電力電子技術(shù)

1、電力電子技術(shù)復(fù)習(xí)題填空題1. 標(biāo)出下面元件的簡(jiǎn)稱(chēng)：電力晶體管GTR ;可關(guān)斷晶閘管GTO ;功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET ;絕緣柵 雙極型晶體管IGBT ； IGBT是MOSFET和GTR的復(fù)合管。2. 晶閘管對(duì)觸發(fā)脈沖的要求是要有足夠的驅(qū)動(dòng)功率、觸發(fā)脈沖前沿要陡幅 值要高 和 觸發(fā)脈沖要與晶閘管陽(yáng)極電壓同步。3. 多個(gè)晶閘管相并聯(lián)時(shí)必須考慮均流的問(wèn)題,解決的方法是 串專(zhuān)用均流電抗器。4. 在電流型逆變器中，輸出電壓波形為 正弦波，輸出電流波形為方波？。5. 型號(hào)為KS100-8的元件表示 雙向晶閘管 晶閘管、它的額定電壓 為 800V伏、額定有效電流為 100A。6.180。導(dǎo)電型三相橋式逆

2、變電路，晶閘管換相是在 同一橋臂 上的上、下二個(gè) 元件之間進(jìn)行；而120。導(dǎo)電型三相橋式逆變電路，晶閘管換相是在 不同橋臂上 的元件之間進(jìn)行的。7. 當(dāng)溫度降低時(shí)，晶閘管的觸發(fā)電流會(huì) 增加、正反向漏電流會(huì) 下降；當(dāng)溫度 升高時(shí)，晶閘管的觸發(fā)電流會(huì) 下降、正反向漏電流會(huì) 增加。8. 常用的過(guò)電流保護(hù)措施有快速熔斷器？、 串進(jìn)線電抗器、接入直流快速開(kāi) 關(guān)、 控制快速移相使輸出電壓下降。（寫(xiě)出四種即可）9. 普通晶閘管內(nèi)部有 兩個(gè) PN結(jié)，外部有三個(gè)電極，分別是 陽(yáng)極A 、 陰極K 和門(mén)極G 。10. 晶閘管在其陽(yáng)極與陰極之間加上正向電壓的同時(shí)，門(mén)極上加上觸發(fā)電壓，晶閘管就導(dǎo)通。11. 晶閘管的工作

3、狀態(tài)有正向阻斷 狀態(tài)，正向 導(dǎo)通狀態(tài)和反向阻斷 狀態(tài)。12. 當(dāng)增大晶閘管可控整流的控制角 a，負(fù)載上得到的直流電壓平均值會(huì)減小。13. 晶體管觸發(fā)電路的同步電壓一般有正弦波同步電壓和 鋸齒波電壓。14. 按負(fù)載的性質(zhì)不同，晶閘管可控整流電路的負(fù)載分為電阻性負(fù)載,電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載三大類(lèi)。15. 雙向晶閘管的觸發(fā)方式有+、丄、 川+、 川- 四種16. 在有環(huán)流逆變系統(tǒng)中，環(huán)流指的是只流經(jīng) 逆變電源、 逆變橋 而不流 經(jīng) 負(fù)載 的電流。環(huán)流可在電路中加 電抗器 來(lái)限制。為了減小環(huán)流一般采控 用控制角a大于B的工作方式。17. 三相半波可控整流電路中的三個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖相位按相序依次互差

4、120° 。18. 對(duì)于三相半波可控整流電路，換相重疊角的影響，將使用輸出電壓平均值 下降 。19. 180°導(dǎo)電型電壓源式三相橋式逆變電路，其換相是在同一相的上、下二個(gè)開(kāi)關(guān)元件之間進(jìn)行。20. 有源逆變器是將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能饋送回電網(wǎng)的逆變電路。21. KP100-10型晶閘管，能承受最大交流電壓有效值是。22. 三相整流電路，不能工作在逆變狀態(tài)。23. 在無(wú)源逆變器中，為使晶閘管可靠關(guān)斷，常采用自然換流 和 強(qiáng)迫換流兩種。24. 單相半控橋式整流電路中，若出現(xiàn)一個(gè)晶閘管直通，另兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)電180°的情況時(shí)，則表示該電路發(fā)生失控現(xiàn)象。25. 在實(shí)際應(yīng)

