電氣自動化技術(shù)專業(yè)《半導(dǎo)體變流技術(shù)習(xí)題》

半導(dǎo)體變流技術(shù)

變流一

1,晶閘管元件在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和民用方面的應(yīng)用，按其變換功能，

大致可以分為幾個方面？

答案：（1）可控整流；晶閘管組成的整流器可以在交流電壓

不變的情況下，方便地改變直流輸出電壓的大小，即可控整

流。所以可控整流是實現(xiàn)交流到可變直流之間的變換。12）

逆變與變頻；利用晶閘管特性，將直流變換成交流的過程稱

為逆變；把電網(wǎng)的交流電變換成頻率與大小可調(diào)的交流電稱

為變頻。（3）交流調(diào)壓；利用晶閘管的開關(guān)特性代替老式的

接觸調(diào)壓器，感應(yīng)調(diào)壓器和電抗器調(diào)壓，用晶閘管實現(xiàn)交流

到可變交流之間的變換稱位交流調(diào)壓。（4）直流斬波調(diào)壓；

利用晶閘管直流開關(guān)，控制晶閘管的通斷比和通斷頻率，將

固定的直流變換成可調(diào)的直流電壓稱為斬波調(diào)壓又稱脈沖調(diào)

壓。（5）無觸電功率靜態(tài)開關(guān)；晶閘管作為功率開關(guān)元件，

代替接觸器與繼電器用于操作頻繁與開關(guān)頻繁率高的場合。

2,晶閘管組成的的變流裝置的優(yōu)點有那些？

答案：（1〕裝置功率放大倍數(shù)大，可達10000以上，與直流

發(fā)機電組相比，要高三個數(shù)量級。2）快速響應(yīng)好，交流機組

為秒級而晶閘管為毫秒級。3）功耗低，功率高，節(jié)能效果顯

著。4）它是靜止式電子裝置，體積小，分量輕，無噪聲，無

火花磨損，維護方便，可靠性高。

3.晶閘管組成的的變流裝置的缺點有那些？

答案：（1）晶閘管元件的電壓，電流過載能力差，必須設(shè)置

可靠的保護措施。12）晶閘管采用移相觸發(fā)時，浮現(xiàn)非正弦電壓

與電流，使電網(wǎng)波形畸變。（3）移相控制在控制角大時，功率因

數(shù)低。

4.晶閘管常用的有哪幾類？及其結(jié)構(gòu)特點？

答案：常用的有螺栓式與平板式兩種；它們都有三個引出級，

陽極（A）,

陰極（K）和門級（G）,螺栓式晶閘管是緊栓在鋁制散熱器上

的；平板式那末由二個彼此絕緣的散熱器把晶閘管緊緊加在

中間。

5晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？

答案：（1）晶閘管加之正常的陽極電壓。（2）晶閘管加之門

級觸發(fā)電壓。

6.由晶閘管的正向伏安特性你能得出的結(jié)論？

答案：（1）門級斷開時，晶閘管的正向漏電流比普通硅二極

管的反向漏電流稍大，且隨著管子正向陽極電壓的升高而增

大。當(dāng)陽極電壓升到足夠大時，會使晶閘管導(dǎo)通，稱為“硬導(dǎo)

通。屢次“硬導(dǎo)通會破壞管子，晶閘管不允許這樣工作。

（2）晶閘管加之正向陽極電壓后，還必須加之觸發(fā)電壓Ug

產(chǎn)生足夠的觸發(fā)電流Ig才干使晶閘管從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)

通狀態(tài)，稱為觸發(fā)導(dǎo)通。（3）晶閘管一旦觸發(fā)導(dǎo)通后，門級

將對它失去控制作用。

7.晶閘管的額定電壓和電流是怎么定義的？

答案：晶閘管的額定電壓即為晶閘管的重復(fù)峰值電壓Utn,

我們普通取正向阻斷不重復(fù)電壓的80%o晶閘管的額定電流是

在環(huán)境溫度為40℃和規(guī)定的冷卻條件下，元件在電阻性負載的

單相工頻正弦半波，導(dǎo)通角不小于170。（2的電路中，當(dāng)結(jié)溫穩(wěn)

定且不超過額定結(jié)溫時，所允許的最大通態(tài)平均電流。8.

