中南大學(xué)電力電子技術(shù)題例

1、復(fù)習(xí)題1、使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？2、維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？3、試說明igbt/gtr/gto/電力mosfet各自的優(yōu)缺點。 4下列電力電子器件屬于電壓驅(qū)動型器件是（ ） a. scr b. gtr c. igbt d. gto5下列電力電子器件中，屬于電流控制的全控型器件是（ ）。a scr b gtr c電力mosfet d igbt6 在電力開關(guān)管的驅(qū)動電路中，一般采用的電氣隔離技術(shù)是_和_。 7 電力開關(guān)管由于承受過電流、過電壓的能力差，所以其控制電路必須設(shè)有_和_保護電路8晶閘管可能導(dǎo)通的條件是（ ）。a陽極加正向電壓，門極有正向脈沖 b陽極加正向電壓，門極有負向脈沖c陽極

2、加反向電壓，門極有正向脈沖 d陽極加反向電壓，門極有負向脈沖9若晶閘管允許的電流有效值是157a，則其額定電流為_a。（不考慮電流安全裕量）復(fù)習(xí)題1 什么是觸發(fā)角？ 2設(shè)變壓器二次側(cè)相電壓有效值為u2。單相半控橋式有續(xù)流二極管整流電路輸出電壓平均值為（ ），單相半波電路電路輸出電壓平均值為（ ）。3、三相半波可控整流電路中的三個晶閘管的觸發(fā)脈沖相位按相序依次互差_度4三相半波可控整流電路，帶電阻性負載，晶閘管可能承受的最大正向電壓為（ ），設(shè)u2為變壓器二次側(cè)相電壓有效值。5三相全控橋式整流電路中同一相上、下兩只晶閘管觸發(fā)脈沖相位差為（ ）。a60 b90 c120 d1806三相不可控橋式整

3、流電路，在一個電源周期中，輸出電壓脈動數(shù)為（ ）次。a2 b3 c5 d67.輸入整流變壓器存在直流磁化的有：（）a單相雙半波整流電路 b. 三相半波整流電路 c . 三相橋式有源逆變電路 d. 三相橋式整流電路 8.考慮變壓器漏感對整流電路的影響，在電流換相過程中，換相的兩個晶閘管同時_，同時會導(dǎo)致整流輸出電壓平均值_。 9. 單相橋式全控整流電路，帶電阻性負載，如果有一個晶閘管不能導(dǎo)通，此時整流電壓波形如何？如果有一晶閘管短路，則電路會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？并分析原因。10、單相半控橋式整流電路，帶續(xù)流二極管，對阻感負載供電（圖1），電感極大，交流電源電壓為u2=220v，電阻r=4，控制角=60

4、，試回答： （1）計算整流輸出平均電壓ud和晶閘管電流的有效值ivt1； （2）按裕量系數(shù)2確定晶閘管的額定電流。 1、試述降壓型斬波電路的工作原理，如果電路中ud=100v, 求輸出電壓值？2、boost變換器為什么不宜在占空比接近1的情況下工作？3、在圖所示的降壓斬波電路中，已知e=120v，l值極大，r=5，em=30v，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)t=40us，ton=25us時，求：（1）計算輸出電壓平均值u0、輸出電流平均值i0。（2）分別畫出igbt開通和關(guān)斷時的等效電路。 分析下圖所示的升壓斬波電路的工作原理，若已知e=110v，l和c極大，r=20，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)t=6

5、0s，ton =40s時，試計算輸出電壓平均值u0和輸出電流平均值i0 。 升壓斬波電路1、在題圖所示的單相半波整流電路中，r=10，l=50mh，e=100v，rr=1，u=（100sint）v，f=50hz，當(dāng)純電阻負載，純電感與電阻串聯(lián)負載以及反電動勢負載三種情況下，試計算： 直流輸出電壓的平均值ud。 直流輸出電流的平均值id。 加在二極管上的反向峰值電壓。答：題圖電阻性負載時輸出波形如上圖a所示。u=sintd（t）=100v=45a i=4.5a u=100v=141.4v題圖感性負載時輸出波形如上圖b所示。二極管一導(dǎo)通，下面電壓方程式成立。l+ri=usint當(dāng)t=0時，id=0