5、用中，雙向晶閘管常采用I + 和 川- 和兩種觸發(fā)方式。26. 控制角a與逆變角B之間的關(guān)系為 B =畀-a。簡(jiǎn)答題1. 簡(jiǎn)述晶閘管整流電路對(duì)觸發(fā)脈沖的要求。答：(1) 觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。(2) 觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率(觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流)。(3) 觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后， 陽(yáng)極電流迅速上升到掣住電流而維持導(dǎo)通。(4) 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步。2. 簡(jiǎn)述GTR基極驅(qū)動(dòng)電路的功能：答：(1) 提供合適的正反向基流以保證 GTR可靠導(dǎo)通與關(guān)斷。(2) 實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路的隔離。(3) 自動(dòng)保護(hù)功能，以便在故障發(fā)生時(shí)快速自動(dòng)切斷

6、驅(qū)動(dòng)信號(hào)，避免損壞GTR 電路盡可能簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)。3. 晶閘管整流電路中的脈沖變壓器有什么作用？答：在晶閘管的觸發(fā)電路采用脈沖變壓器輸出，可降低脈沖電壓，增大輸出的觸發(fā)電流，還可以使觸發(fā)電路與主電路在電氣上隔離，既安全又可防止干擾，而且還可以通過(guò)脈沖變壓器多個(gè)二次繞組進(jìn)行脈沖分配，達(dá)到同時(shí)觸發(fā)多個(gè)晶閘管的目 地。4. 簡(jiǎn)述晶閘管有源逆變的條件：答：(1) 有直流電動(dòng)勢(shì)源，極性與晶閘管的導(dǎo)通方向一致，且數(shù)值稍大于變流器直 流側(cè)的平均電壓。(2) 變流器工作在a >90(范圍。(3) 直流側(cè)串接大電感。5. 試以三相全控橋式反并聯(lián)電路為例，分析a = B工作制的主電路的工

7、作原理。 答：(1) 正轉(zhuǎn)。給I組和II組晶閘管觸發(fā)信號(hào)，a I<900 a 11>900即B 11<900且保 證a上B II此時(shí)第一組工作在整流狀態(tài)，輸出電壓為Udl=2.34U2cos aj電動(dòng)機(jī)電樞得到右正左負(fù)的電壓后運(yùn)行， 且產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)E。第二組晶閘管由于觸發(fā)脈 沖B II<900其輸出電壓為UdII=-2.34U2cosB，和UdI大小相等，極性也為右正 左負(fù)，由于此時(shí)UdII>E，不滿足逆變條件，二組晶閘管工作在待逆變狀態(tài)。(2) 調(diào)速。當(dāng)需要速度升高時(shí)，使 a減小，B I減小，輸出電壓增大，電流增 大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，減速時(shí)相反。(

8、3) 停機(jī)。第一組晶閘管的觸發(fā)脈沖移動(dòng)到大于 900,在移相過(guò)程中，電樞電流迅速下降，電感將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使一組晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，工作在有源逆變 狀態(tài)，將電感中儲(chǔ)存的能量逆變?yōu)榻涣麟娔芑仞侂娋W(wǎng)，稱(chēng)本橋逆變，由于電流下降很快，轉(zhuǎn)速還來(lái)不及變化。當(dāng)電流下降到零時(shí)，將第二組晶閘管的觸發(fā)脈沖移 相到B 11<900使的IUdIII<E，二組進(jìn)入它橋逆變，電樞電流反向，電動(dòng)機(jī)發(fā)電 制動(dòng)，機(jī)械慣性能量回饋電網(wǎng)。(4) 反轉(zhuǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)停機(jī)完成后，再繼續(xù)將二組晶閘管的脈沖由大于900移到 小于900區(qū)域，一組進(jìn)入待逆變狀態(tài)，二組進(jìn)入整流狀態(tài)，直流電壓極性改變， 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。6. 有源逆變實(shí)現(xiàn)的條件

