电力电子技术复习题答案.docx

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电力电子技术复习题答案

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:

uAK>0且uGK>0。

4.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,属于半控型器件的是SCR。

5.晶闸管的擎住电流IL

答:

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α（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.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?

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。

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α>30°时,负载电流出现断续_。

晶闸管

2。

2单相全控桥整流电路,其输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α=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。

α=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=Л-a

续流二极管的导通角=Л+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O=45α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:

VCOSUUd5.1617.12==αφ

VUUTM4962==φ

AId200=

AIIddT7.663/==

AIIdT5.1153/==

8单相全控桥式变流电路如图所示,工作于有源逆变状态,β=60°,变压器二次相电压有效值U2=220V,Ed=-150V,R=lΩ,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:

（3vuud99cos9.02==αARuEI

dd51=-=（4A5.252IIdV1d==A06.362

IIV1d==9三相零式可控整流电路,在电阻性负载时,当控制角α≤30°,每个晶闸管的导通角θ=

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。

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。

12.在三相半波整流电路中,α=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、α=75°、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,计算变压器二次电流的有效值I2。

解:

ωL=2πfL=6.28×300×0.2=376.8Ω

>>R,可视为大电感负载。

Ud=U2cosα≈2.34U2cosα

=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。

α=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?

答:

（1在负载将产生负向电压,且|Ud|<|Ed|

（2β<90゜

16什么是逆变失败?

如何防止逆变失败?

答:

逆变运行时,一旦发生换流失败,外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路,或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联,由于逆变电路内阻很小,形成很大的短路电流,称为逆变失败或逆变颠覆。

防止逆变失败的方法有:

采用精确可靠的触发电路,使用性能良好的晶闸管,保证交流电源的质量,留出充足的换向裕量角β等。

17有一单相半波相控整流电路,负载电阻Rd=10Ω,直接接到交流220V电源上,如图所示。

在控制角α=60°时,求输出电压平均值Ud、输出电流平均值Id,并选择晶闸管元件（考虑两倍裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解:

VuUd25.742cos145.02=+=αARUId

dd425.7==晶闸管承受的最大电压

v311U22=

311×2=622V选800V

7.425×2=14.85A选20A

18有一个三相半波可控整流电路如图所示。

已知带大电感负载,a=45°,R=2Ω变压器二次相电压U2=380V。

试

（1计算负载的平均整流电压Ud和负载电流Id。

（2计算晶闸管电流的有效值IV1。

（3按裕量系数2确定晶闸管的额定电压。

解:

（1Vuud

3.314cos17.12==α

（2

（3Vu93162=V18622931=⨯

选晶闸管的额定电压为2000V

19在三相全控桥式有源逆变电路中,直流侧输出电流电压Ud=__-2.34U2__cosβ。

（电路中电感L足够大且电流连续,设变压器二次侧相电压有效值为U2

20在三相桥式全控整流电路中,电阻负载,假设VT1不能导通,画出0=α整流电压ud波形。

（5分

ARUIdd2.157==A7.903IIV1d==

21单相全控桥式整流电路接大电感负载。

已知R=10Ω,a=45°,U2=100V,试回答:

（1计算输出整流电压Ud,输出电流平均值Id;（2计算晶闸管电流的有效值IV1;

（3按裕量系数2确定晶闸管的额定电流。

答:

（1VCOSUUd63.63459.02==

（363.6AR

UIdd

==（2

（5.42

1AIIdv==

（3

（85.257.1AIIVI

VIEAR==

2×2.85=5.7（A额定电流为10（A的晶闸管。

22控制角α与逆变角β之间的关系为β=л-α。

23三相全控桥式整流电路在运行中,当晶闸管触发脉冲丢失或电源缺相,将会出现什么现象,如果是逆变

电路又将如何?

