电力电子技术习题.docx

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电力电子技术习题

第1章电力电子器件

一、填空题

1.电力电子器件一般工作在________状态。

　　2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。

　　3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加________。

　　4.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________、________、________三类。

　　5.电力二极管的工作特性可概括为________。

　　6.电力二极管的主要类型有________、________、________。

　　7.肖特基二极管的开关损耗________快恢复二极管的开关损耗。

　　8.晶闸管的基本工作特性可概括为____正向有触发则导通、反向截止____。

　　9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL________IH。

　　10.晶闸管断态不重复电压UDRM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDRM________Ubo。

　　11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。

　　12.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。

　　13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________。

　　14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。

　　15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。

　　16.IGBT的开启电压UGE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET。

　　17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。

　　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________和________两类。

　　19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。

　　20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。

　　21.抑制过电压的方法之一是用________吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。

在过电流保护中，快速熔断器的全保护适用于________功率装置的保护。

　　22.功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用________型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。

　　23.晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是________措施，给每只管子并联RC支路是________措施，当需同时串联和并联晶闸管时，应采用________的方法。

　　24.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有________温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有________温度系数。

　　25.在如下器件：

电力二极管（PowerDiode）、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，属于不可控器件的是________，属于半控型器件的是________，属于全控型器件的是________；属于单极型电力电子器件的有________，属于双极型器件的有________，属于复合型电力电子器件得有________；在可控的器件中，容量最大的是________，工作频率最高的是________，属于电压驱动的是________，属于电流驱动的是________。

二、简答题：

26.电力电子器件是如何定义和分类的？

同处理信息的电子器件相比，它的特点是什么？

27.应用电力电子器件的系统组成如题图1-27所示，试说明其中保护电路的重要意义？

28.二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻，阻值较高且为常量，为何二极管在正向电流较大时管压降仍然很低？

　　29.二极管在恢复阻断能力时为什么会形成反向电流和反向电压过冲？

这与它们的单相导电性能是否矛盾？

这种反向电流在电路使用中会带来什么问题？

　　30.使晶闸管导通的条件是什么？

　　31.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？

　　32.GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？

　　33.GTR的安全工作区是如何定义的？

如题图1-33所示，GTR带电感性负载时，如果不接二极管VD会产生什么问题？

有了二极管VD是否还要加缓冲电路呢？

　　34.如何防止电力MOSFET因静电感应应起的损坏？

　　35.晶闸管的触发电路有哪些要求？

　　36.GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？

　　37.IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点？

　　38.全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？

试分析RCD缓冲电路中各组件的作用。

　　39.试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。

计算题：

　　40.晶闸管在单相正弦有效值电压220V时工作,若考虑晶闸管的安全裕量,其电压定额应选多大?

41.流经晶闸管的电流波形如题图1－41所示。

试计算电流波形的平均值、有效值及波形系数。

若取安全裕量为2，问额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流平均值和最大值为多少？

42.在题图1-42电路中，E＝50V，R＝0.5W,L＝0.5H，晶闸管擎住电流为15mA。

要使晶闸管导通，门极触发脉冲宽度至少应为多少？

　　43.题图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。

　　44.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？

这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?

第二章整流电路

填空题：

　　1.电阻负载的特点是________，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是________。

　　2.阻感负载的特点是________，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α的最大移相范围是________，其承受的最大正反向电压均为________，续流二极管承受的最大反向电压为________（设U2为相电压有效值）。

　　3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为________，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为________和________；带阻感负载时，α角移相范围为________，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为________和________；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个________。

　　4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ=________;当控制角α小于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ=________。

　　5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与________的波形基本相同，只是后者适用于________输出电压的场合。

　　6.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压UFm等于________，晶闸管控制角α的最大移相范围是________，使负载电流连续的条件为________（U2为相电压有效值）。

　　7.三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________，当它带阻感负载时，α的移相范围为________。

　　8.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中，共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是________的相电压，而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是________的相电压；这种电路α角的移相范围是________，ud波形连续得条件是________。

　　9.对于三相半波可控整流电路，换相重迭角的影响，将使用输出电压平均值________。

　　10.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为________，随负载加重Ud逐渐趋近于________，通常设计时，应取RC≥________T，此时输出电压为Ud≈________U2（U2为相电压有效值）。

　　11.电容滤波三相不可控整流带电阻负载电路中，电流id断续和连续的临界条件是________，电路中的二极管承受的最大反向电压为________U2。

　　12.实际工作中，整流电路输出的电压是周期性的非正弦函数，当α从0°～90°变化时，整流输出的电压ud的谐波幅值随α的增大而________，当α从90°～180°变化时，整流输出的电压ud的谐波幅值随α的增大而________。

　　13.三相桥式全控整流电路带阻感负载时，设交流侧电抗为零，直流电感L为足够大。

当α＝30°时，三相电流有效值与直流电流的关系为I＝________Id，交流侧电流中所含次谐波次数为________，其整流输出电压中所含的谐波次数为________。