6、則i=imsin（t-）+imsinve其中i= 圖b中在三種時間常數(shù)時電流波形曲線角隨的減小而增大。負載為純電感時， i=變?yōu)?，即，.時，即二極管在此時刻才截止。 題圖c反電動勢負載時輸出波形如圖c所示。設(shè)二極管導(dǎo)通時的角度為，截止時的角度為，則=u=e+ 106.8v=2、晶閘管單相半波可控整流，設(shè)交流電壓有效值為u ，頻率為f，負載為電感性負載，延遲角為，如圖所示。繪出輸出電壓的波形以及輸出電流的波形，并求出及來。答：晶閘管在延遲角處導(dǎo)通后下面電壓方程式成立。 如果電流的初相位為，則=isin其中當(dāng)=時，成為正弦半波電流?；?、單相半波可控整流，電感性負載接有續(xù)流二極管，如圖所示。求此

7、時直流電壓平均值及直流電流的平均值，并繪出輸出電壓及電流的波形，若lr時，波形又如何？答：當(dāng)晶閘管vt導(dǎo)通時當(dāng)二極管vd導(dǎo)通時設(shè)t=時，晶閘管的初始電流為，則 其中 如果時所求出的二極管電流的初始值為，則在期間的值為，則可求出晶閘管電流的初始值，即和的關(guān)系為當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時，當(dāng)二極管導(dǎo)通時，。因為 故輸出電流的平均值與l無關(guān)系?？蓪懽鳟?dāng)時，則這樣，我們就可以把電流看作一條直線來計算了。4、某一電熱負載，要求直流電壓60v，電流30a，采用單相半波可控整流電路，直接由220v電網(wǎng)供電，計算晶閘管的導(dǎo)通角及電流有效值。答：導(dǎo)通角電壓有效值即電流有效值為61.7a5、某電阻負載要求024v直流電壓，最

8、大負載電流=30a，如果用220v交流直接供電與用變壓器降壓到60v供電，都采用單相半波可控整流電路，是否都滿足要求？試比較兩種供電方案的晶閘管的導(dǎo)通角，額定電壓，電流值，電源與變壓器二側(cè)的功率因數(shù)，以及對電源容量的要求。答：采用220v電源直接供電=0時，采用60v電源供電、所以只要適當(dāng)調(diào)節(jié)控制角，均能滿足最大整流電壓為24v的要求。下面我們分析以下兩種情況的利弊。先計算用220v交流電源直接供電的情況。=查圖示曲線，波形系數(shù)，要求晶閘管額定有效值1.57即 考慮安全欲度，晶閘管至少應(yīng)選kp100-4查圖示曲線，cos=0.302要求電源視在功率s=（220）=18.48kva如采用降壓到6

9、0v供電=39查圖示曲線，波形系數(shù)所以選kp50-2型的晶閘管也就可以了。s=這樣，增加了整流變壓器后，使延遲角減小了，選擇的晶閘管的額定電壓、額定電流都減小了，要求的電源容量也減小了。由此可以看出，應(yīng)當(dāng)盡量使晶閘管電路工作在小延遲角狀態(tài)。6、有一轉(zhuǎn)差離合器的勵磁繞組，其直流電阻為45，希望在090v范圍內(nèi)可調(diào)，采用單相半波可控整流電路，由電網(wǎng)直接供電，電源電壓為220v，試選擇晶閘管和二極管。答：如圖所示 在大電感負載情況下，必須接續(xù)流二極管，電路才能正常運行。如=90v =2a=35 若不考慮電壓、電流欲量，選kp1-4型晶閘管即可。流過二極管vd電流有效值=0.7732a=1.55a若不