晶閘管選管過程中應(yīng)該注意什么？

答案：在晶閘管的選管過程中，其發(fā)熱是由電流的有效值決

定，所以應(yīng)該將額定電流值轉(zhuǎn)換成有效值在進行選管。對于額定

電壓值應(yīng)該比實際共作時的最大電壓大2—3倍。

變流技術(shù)（二）1.晶閘管組成的可控

整流電路比晶閘管問世前使用的電路有什么好處？

答：用晶閘管組成的可控整流電路，可以很方便的把交流電變

成大小可調(diào)的直流電，具有體積小、分量輕、效率高以及控制靈

敏等優(yōu)點，應(yīng)用日益廣泛。

2單相半波可控整流電路帶感性負載時，在負載兩端并聯(lián)續(xù)流二

極管的作用是？

答：在帶電感負載時，單相半波可控整流電路正常工作的關(guān)鍵

是使負載端不浮現(xiàn)負電壓，要設(shè)法在電路電源電壓U2負半周時,

使晶閘管VT承受反壓而關(guān)斷。在負載兩端并聯(lián)一個二極管，當(dāng)

電源電壓U2為正口寸，晶閘管VT觸發(fā)導(dǎo)通，此時負載兩端也為

正，二極管受反壓不通，負載上電壓波形與不加二極管是相同。

當(dāng)電源電壓變負時，由于電流減小，負載上Ld產(chǎn)生的感應(yīng)電動

勢經(jīng)二極管VD形成回路，使負載電流id繼續(xù)流通，所以此二

極管稱續(xù)流二極管。當(dāng)續(xù)流二極管續(xù)流導(dǎo)通時，反向的電源電壓

U2經(jīng)VD使晶閘管受反壓而關(guān)斷。在電源電壓反向期間，負載

兩端電壓僅為二極管壓降，接近與零，因此不浮現(xiàn)負電壓。加續(xù)

流二極管以后，輸出直流電壓Ud的波形與電阻負載時一樣，而

電流波形那末不同，電源電壓正半周時，電流由電源經(jīng)導(dǎo)通的晶

閘管供應(yīng)；電源電壓負半周時，晶閘管關(guān)斷，電流由續(xù)流電流維

持，因此，負載電流由兩局部組成id=iTiD電流波形比電阻負

載平穩(wěn)的多

3單相全波可控整流電路帶電感負載時，在負載上并聯(lián)續(xù)流二極

管作用是？

答：單相全波可控整流電路帶負載時，在負載上并聯(lián)續(xù)流二極

管是擴大控制角a的移相范圍，提高輸出電壓，消除輸出電壓中

負電壓局部，同時使輸出電流更加平直。4.單相全

波整流電路比單相半波整流電路的優(yōu)缺點？

答：全波可空整流電路輸出電壓的脈動系數(shù)為，紋波因數(shù)