　　14.带平衡电抗器的双反星形可控整流电路适用于________的场合，当它带电感负载时，移相范围是________，带电阻负载时，移相范围是________；如果不接平衡电抗器，则每管最大的导通角为________，每管的平均电流为________Id。

　　15.多重化整流电路可以提高________，其中移相多重联结有________和________两大类。

　　16.逆变电路中，当交流侧和电网连结时，这种电路称为________，欲实现有源逆变，只能采用________电路，当控制角0<α<π/2时，电路工作在________状态；π/2<α<π时，电路工作在________状态。

　　17.在整流电路中，能够实现有源逆变的有________、________等（可控整流电路均可），其工作在有源逆变状态的条件是________和________。

　　18.晶闸管直流电动机系统工作于整流状态，当电流连续时，电动机的机械特性为一组________，当电流断续时，电动机的理想空载转速将________，随α的增加，进入断续区的电流________。

　　19.直流可逆电力拖动系统中电动机可以实现四象限运行，当其处于第一象限时，电动机作________运行，电动机________转，正组桥工作在________状态；当其处于第四象限时，电动机做________运行，电动机________转，________组桥工作在逆变状态。

　　20.大、中功率的变流器广泛应用的是________触发电路，同步信号为锯齿波的触发电路，可分为三个基本环节，即________、________和________。

简答题：

21.如题图2-21所示的单相桥式半控整流电路中可能发生失控现象，何为失控，怎样抑制失控？

22.单相全波可控整流电路与单相桥式全控整流电路从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的，那么二者是否有区别呢？

　　23.三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其向量如题图2-23所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增加10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？

　　24.三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？

如果不是，它们在相位上差多少度？

　　25.有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是α，那么共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，例如都是a相，在相位上差多少度？

　　26.题图2-26为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？

试说明：

①晶闸管承受的最大反向电压为2

；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。

　　27.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压ud波形如何？

如果有一个晶闸管被击穿而短路，其它晶闸管受什么影响？

　　28.单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？

　　29.三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是D，y-5，采用NPN锯齿波触发器，并附有滞后30°的R-C滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。

　　30.单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？

其中幅值最大的是哪一次？

变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？

其中主要的是哪几次？

　　31.三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？

其中幅值最大的是哪一次？

变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？

其中主要的是哪几次？

　　32.变压器漏感对整流电路有何影响？

　　33.无功功率和谐波对公用电网分别有那些危害？

　　34.单相桥式不可控整流带电容滤波电路和三相桥式不可控整流带电感电路，它们交流侧谐波组成有什么规律？

　　35.整流电路的输出电压和电流是周期性的非正弦波，试以α=0︒为例，分析此时整流电压、电流中的谐波关系。

　　36.12脉波、24脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐波？

　　37.带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同？

　　38.整流电路多重化的主要目的是什么？

　　39.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？

　　40.什么是逆变失败？

如何防止逆变失败？

计算题：

　　41.晶闸管通态平均电流IT=100A，当流过晶闸管的实际电流如题图2-41所示,求允许平均电流Id的值（不考虑环境温度与安全裕量）?

 　 42.单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0°和60°时的负载电流Id，并画出ud与id波形。

　　43.单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：

①作出ud、id、和i2的波形；②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

　　44.单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。

　　45.单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当α=30°时，要求：

①作出ud、id和i2的波形；②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

　　46.单相桥式全控整流电路带电阻负载工作，设交流电压有效值U2＝220V，控制角α＝π/3rad,负载电阻Rd＝5W,试求：

（1）输出电压的平均值Ud；

（2）输出电流有效值I。

　　47.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作，设交流电压有效值U2＝400V，负载电阻Rd＝10W,控制角α＝π/2rad,试求：

（1）输出电压平均值Ud；

（2）输出电流平均值Id。

　　48.晶闸管串联的单相半控桥（桥中VT1、VT2为晶闸管，电路如题图2-48所示，U2=100V，电阻电感负载，R=2Ω，L值很大，当α=60°时求流过器件电流的有效值，并作出ud、id、iVT、iD的波形。

　　49.在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压ud的波形。

　　50.三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当α=60°时，要求：

①画出ud、id和iVT1的波形；②计算Ud、Id、IdT和IVT。

　　51.三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当α=60°时，要求：

①画出ud、id和iVT1的波形；②计算Ud、Id、IdT和IVT。

　　52.单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，当α=60°时求Ud、Id与γ的数值，并画出整流电压ud的波形。

　　53.三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，U2=100V，R=1Ω，L=∞，LB=1mH，求当α=30°时、E=50V时Ud、Id、γ的值并作出ud与iVT1和iVT2的波形。

　　54.三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5Ω，L=∞，U2=220V，XB=0.3Ω，求Ud、Id、IVD、I2和γ的值并作出ud、iVD和i2的波形。