9、是什么？答：(1) 晶閘管的控制角大于90度，使整流器輸出電壓UD為負(fù)(2) 整流器直流側(cè)有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其幅值 應(yīng)大于變流器直流側(cè)的平均電壓7. 單結(jié)晶體管的特性曲線可以分為哪幾段？如果用一個(gè)二極管和兩個(gè)電阻接成如下方式，請(qǐng)按對(duì)單結(jié)晶體管特性曲線進(jìn)行研究的相同做法，設(shè)計(jì)試驗(yàn)電路，并作出它的le-Ue特性曲線。單結(jié)晶體管特性曲線可分為：截止區(qū)、負(fù)阻區(qū)、飽和導(dǎo)通區(qū)8. 單項(xiàng)橋式逆變器的“非對(duì)稱(chēng)控制”的過(guò)程，其目的在于什么？答：使VI、V2柵極信號(hào)互補(bǔ)，V3、V4柵極信號(hào)互補(bǔ)；V3與V2不同相位，V4柵極信 號(hào)與V1不同相位，而是分別前移了 1800- 9，即V3、V

10、4分別比VI、V2落后9?！胺菍?duì)稱(chēng)控制”使得輸出電壓不再是正負(fù)各為180o的脈沖，而是正負(fù)各為9的脈沖。“非對(duì)稱(chēng)控制”稱(chēng)為移相調(diào)壓，用于調(diào)節(jié)帶有阻感負(fù)載的逆變電路輸出電壓，改變9，可改變輸出電壓。9. 有源逆變產(chǎn)生的條件答：(1)|Ud|v|Ed| (2) B <90°10. 并聯(lián)諧振型逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換流，晶閘管交替頻率與負(fù)載回路的 諧振頻率應(yīng)滿足什么條件？負(fù)載電壓 Ua什么樣的波形？答：(1) 晶閘管交替頻率稍大于負(fù)載回路的諧振頻率(2) 負(fù)載電壓Ua是正弦波11. 三相橋式全控整流電路中，對(duì)觸發(fā)脈沖有何要求，為什么？答：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-V

11、T6的順序，相位依次差 60°，共陰極組 VT1、VT3VT5的脈沖依次差120°，共陽(yáng)極組VT4 VT6 VT2也依次差120°，同一相的 上下兩個(gè)橋臂，即 VT1與VT4, VT3與VT6, VT5與VT2,脈沖相差180°。原因：保證2個(gè)晶閘管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1,且不能為同1相器件。12. 什么是單相橋式半控整流電路的失控現(xiàn)象？純電阻型負(fù)載會(huì)發(fā)生失控嗎？為 什么？答：當(dāng)a角突然增加到180?；蛴|發(fā)脈沖消失，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管連續(xù)導(dǎo)通，而二個(gè) 二極管輪流導(dǎo)通的情況，稱(chēng)之為失控。純電阻負(fù)載不會(huì)發(fā)生失控現(xiàn)象，因?yàn)闆](méi)有續(xù)流過(guò)程。1

12、3. 晶閘管的導(dǎo)通條件和關(guān)斷條件。答：(1)陽(yáng)極和門(mén)極承受正向電壓 陽(yáng)極承受反向電壓或陽(yáng)極電流小于維持電流14. 逆變失敗的原因是什么？答：(1) 某晶閘管在逆變時(shí)由于某種原因無(wú)法觸發(fā)導(dǎo)通(2) 逆變角太小15. 寫(xiě)出下列電力電子器件的電氣符號(hào)，英文簡(jiǎn)稱(chēng)，并說(shuō)明它們屬于電流控制還 是電壓控制。1) 門(mén)級(jí)可關(guān)斷晶閘管；2) 電力晶體管；3) 晶閘管；4) 電力場(chǎng)效應(yīng)管；5) 絕緣柵雙級(jí)晶體管。答：1)門(mén)級(jí)可關(guān)斷晶閘管;GTO流控2)電力晶體管;GTR3) 晶閘管SCR4) 電力場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET5) 絕緣柵雙級(jí)晶體管IGBT流控16. 流過(guò)晶閘管的電流波形如圖所示，不考慮安全裕量，試求額定電流