10、考慮電壓、電流欲量，選zp2-4行整流二極管即可。7、圖為同步發(fā)電機單相半波自勵電路，原先運行正常，突然發(fā)電機電壓很低，經(jīng)檢查，晶閘管觸發(fā)電路以及熔斷器fu均正常，試問是何原因？答：是續(xù)流二極管斷開所致。因為發(fā)電機勵磁線圈為大電感負載，所以晶閘管導(dǎo)通角為=2-2，始終為零或零電壓很低。8、單相半波可控整流電路，如門極不加觸發(fā)脈沖；晶閘管內(nèi)部電極短開，試分析上述三種情況晶閘管兩端和負載兩端波形。答：晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖，即晶閘管呈阻斷狀態(tài)，可視作開路，所以和波形如圖a所示。 晶閘管內(nèi)部短路，顯然晶閘管兩端電壓為零，此時和波形如圖b所示。 晶閘管內(nèi)部斷開，和波形如圖c所示。9、某單相可控整流電路

11、給電阻性負載供電和給反電動勢負載蓄電池充電，在流過負載電流平均值相同的條件下，哪一種負載的晶閘管額定電流應(yīng)選大一點？為什么？答：在流過負載電流平均值相同的條件下，反電動勢負載時晶閘管額定電流應(yīng)選大一些。因為反電動勢負載時，晶閘管導(dǎo)通的條件除了門極需要觸發(fā)外，還必須瞬時陽極電壓大于發(fā)電動勢e值，所以導(dǎo)通角比電阻負載小時。因此，在平均電流值相同時，反電動勢負載的電流波形系數(shù)比電阻負載時大，所以晶閘管的額定電流應(yīng)選大一些。10、某電阻負載的單相橋式半控整流電路，若其中一只晶閘管的陽極、陰極之間被燒斷，試畫出整流二極管、晶閘管和負載電阻兩端的電壓波形。11、圖為一種簡單的舞臺調(diào)光線路，求：根據(jù)、波形分

12、析電路調(diào)光工作原理。說明rp、vd及開關(guān)q的作用。本電路晶閘管最小導(dǎo)通角答：根據(jù)晶閘管工作原理分析，波形是正弦波，但半波被vd截去，當(dāng)它的瞬時值超過晶閘管門極觸發(fā)電壓時，晶閘管因承受正向陽極電壓而導(dǎo)通，隨著電位器阻值的變化，幅值變化，晶閘管導(dǎo)通的時刻也在發(fā)生改變，達到調(diào)光的目的，開關(guān)q打開時，可以調(diào)光；開關(guān)q閉合時晶閘管vt不導(dǎo)通，燈不亮。用rp調(diào)節(jié)延遲角亦即調(diào)節(jié)輸出電壓，控制燈光亮暗。 當(dāng)rp阻值增大時，幅值減小，控制角增大，當(dāng)rp增大到某一值，對應(yīng)的電壓最大值等于門極觸發(fā)電壓時，最大，最小，由圖分析，可得出。vd的作用是保護門極。當(dāng)q閉合時，也有極微弱的電流流過燈泡，但燈不會亮，原因是rp

13、一般為幾百千歐，所以q閉合，可以認為燈不亮。12、某電阻負載r=50，要求輸出電壓在0600v可調(diào)，試用單相半波與單相全波兩種供電，分別計算：晶閘管額定電壓、電流值。負載電阻上消耗的最大功率。答:單相半波，當(dāng)=0時流過晶閘管電流有效值晶閘管承受的最大反向電壓晶閘管的額定電壓至少應(yīng)大于2000v晶閘管的額定電流至少應(yīng)使電阻消耗功率p=負載電流有效值晶閘管承受的最大反向電壓晶閘管承受的額定電流所以，晶閘管的額定電壓至少應(yīng)大于2000v，晶閘管的額定電流至少應(yīng)大于6a。13、某一電感負載要求直流電壓范圍是1560v，電壓最高時電流是10a，采用具有續(xù)流二極管的單相橋式半控電路，從220v電源經(jīng)變壓器

