电力电子技术习题讲解.docx

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电力电子技术习题讲解

第1章电力电子器件

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________。

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？

答：

电力电子器件（PowerElectronicDevice）是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

按照能够被控制电路信号所控制的程度分为半控型器件，全控型器件，不可控器件；按照驱动信号的性质分为电流驱动型，电压驱动型，脉冲触发型，电平控制型；按照载流子参与导电的情况分为单极型器件，双极型器件，复合型器件。

特点：

处理电功率的大；为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态；需要信息电子电路控制；自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，一般都需要安装散热器。

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？

答：

晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）

　　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？

答：

维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

要使晶闸管由导通变为关断，可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，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断

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？

GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2,分别具有共基极电流增益

和

，由普通晶闸管的分析可得，

+

=1是器件临界导通的条件。

+

＞1，两个等效晶体管过饱和而导通；

+

＜1，不能维持饱和导通而关断。

GTO之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：

1）GTO在设计时

较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；

2）GTO导通时的

+

更接近于1，普通晶闸管

+

1.15，而GTO则为

+

1.05，GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；

3）多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。

　　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？

答：

电力MOSFET的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。

MOSFET的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过

20的击穿电压，所以为防止MOSFET因静电感应而引起的损坏，应注意以下几点：

①一般在不用时将其三个电极短接；②装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必须接地；③电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高④漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。

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。

答：

全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？

试分析RCD缓冲电路中各元件的作用。

答：

全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，du/dt或过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。

RCD缓冲电路中，各元件的作用是：

开通时，Cs经Rs放电，Rs起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经VDs从Cs分流，使du/dt减小，抑制过电压。

　　39.试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。

答：

器件

优点

缺点

IGBT

开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小

开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及GTO

GTR

耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低

开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题

GTO

电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强

电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低

电力

MOSFET

开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题

电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置

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2章整流电路档

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.变压器漏感对整流电路有何影响？

　　31.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？

　　32.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？

　　33.什么是逆变失败？

如何防止逆变失败？

　　34.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）?

35.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。

　　36.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。

　　37.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。

　　38.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。

　　39.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。

　　40.三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＝10Ω,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。

　　41.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。

　　42.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。

　　43.三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。

　　44.三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。

　　45.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。

　　46.三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。

　　47.三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。

　　48.三相全控桥，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。

　　49.三相全控桥变流器，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？

　　50.什么是单相半波整流？

什么是单相桥式整流？

它们各有什么特点？

晶闸管在此类电路中所承受的最大正、反向电压各是多少？

51.单相半波可控整流电路中，如晶闸管：

①不加触发脉冲，②内部短路，③内部断路，试分析元件两端和负载电压的波形。

52.单相半波整流电路带感性负载工作时，如果突然发现整流输出电压很低，经检查晶闸管及触发电路均正常，试问是何原因产生上述情况？

53.单相半波可控整流电路电阻性负载时，R＝1.2Ω，U2＝220V，要求直流平均电压在0～24V范围内连续可调，计算晶闸管的额定值、导通角、电路功率因数及电源容量。

用30V交流电源供电能否满足要求，如能，则重新计算以上各量，并比较结果。

54.单相半波整流电路大电感负载，带续流二极管，U2＝220V，R＝10Ω，当控制角

＝30°时，求直流输出电压和负载电流的平均值，流过晶闸管和续流管的电流平均值和有效值，如考虑2倍裕量，试选择晶闸管的定额和型号。

55.单相桥式全控整流电路大电感负载，U2＝220V，R＝5Ω，试计算

＝60°时，输出电压和电流的平均值。

如接续流二极管输出电压和电流的平均值又为多少？

并计算流过晶闸管和续流管的电流平均值和有效值，画出二种情况下的输出电压和电流的波形。

56.单相桥式全控整流电路电阻负载时，负载电阻上的Ud和Id的乘积是否等于负载功率？

为什么？

带大电感负载时，负载电阻上的Ud和Id的乘积是否等于负载功率？

为什么？

57.单相桥式半控直流电路，电阻负载R＝2Ω，U1＝220V要求负载平均电流Id在0～25A之间变化，求：

①变压器的变比；②计算负载电流有效值及变压器二次电流有效值；③考虑两倍裕量，选择晶闸管型号；④忽略变压器励磁功率，选择变压器的容量；⑤计算负载电阻R的功率；⑥计算电路最大功率因数。

58.带续流二极管的单相半控整流电路，大电感负载。

如果U2＝110V，控制角

＝30°，此时负载电流Id＝20A。

计算晶闸管、整流管和续流二极管的电流平均值和有效值，交流侧电流有效值、变压器容量以及功率因数。

59.下图所示整流电路，试求：

①画出

＝0°和

＝30°时，输出ud和id的波形。

②求移相范围的大小。

③如果带大电感负载，电路能否正常工作？

如能，说明工作过程；如不能，则是否需要接续流二极管？

为什么？

题2-10图

60.三相半波可控整流电路，U2＝110V，R＝2Ω，L趋于无穷大，当

＝60°时，试求：

（1）画出整流输出电压和电流的波形；

（2）计算整流电压和电流的平均值；

61.三相半控桥式整流电路在大电感负载时，当出项以下情况时，试给出

＝60°时输出电压的波形。

（1）交流电源缺少c相；

（2）a相脉冲丢失；

（3）b、c两相脉冲丢失；

（4）交流电源b、c两相相序接错。

62.三相桥式全控整流电路，U2＝220V，R＝5Ω，L趋于无穷大，当

＝30°时，试求：

（1）画出整流输出电压和流过晶闸管VT1的电流波形；

（2）