13、為100A的元件所允許的平均電流Id及最大電流值Im.|T =丄 r |msin td ( t)Ud=0.9U21 cos:2=0.9 X 100 X1 cos30°2=83.97 (V)2 二 0UdId =- =42 (A)R計(jì)算題1. 一臺(tái)由220V供電的自動(dòng)恒溫功率為1kW的電爐，采用單相半控橋整流電路 通過(guò)計(jì)算選擇晶閘管和續(xù)流二極管的型號(hào)。解：電爐電阻絲的電阻Rd=U；220 2201000當(dāng)a =0°時(shí)晶閘管與整流管的電流有效值才最大為U21Ji -a 2201n -0ITm=IDm= SIn2：=2 0 ：=3.2ARd Y 4兀2兀 48 Y 4兀2n選擇晶

14、閘管和整流管的型號(hào)I3 2IT（AV）=（1.5 2） =（1.5 2）=34A1.571.57取5A（電流系列值）UTn=（2 3）UTM=（2 3）、2 X 220=625936V所以，晶閘管的型號(hào)為KP5-8同理，整流管的型號(hào)為ZP5-82. 一個(gè)額定電流為100A的晶閘管，在流過(guò)如圖所示波形的電流不時(shí)，不考慮安全裕量，允 許所流過(guò)的電流平均值為多少？2Im2ImIm Im1-i1n2 nw t33n2 n3 n4 nw t有效值：I =1.57It =157(A)有效值：1 12jr/3 2兀2'5I =(l；d®t) + 2 /341；(聯(lián))=-Im,2二二/32

15、二/3 ” 6平均值：12二/3二1Id J("Imd(T)2 一 ：/3 2Imd(7) J" - 86(A)3.某感性負(fù)載采用帶續(xù)流二極管的單相半控橋整流電路，已知電感線圈的內(nèi)電阻Rd=5Q，輸入交流電壓U2=220V，控制角a =60°。試求晶閘管與續(xù)流二極管的 電流平均值和有效值。解：首先求整流使出電壓的平均值Ud=0.9=0.9X 220X1 COS600=149 V再求負(fù)載電流Id = Ud / Rd = (149 / 5)30 AIdT =18003600Id =1800 -600030 = 10 A360IT =1800 -：Id =180。-60

16、0:-X 30 =仃 3A3600Y 3600"晶閘管與續(xù)流二極管的電流平均值和有效值分別為180°60°180°IdD =Id =X 30 = 10 AID =0 Id = . 600 X 30 = 17.3 AY180018004. 三相半波可控整流電路，大電感負(fù)載，a 600,已知電感內(nèi)阻R=4Q，電源電壓U2=220V，試計(jì)算不接續(xù)流二極管與接續(xù)流二極管兩種情況下的平均電壓， 平均電流，并選擇晶閘管的型號(hào)。并畫(huà)出電壓電流波形。解：(1)不接續(xù)流二極管時(shí)，Ud=1.17U2cos600=128.7V, ld=Ud/R=128.7/4=32.675A

17、，IT=1/31/2ld=18.575AITn=(1.5-2)IT/1.57=17.75-23.67A，取 30AUTn=(2-3)61/2U2=1078-1616V，取 1200V，晶閘管為 KP30-12。(2)接續(xù)流二極管時(shí)，Ud=0.675U21+cos(300+ a )=148.5VId=Ud/R=148.5/4=37.15A，IT=Id【(1500-600)/3600】 1/2=18.AITn=(1.5-2)IT/1.57=17.5-23.65A，取 30AUTn=(2-3)61/2U2=1078-1616V，取 1200V 晶閘管為 KP30-12。5. 一臺(tái)工業(yè)爐原由額定電壓為