14、供電，考慮最小控制角min=25,計算晶閘管、整流管和續(xù)流二極管的電流有效植以及變壓器一次、二次額定電流值。答：當(dāng)ud=60v, min=25時 u2= idt= it= 二極管的電流與晶閘管的電流相同。當(dāng)ud=15 v時cos= =121idt=i1=流過續(xù)流二極管的電流 idd= id=變壓器 i2 u 1=220 v u2=70 vi1=i2=2.95a 14、單相橋式半控整流電路，接有續(xù)流二極管，對直流電動機電樞供電，主回路平波電抗器的電感量足夠大，電源電壓為220v，延遲角為60，此時，負載電流為30a，計算晶閘管、整流管和續(xù)流二極管的電流平均值和有效值，交流電源的電流有效值、容量及

15、功率因數(shù)。答:當(dāng)id=30a,=60時idt= it=整流管的電流與晶閘管的電流相同。idd=id=交流電源電流 i2=it=24.5a交流電源容量 s=i2u2=5.4kv.a co15、如圖所示，晶閘管的電流延遲角為60，試畫出晶閘管兩端承受的電壓波形，整流管和續(xù)流二極管每周期各導(dǎo)電多少度？并計算各器件定額，已知電源電壓是220 v，負載是電感性負載，其中電阻是5。答：當(dāng)=60時晶閘管導(dǎo)通角 t=2（-）=整流二極管的導(dǎo)通角 續(xù)流二極管的導(dǎo)通角 u 若不考慮裕量，可以選kp20-4晶閘管。晶閘管兩端電壓波形如圖中斜線部分所示，由圖可知晶閘管不承受反向電壓。16、單相橋式全控整流電路，對直流

16、電動機供電，主回路中平波電抗器的電感量足夠大，要求電動機在額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)速，調(diào)速范圍是1：10，系恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。試問調(diào)速范圍與晶閘管容量有關(guān)系嗎？調(diào)速范圍與移相范圍的關(guān)系又如何？答：電動機的轉(zhuǎn)矩正比于電樞電流，t=ci電動機轉(zhuǎn)速正比于電樞電動勢，n=e/(c)。當(dāng)轉(zhuǎn)速往下調(diào)時，e就減小，而u=e+i,即u減小，增大?，F(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，不變。當(dāng)增大時，i/i增大，晶閘管的容量要加大，即選晶閘管時應(yīng)從電動機最低速度來考慮。 當(dāng)忽略電樞電阻時，ue。若接續(xù)流二極管時，則轉(zhuǎn)速與關(guān)系如下：n=若不接續(xù)流二極管時，則轉(zhuǎn)速與關(guān)系如下： 17、蓄電池充電，如圖所示,u2有效值為36v, 整流輸出ud=0.936v=

17、32.4v。接充電蓄電池5只（30v）, 熔體熔斷，增加到7只（42 v），熔體還是熔斷，這是什么原因？答： 而-，雖然e=42v（7只）。但只要很小時，還是比較大，足以燒斷熔體。18、單相半控橋式全控整流電路，電阻負載rd=4,要求id在025a之間變化。求： 變壓器電壓比。 如果導(dǎo)線電流密度，計算連接負載的導(dǎo)線截面積。不考慮安全裕量，計算晶閘管的電流、電壓定額。忽略變壓器勵磁功率，變壓器應(yīng)選多大容量。計算負載電阻rd 的功率. 計算電路的功率因數(shù)。答：變壓器電壓比 若不考慮裕量，可選kp-2型晶閘管。變壓器容量電阻rd功率cos= (=0) 19、圖為具有中點二極管的單相半控橋式整流電路，