答:

（1丢失一只晶闸管上的触发脉冲时;

①会使输出电压波形缺少2个波头,在电流连续的情况下输出电压约降低1/3。

②某一已导通的晶闸管会关不断二失控,从而导致长期导通而可能过载损坏。

（2电源缺一相时,

①会使输出电压波形缺少四个波头。

②在电流连续的情况下输出电压约降低2/3。

如果是逆变电路,将造成短路故障,使逆变失败。

24分别画三相半波整流电路电感性负载α=0°和三相全控有源逆变电路电感性负载β=60°的输出电压ud波

26在三相半波整流电路中,α=90°,试绘出在电阻性负载整流电压ud和电流id的波形;

25对三相桥式全控变流电路实施触发时,如采用单宽脉冲触发,单宽脉冲的宽度一般取>60º度较合适;如采用双窄脉冲触发时,双窄脉冲的间隔应为60º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。

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α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βmin要考虑的三个因素是晶闸管关断时间taf所对应的电角度δ,安全裕量角Ø0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:

①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。

②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。

③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、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。

ibui

uV

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Ⅰ、Ⅱ分别工作于什么状态?

控制角

α如何?

输出电压大小、极性如何?

答:

变流器Ⅰ工作在整流状态,α1<90o,变流器Ⅱ分别工作在逆变状态,α2>90o。

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号波形图、输出电压波形图,并分析其

工作原理。

工作原理:

①V1,V4导通,U0=Ud②V1,VD3导通,U0=0③VD2,VD3导通,U0=-Ud④V3,V2导通,U0=-Ud⑤V2,VD4导通,U0=0

⑥VD1,VD4导通,U0=Ud

uo成为正负各为θ的脉冲,改变θ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β的范围是__0º~90º。

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=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0.5Ud,全桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为1Ud。

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。

3

VD3

4

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=25V~75V可调,试计算斩波器V的占空比α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:

Euα=075.0~25.0=α

msT1=

T

ton

=

αmston75.0~25.0=

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:

（off

1otIEU-on

tEI1⎰

=T

Cti0

doff

ontItI12=αα-=-==112onononoffttTttIIE

EtTtEttUon

onoffonoα

α-=

-=

=

1

T/toff>1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路.

形状Q是可以代替晶闸管或全控型器件。

6.下图所示的降压斩波电路中,E=100V,L=100mH,R=0.5Ω,EM=10V,采用脉宽调制控制方式,T=20μs,当Ton=4μs时。

求:

（1输出电压平均值Uo;（2输出电流平均值Io;（3并判断负载电流是否连续。

m=

EEM=100

10=0.1τ=RL=5.01.0=0.2当ton=4μs时,有

ρ=τ

T

=0.0001=τ

ont=0.00002由于

11--ραρee=111000.002000.0--ee=0.2>m所以输出电流连续。

此时输出平均电压为Uo=

ET

ton=204

100⨯

=20（V输出平均电流为

Io=REUMo-=5.01020-=20（A

7.画出升压斩波电路的原理图和输出电流波形图,并分析其工作原理。

V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V通的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为。

V断时,E和L共同向C充电并向负载R供电。

设V断的时间为toff,则此期间电感L释放能量=ontEI1（off1otIEU-on

tEI1

为。

稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等

T/toff>1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路。

8.画出降压斩波电路的原理图和输出电压电流波形图（电流连续,并分析其工作原理。

工作原理

t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升;t=t1时刻控制V关断,负载电流经二极管VD续流,负载电压uo近似为零,负载电流呈指数曲线下降。

为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大。

9.如图所示为一降压斩波电路,试画出输出电压u0和输出电流i0的波形（电流断续。

=ontEI1（offotIEU1-（off

1otIEU-EtTEtttUoffoffoffono=+=

10交流电能转换成直流电能称整流,把一种直流电能转换成另一种直流电能称直流斩波,而把直流电

能转换成交流电能称逆变。

11.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。

12.画出升降压斩波电路的原理图和电源i1、电流负载i2波形图。

13.分别写出降压斩波电路、升压斩波电路和升降压斩波电路的直流输出电压U0与电源电压E的关系式。

答:

降压斩波电路

升压斩波电路

升降压斩波电路14.降压斩波电路,已知E=200V,R=10Ω,L值极大。

采用脉宽调制控制方式,当控制周期T=50μs,全控开关VT的导通时间ton=20μs,试完成下列各项要求。

①画出降压斩波电路图②计算稳态时输出电压的平均值UO、输出电流的平均值IO。

解:

①

②

15.升压斩波电路的典型应用有直流电动机传动和单向功率因素校正等。

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