為，比單相半波整流電路小，變壓器兩個二次繞組的直流安匝是

相互抵消的，故不回引起鐵心的直流磁化。但這種電路要求有

中心抽頭的整流的整流變壓器，每一個二次繞組一周期內(nèi)只工

作一半小時，利用率低，所用晶閘管正反向耐壓要求較高，故只

合用于較小容量的可控整流電路。

5.單相橋式可控整流電路接續(xù)流二極管作用是？

答：在實際工作運行時，當(dāng)驀地把控制角a增大到180度或者突

然切斷觸發(fā)電路時，會發(fā)生正在導(dǎo)通的晶閘管向來導(dǎo)通，而兩個

二極管輪流導(dǎo)通的失控現(xiàn)象。加續(xù)流二極管可以防止失控。

變流（三）

1.三相可控整流電路形式不少，其中包括哪些？

答案：有三相半波（三相零式），三相橋式，雙反三星等。

2晶閘管整流電路的特點是什么？

答案：晶閘管整流電路的特點是實際換流點不一定在實際換

流點上，而決定于觸發(fā)脈沖的相位即控制角a。

3三相整流電路的根本形式是什么？它有幾種接法？分別是什

么？

答案：根本形式是三相半波整流電路，有兩種接法，分別是

共陰極組接法與共陽極組接法。

4在三相半波可控整流電路帶電阻性負載的情況下當(dāng)觸發(fā)脈沖

提早浮現(xiàn)在自然換流點之且脈沖很窄時會浮現(xiàn)什么情況？

答案：會浮現(xiàn)觸發(fā)脈沖到來時管子還未受正壓，當(dāng)管子開始

受正壓時脈沖已消失，使輸出電壓成為斷續(xù)的、各相間隔輪

流導(dǎo)通的缺相波形，這是不允許的。

5三相半控橋式整流電路與三相全控橋式整流電路相比各自的

優(yōu)點是什么？

答案：1）三相全控橋式整流電路能工作與有源逆變狀態(tài)，而

三相半控橋式整流電路只能作可控整流，不能工作于逆變狀態(tài)。

2）三相全控橋式整流電路輸出電壓脈動小，基波頻

率為300H,比三相半控橋式整流電路高一倍，在同樣的脈動要

求下，全控橋式整流電路要求平波電抗器的電感量可小些。

3）三相半控橋式整流電路只用三個晶閘管，只需三

套觸發(fā)電路，不需要寬脈沖或者雙脈沖觸發(fā)，因此路線簡單經(jīng)濟,

調(diào)整方便。

4）三相全控橋式整流電路控制增益大、靈敏度高，

其控制滯后時間（改變電路的a角后，直流輸出電壓相應(yīng)變化的時

間）為，而三相半控橋式整流電路為，因此三相全控橋式整流

電路的動態(tài)響應(yīng)比半控橋式整流電路好。

變流?四？

1由于交流側(cè)電路在接通斷開時浮現(xiàn)暫態(tài)過程，因此在晶閘管整

流橋路輸入端浮現(xiàn)超過正常計算值的電壓，此電壓稱為交流側(cè)操

作過電壓，浮現(xiàn)此交流側(cè)操作過電壓的發(fā)生情況有幾種？

答：（1〕由高壓電源供電或者電壓比很大的變壓器在高壓側(cè)合

閘的瞬間，，一次側(cè)高壓經(jīng)電容耦合到二次側(cè)，浮現(xiàn)瞬時過電壓。

（2）與整流裝置并聯(lián)的其它負載切斷時或者蒸儲裝置直接

側(cè)開關(guān)切斷時，因電源回路電感L1產(chǎn)生感應(yīng)電動勢造成過電壓。

（3）在整流變壓器空載且電源電壓過零時，一次側(cè)拉閘，

因變壓器激磁電流I。的突變，在二次側(cè)感應(yīng)出很高的瞬時過電

壓，如沒有保護措施，這種過電壓尖峰值可達工作電壓峰值的6

倍以上，這種情況最為嚴重。

[4）交流電網(wǎng)遭受雷擊或者從電網(wǎng)侵入的干擾過電壓，稱

為偶發(fā)性的浪涌電壓。

2晶閘管常用的過電流保護有幾種？

答：（1）在交流進線中串接電抗器，或者采用漏抗較大的變

壓器是限制短路電流以保護晶閘管的有效方法，缺點是在有負載

是要損失較大的電壓降。

（2）靈敏過電流繼電器保護。

（3）限流與脈沖移項保護。

14）支流快速開關(guān)保護。

[5[快速熔斷器保護。

3快熔的接法有幾種？

答：三種：〔1〕接入橋臂與晶閘管串聯(lián)；（2）接在交流出入

端；（3）支流側(cè)接快熔。

4晶閘管有哪幾種工作狀態(tài)？

答：正向阻斷狀態(tài)、開通過程、導(dǎo)通狀態(tài)、阻斷能力恢復(fù)過

程、反向阻斷狀態(tài)。

5對于晶閘管串并聯(lián)的場合，有效的方法是什么？

答：提高觸發(fā)脈沖的前沿陡度，縮短管子開通時間與保持導(dǎo)