18、求： 繪出=45時ud=的波形。 導(dǎo)出ud=f(a)的關(guān)系式。 求出ud的最大值umax 和最小值umin.答：設(shè)在的期間，、未觸發(fā)導(dǎo)通，電路早正半周時，下面一組變壓器二次電壓工作，和導(dǎo)通；負半周時，上面一組變壓器電壓工作，和導(dǎo)通。當(dāng)在某時刻觸發(fā)、使之導(dǎo)通時，電路恢復(fù)為單橋相式半控整流電路，ud的波形如圖所示。 ud 其中，ud1 是vd3導(dǎo)通時的平均電壓，ud2是半控橋的平均電壓。 當(dāng)=0時 當(dāng)=時20、圖為單相全波整流電路，由一只晶閘管與一只整流二極管組成，已知u2=220 v，=45。求：輸出直流電壓ud畫出=45時ud=的波形 畫出晶閘管兩端電壓ut與二極管兩端電壓ud波形。答： 其中

19、，為vt導(dǎo)通時的平均電壓值，ud2為vd導(dǎo)通時的平均電壓值。 和波形如圖所示：21、為什么可控整流電路不應(yīng)在直流側(cè)直接接大電容濾波？答：整流電路直接并聯(lián)電容經(jīng)濾波后再輸出，晶閘管剛一觸發(fā)導(dǎo)通就有很大的電容充電電流流過晶閘管，電流的大小由電源電壓與電容電壓之差及電源回路的阻抗大小決定。當(dāng)電源阻抗較小時，沖擊電流很大，可能超過晶閘管開通時允許的電流上升率，所以可控整流電路不應(yīng)在直流側(cè)直接接大電容濾波。22、在可控整流的負載為純電阻情況下，電阻上的平均電流與平均電壓之乘積，是否等于負載功率？為什么？答:負載功率下等于平均功率。因為負載功率p=ui,現(xiàn)在負載上是非正弦量的電流、電壓波形，除直流分量id

20、、ud外，還有一系列諧波i1、i2、i3，；u1、u2、u3相同頻率的諧波電壓電流的乘積組成諧波功率，而總的有功功率 p=所以，負載功率大于平均功率。pd=ud id。23、在可控整流的負載為大電感與電阻串聯(lián)的情況下，果忽略電感的電阻，時負載電阻上的電流平均值與電壓平均值的乘積是否等于負載功率?為什么?答：負載功率等于電流平均值與電壓平均值和乘積，p=pd。因為，雖然ud的波形存在諧波分量，但id是恒定的直流，沒有諧波分量，而功率是同次諧波電壓、電流的乘積，所以，負載功率等于電流平均值與電壓平均值的乘積，即p=pd。24、充電機采用單相半波、全波或三相可控整流電路是否可以？若輸出充電電流均15

21、a，各應(yīng)選用多大的熔體？答：這三種電路作為充電機的主電路均可采用，但是，單相半波每周導(dǎo)電一次，在同樣輸出電流平均值為15a的情況下，電流峰值下，有效值也大，要選用50a的熔體；單相全波每周導(dǎo)電兩次，電流峰值與有效值小，可選用40a的熔體；三相半波每周導(dǎo)電三次，電流峰值和有效值更小些，可選用30a的熔體。25、兩只晶閘管串聯(lián)的單相半控橋式整流電路，脈沖變壓器次繞組n2與n之間承受最大電壓為多少？答： 如圖所示。在b點為正時，且晶體管vt1、vt2未被觸發(fā)時，則這個正電位通過vd1，使脈沖變壓器二次繞組n2與b點等電位，而脈沖變壓器二次繞組n與a點等電位。所以，脈沖變壓器兩組二次繞組間承受的最大電