18、單相交流 220V供電，額定功率為10千瓦?，F(xiàn)改用雙向晶閘管組成的單相交流調(diào)壓電源供電，如果正常工作時(shí)負(fù)載只需要5千瓦。試問(wèn)雙向晶閘管的觸發(fā)角a應(yīng)為多少度？試求此時(shí)的電流有效值， 以及電源 側(cè)的功率因數(shù)值。n /2;32.1A;0.7076. 有一單相交流調(diào)壓電路，電路參數(shù)如下：Ui =100V，R=3Q，L=100mH。求：1) 本電路所用的電力電子器件名稱(chēng)是什么？它的額定電流是如何定義的？2) 試分別畫(huà)出a =30°及a =75。時(shí)的輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)波形。R答：1)雙向晶閘管，平均通態(tài)電流7. 某感性負(fù)載采用帶續(xù)流二極管的單相半控橋整流電路， 已知電感線圈的內(nèi)電阻 Rd=5Q，輸

19、入交流電壓U2=220V，控制角a =60°。試求晶閘管與續(xù)流二極管的 電流平均值和有效值。1 COS6002=149 V解：首先求整流使出電壓的平均值Ud=0.9 1 C°S =0.9X 220X2再求負(fù)載電流Id = Ud / Rd = (149 / 5)30 A晶閘管與續(xù)流二極管的電流平均值和有效值分別為IdT =180° -:3600Id =180° -60°360030=10 AIT =1800 - ：3600Id =1800 -600:3600X 30 = 17.3A8. 單相橋式半控整流電路，負(fù)載為大電感,為20A,控制角a =3

20、0°,試回答： 畫(huà)出Ud、i v11波形 計(jì)算晶閘管電流有效值I v1 計(jì)算續(xù)流二極管的電流有效值I V4并接有續(xù)流二極管，設(shè)最大負(fù)載電流IdDa1800Id =_ 600'1800X 30 =:10 A1 a600ID =：1800Id =1800X 30 :=17.3 A答波形Ud, i V11(2)1 vi= min Id12.9AV 2nv2ar=一min ld8.16AJI9. 有一個(gè)三相全控橋整流電路。已知電感負(fù)載L=0.2H、R=4Q、要求Ud從0220V之間變化。試求 畫(huà)出控制角a =30°時(shí)的整流輸出電壓Ud的波形，畫(huà)出晶閘管V11的電壓Uvii的

21、 波形； 不考慮控制角裕量時(shí)的變壓器二次線電壓U2 計(jì)算晶閘管電壓、電流值,（安全裕量為2倍）,選擇晶閘管型號(hào) 變壓器二次電流有效值丨2,和S,： Ud=220vir=30HU d =2.34 COSJ , a =0得出：U2<f> =94v(3)U d/Rd=220/4=55AIt 二，13Id=31.7AI t（av）=2 I "57=40.4A，取 50A;UTn=2 5m=2 , 6U 2 =460.5v，取 500V; 所以型號(hào)為KP50-5 12=、2| d =44.9 3S2=3U 24X I2=3 X 94 X 44.9=12.66KVA 10.1. 圖示電路屬于哪種斬波電路？簡(jiǎn)述其工作原理。2. 當(dāng)E=100V，V的關(guān)斷時(shí)間為T(mén)/3，導(dǎo)通時(shí)間為2T/3時(shí)，輸出電壓U。為多少？(理 想狀態(tài)下)3. 考慮電路的電阻R為10K，求電源電流Ii和輸出電流平均值Io。LCVVdi。u。升壓斬波，V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，Il電流恒定，電容C向負(fù)載R供電，輸 出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時(shí)