通的一致性。

6晶閘管導(dǎo)通時，除了換相電流外，還有阻容吸收電路中電容的

充放電電流，這個充放電電流只受串聯(lián)電阻R限制，由于R阻

值小，所以（di/dt）很大。如增大R值，那末會影響吸收電路

的效果，解決的方法有哪兩種？

答：（1）在橋臂上串聯(lián)電感。

（2）阻容吸收電路采用整流式接法，使電容放電電流不

經(jīng)過晶閘管，對限制（di/dt）值也有好處。

變流五

1.為保證晶閘管裝置能正?？煽康毓ぷ?，觸發(fā)電路必須滿足什

么要求？

答：1觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率觸發(fā)電路送出的觸發(fā)信號是作用

于晶閘管門極與陰極的。

2觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖前沿盡可能陡，以使元件在觸

發(fā)導(dǎo)通后，陰極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。

3觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿

足電路要求。

2.用二極管，電阻，電容和開關(guān)等元件可組成那五種簡單實用

類型的觸發(fā)電路？

答：1）交流靜態(tài)無觸點開關(guān)電路。

2）用光耦合器組成的觸發(fā)電路。

3）用數(shù)字集成塊組成的觸發(fā)電路。

4）簡易移相觸發(fā)電路。

5）阻容移相橋觸發(fā)電路。

3,由單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路有什么優(yōu)點？

答：由單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路，具有簡單，可靠，觸發(fā)脈沖

前沿陡，抗干擾能力強以及溫度補償性能等優(yōu)點。

4,正弦波觸發(fā)電路的同步移相普通是采用什么方法？信號疊加

的方式有什么？

答：普通采用正弦波同步電壓與一個控制電壓或者幾個電壓的

疊力口，改變控制電壓的大小，從而改變晶體管翻轉(zhuǎn)時刻，這種

方式稱為垂直控制或者正交控制。信號疊加的方式又可分為串聯(lián)

疊加控制與并聯(lián)疊加控制。

5,正弦波移相觸發(fā)電路的優(yōu)缺點是什么？

答：優(yōu)點是：1）整流裝置在負載電留連續(xù)時，直流輸出電壓Ud

與控制電壓Uc成線性關(guān)系。

2）能局部補償電源電壓波動對輸出電壓Ud的影響

缺點是：1）由于同步電壓直接受電網(wǎng)電壓的波動及干擾影響

較大，特殊是電源電壓波形畸變時，Uc與Us波形交點不穩(wěn)定，

導(dǎo)致整個裝置工作不穩(wěn)定。

2正弦波移相電路理論上分析移相范圍可達0。

―180°,實際上由于正弦波頂部平整U與c交點不明確而無法

工作。

6.同步的概念是什么？實現(xiàn)同步的具體步驟是什么？

答：根據(jù)被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓相位，正確供應(yīng)各觸發(fā)電路特

定相位的同步信號電壓，才干使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需要觸

發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖。這種正確選擇同步信號電壓相位以及得

到不同相位同步信號電壓的方法，稱為晶閘管裝置的同步或者

定相。

具體步驟：1）根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，確定

同步信號電壓Us與對應(yīng)晶閘管陽極電壓之間的相位關(guān)系，根據(jù)