22、壓為u2的峰值電壓u2m=u。脈沖變壓器作這種使用時，一定要注意兩組二次繞組之間的絕緣，否則可能使絕緣擊穿，導(dǎo)致?lián)p壞其它元器件。26、試比較六相半波整流電路與帶平衡電抗器的雙反星形整流電路工作情況有什么不同? 平衡電抗器在電路中起什么作用?答:從導(dǎo)通角來看,六相半波整流每個瞬間只有一個晶閘管導(dǎo)通,每個晶閘管導(dǎo)通60;加平衡電抗器的雙反星形整流每個瞬間有兩只晶閘管同時導(dǎo)通, 導(dǎo)通角為120,所以同樣i時,晶閘管變壓器容量可以降低. 當(dāng)=0時,六相半波整流輸出u =1.35 u;加平衡電抗器的雙反星形整流輸出u=1.17 u. 當(dāng)=0時, 六相半波整流的脈沖位置在比該相電壓峰值超前30,即為與前相

23、電壓波形的交點; 加平衡電抗器的雙反星形整流的脈沖位置比該相峰值電壓超前60. 六相半波整流電路時流過晶閘管, 流過變壓器二次電流有效值i= i= i;加平衡電抗器的雙反星形整流流過晶閘管,變壓器二次電流有效值i= i= i.以上均為大電感負載. 六相半波整流可采用窄脈沖觸發(fā); 加平衡電抗器的雙反星形整流在電流持續(xù)時,必須采用寬脈沖或雙脈沖觸發(fā).平衡電抗器的作用:接入平衡電抗器后,由于存在感應(yīng)電動勢,使得兩組星形繞組同時工作, 晶閘管導(dǎo)通角增大, 流過變壓器二次繞組和器件的電流有效值變小,可選用額定值較小的器件,并提高了變壓器的利用率.27、若三相全控橋式整流電路，當(dāng)一只晶閘管短路時,電路會發(fā)

24、生什么情況？答:在三相橋式電路中，若一只晶閘管短路,例如共陰極一只管子短路，則其余共陰極組中任意一只管子觸發(fā)導(dǎo)通，都要引起電源線電壓短路，使管子連續(xù)燒壞，所以要求每只晶閘管橋路接快速熔斷器，保護晶閘管。28、三相半波整流電路,大電感負載時,直流輸出功率p=ui=100v100a=10kv.a 求:繪出整流變壓器二次電流波形；計算整流變壓器二次側(cè)容量p，一次側(cè)p及容量p；分別寫出該電路在無續(xù)流二極管及有續(xù)流二極管兩種情況下, 晶閘管最大正向電壓u；晶閘管最大反向電壓u；整流輸出u=f(a)；脈沖最大移相范圍；晶閘管最大導(dǎo)通角。答：整流變壓器二次電流波形如圖所示 u=100v=1.17ucos=0

25、時，則u=v=85.5vi= i=i=0.557100a=57.7ap=3 ui=385.557.7=14.8kv.ap=1.21p=12.1kv.ap=（p+ p）=13.4kv.a無續(xù)流管時, 晶閘管最大正向電壓u=u,晶閘管最大反向電壓u=u,整流輸出u=1.17 ucos，0/6, u=0.675 uu1+cos(+/6), /65/6,脈沖移相范圍為0150，晶閘管最大導(dǎo)通角為120。29、如圖整流電路, u=usint, u=ucost,求：延遲角=0應(yīng)定在何處？繪出=0時 u的波形。 u=f(),假設(shè)vt；vt； vt； vt； vt； vt； vt； vt分別同時觸發(fā)。答：=0定在離該相電壓原點45處。=0時u的波形如圖所示。0/4時u= uusint d(t)=1.27 ucos/4時，u故 cos(i=i=0.557u=130ai=80.4aiu考慮電壓電流裕量，可選kp100-1晶閘管。s=3i i=is=334、已知三相橋式全控整流的變壓器二次相電壓u=100v，折算到變壓器二次側(cè)每相漏電感l(wèi)r求：電路輸出最高電壓u，最大電流i。u=3.24 u-2 u= ir代入數(shù)值后，從和中解得 u=223.3v i=77a，35、圖所示的三相全控橋式整流電路，晶閘管vt，vt以延遲角觸發(fā)；晶閘管vt，vt，vt以延遲角分別觸