、MOSFET、SCR的符号。

9、简述电流型逆变电路的特点。

10、写出升压式变换电路、降压式变换电路输入输出电压的关系式。

11、简述什么是逆变失败。

12、什么叫GTR的一次击穿?

什么叫GTR的二次击穿?

答：

二次击穿是指器件发生一次击穿后，集电极电流急剧增加，在某电压电流点将产生向低阻抗高速移动的负阻现象。

13、什么是电压型逆变电路？

有何特点？

14、试说明PWM控制的工作原理。

答：

PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。

即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

在采样控制理论中有一条重要的结论：

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，冲量即窄脉冲的面积。

效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。

上述原理称为面积等效原理。

以正弦PWM控制为例。

把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。

这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。

如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。

各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。

根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。

对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。

15、带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前15°处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为10°和20°时负载两端的电压ud波形

解：

当触发脉冲宽度分别为10°，如图所示，当触发脉冲ug1触发U相晶闸管，则U相晶闸管导通。

当ug2触发V相晶闸管时，这时U相电压高于V相电压，所以V相晶闸管不导通，U相晶闸管继续导通。

过了自然换相点后，尽管V相电压高于U相电压，但V相晶闸管的触发脉冲已消失，所以V相晶闸管仍不导通。

U相晶闸管导通到过零点关断。

这样下去，接着导通的是W相晶闸管。

由此可以看出，由于晶闸管间隔导通而出现了输出波形相序混乱现象，这是不允许的。

。

16、晶闸管的导通条件是什么?

导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?

解：

晶闸管导通的条件是：

晶闸管阳极和阴极之间加正向阳极电压。

门极和阴极之间加适当的正向阳极电压。

导通后流过晶闸管的电流由主电路电源电压和负载大小决定。

晶闸管的关断条件是：

阳极电流小于维持电流。

关断晶闸管可以通过降低晶闸管阳极－阴极间电压或增大主电路中的电阻。

晶闸管导通时两端电压为通态平均电压（管压降），阻断时两端电压由主电路电源电压决定。