　　55.三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1Ω，L=∞，U2=220V，α=60°，当①LB=0和②LB=1mH情况下分别求Ud、Id的值，后者还应求γ并分别作出ud与iT的波形。

　　56.试计算第43题中i2的3、5、7次谐波分量的有效值I23、I25、I27。

　　57.试计算第51题中i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27。

　　58.试分别计算第43题和第51题电路的输入功率因子。

　　59.三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，U2=220V，LB=1mH，当EM=-400V，β=60°时求Ud、Id与γ的值，此时送回电网的有功功率是多少？

　　60.单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，U2=100V，L=0.5mH，当EM=-99V，β=60°时求Ud、Id和γ的值。

21.如题图2-21所示的单相桥式半控整流电路中可能发生失控现象，何为失控，怎样抑制失控？

第四章交交变频电路

填空题：

　　1.改变频率的电路称为________，变频电路有交交变频电路和________电路两种形式，前者又称为________，后者也称为________。

　　2.单相调压电路带电阻负载，其导通控制角的移相范围为________，随的增大，Uo________，功率因数________。

　　3.单相交流调压电路带阻感负载，当控制角＜（=arctan（L/R））时,VT1的导通时间________,VT2的导通时间________。

　　4.根据三相联接形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式，TCR属于________联结方式，TCR的控制角的移相范围为________，线电流中所含谐波的次数为________。

　　5.晶闸管投切电容器选择晶闸管投入时刻的原则是：

________。

　　6.把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路称为________。

　　7.单相交交变频电路带阻感负载时，哪组变流电路工作是由________决定的，交流电路工作在整流还是逆变状态是根据________决定的。

　　8.当采用6脉波三相桥式电路且电网频率为50Hz时，单相交交变频电路的输出上限频率约为________。

　　9.三相交交变频电路主要有两种接线方式，即________和________，其中主要用于中等容量的交流调速系统是________。

　　10.矩阵式变频电路是近年来出现的一种新颖的变频电路。

它采用的开关器件是________器件；控制方式是________。

简答题：

　　11.交流调压电路和交流调功电路有什么区别？

二者各运用于什么样的负载？

为什么？

　　12.单相交流调压电路带电阻负载和带阻感负载时所产生的谐波有何异同？

　　13.斩控式交流调压电路带电阻负载时输入输出有何特性？

　　14.三相交流调压电路采用三相四线接法时，存在何种问题？

　　15.三相交流调压电路采用三相三线接法带电阻负载时，试分析电流的谐波情况。

　　16.什么是TCR，什么是TSC？

它们的基本原理是什么？

各有何特点？

　　17.简述交流电力电子开关与交流调功电路的区别。

　　18.交流调功电路中电流的谐波有何特点？

　　19.画出单相交交变频电路的基本原理图并分析其基本工作原理。

　　20.交交变频电路的主要特点和不足是什么？

其主要用途是什么？

　　21.单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同？

　　22.交交变频电路的最高输出频率是多少？

制约输出频率提高的因素是什么？

　　23.三相交交变频电路有那两种接线方式？

它们有什么区别？

　　24.在三相交交变频电路中，采用梯形波输出控制的好处是什么？

为什么？

　　25.试述矩阵式变频电路的基本原理和优缺点。

为什么说这种电路有较好的发展前景？

计算题：

　　26.调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在α=0°时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%，50%时的开通角α。

　　27.一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。

试求：

①开通角α的变化范围；②负载电流的最大有效值；③最大输出功率及此时电源侧的功率因数；④当α=/2时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。

　　28.采用两晶闸管反并联相控的交流调功电路，输入电压Ui＝220V，负载电阻R＝5W。

晶闸管导通20个周期，关断40个周期。

求:

（1）输出电压有效值Uo,

（2）负载功率Po,

（3）输入功率因数cosi。

　　29.采用两晶闸管反并联相控的交流调压电路，输入电压Ui＝220V，负载电阻R＝5W。

如1＝2＝/3,求：

（1）输出电压及电流有效值,

（2）输出功率，

（3）晶闸管的平均电流，

（4）输入功率因数。

　　30.采用两晶闸管反并联相控的单相调压电路，输入为市电，负载为RL串联,R＝1,L＝5.5mH。

求：

（1）控制角移相范围，

（2）负载电流最大值，

（3）最大输出功率，

（4）最大功率因数。

第五章逆变电路

填空题：

　　1.把直流电变成交流电的电路称为__逆变______，当交流侧有电源时称为___有源逆变_____，当交流侧无电源时称为___无源逆变_____。

　　2.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___器件换流_____和___强迫换流_____两种换流方式，后者包括___负载换流_____和___电网换流_____两种换流方式。

　　3.适用于全控型器件的换流方式是___器件换流_____，由换流电路内电容直接提供换流电压的换流方式称为___强迫换流_____。

　　4.逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧是电压源时，称此电路为_____电压型逆变电路___，当直流侧为电流源时，称此电路为____电流型逆变电路____。

　　5.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。

　　6.三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角