具體要求確定。

2）根據(jù)整流變壓器TS的接法與鐘點數(shù)，以電網(wǎng)某

線電壓作參考矢量，畫出整流變壓器二次側(cè)也就是晶閘管陽極電

壓的矢量。

3）根據(jù)同步變壓器二次線電壓矢量位置，定出同步

變壓器TS的鐘點數(shù)和接法。

1—13晶閘管導(dǎo)通條件是什么？

答：晶閘管的導(dǎo)通條件是同時存在正向陽極電壓和門極電壓。

1—14什么叫觸發(fā)？

答：當(dāng)晶閘管加之正向陽極電壓后，門極加之適當(dāng)?shù)恼蜷T極電

壓，使晶閘管導(dǎo)通的過程稱為觸發(fā)。

1—15什么是維持電流？

答：當(dāng)門極斷開時，維持晶閘管導(dǎo)通所需要的最小陽極電流叫維

持電流。

4—15什么是晶閘管的關(guān)斷過電壓，及浮現(xiàn)過電壓時應(yīng)采取什么

保護措施？

答：由于晶閘管關(guān)斷引起的過電壓，我們稱為關(guān)斷過電壓。當(dāng)出

現(xiàn)過電壓時最常見的保護措施是在晶閘管兩端并接電容C,利

用電容兩端電壓瞬時不能突變的特性，吸收尖峰過電壓，把它限

止在允許的范圍內(nèi)。

4—16什么叫偶發(fā)性的浪涌電壓？

答：偶發(fā)性的浪涌電壓就是交流電網(wǎng)遭受雷擊或者從電網(wǎng)侵入的

干擾電壓。

4-17晶閘管的過電流是怎么產(chǎn)生的？

答：晶閘管裝置浮現(xiàn)的元件誤導(dǎo)通或者擊穿、可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)中產(chǎn)

生環(huán)流、逆變失敗以及傳動裝置生產(chǎn)機械過載及機械故障引起機

電堵轉(zhuǎn)等，都會導(dǎo)致流過整流元件的電流大大超過其正常工

作電流，即產(chǎn)生過電流。

4—18晶閘管常用的過電流保護有哪些？

答：晶閘管常用的過電流保護有：在交流進線中串接電抗器，靈

敏過電流繼電器保護，限流與脈沖移相保護，直流快速開關(guān)保護

和快速熔斷器保護。

4—19什么是均壓，君流？

答：元件串聯(lián)時，要保證每一個串聯(lián)元件所分擔(dān)的正向電壓根本

相等，稱為均壓；并聯(lián)時要保證每一路元件所分擔(dān)的電流根本相

等，稱為均流。

64什么叫整流？

答：交流電一整流器一直流電一用電器，這個過程稱為整流。

&2逆變電路分為哪些？

答：有源逆變與無源逆變電路。

6-3有源逆變和無源逆變的過程分別是什么？

答：有源逆變過程為：直流電一逆變器一交流電一交流電網(wǎng)。

無源逆變的過程為：直流電一逆變器一交流電（頻率可調(diào)）

—^用電器。

64重物提升和下放時變流器分別工作于什么狀態(tài)？

答：重物提升時變流器工作于整流狀態(tài)，重物下放時工作于

逆變狀態(tài)。

6-5為什么逆變電路對觸發(fā)脈沖與主電路的可靠性要求更高，對

最小逆變角必須加以限制？

答：因為有源逆變與整流不同，觸發(fā)脈沖喪失、移相超過一

定范圍和快熔燒斷都會導(dǎo)致逆變失敗，也就是嚴重短路，這是必

須絕對防止的，因此逆變電路對觸發(fā)脈沖與主電路的可靠性要求

更高，對最小逆變角必須加以限制。

&6晶閘管裝置的功率因數(shù)是怎樣定義的，改善功率因數(shù)通常有

哪些^^去？

答：晶閘管裝置的功率因數(shù)定義為交流側(cè)有功功率與視在功

率之比。

目前采用的改善功率因數(shù)的方法有以下幾種：

（1）小控制角（逆變角）運行

（2）采用兩組變流器的串聯(lián)供電

（3）增加整流相數(shù)

（4）設(shè)置補償電容

7-1雙向晶閘管的觸發(fā)方式有哪些？

答：由于雙向晶閘管正反兩個方向都能導(dǎo)通，門極加正負

信號都能觸發(fā)，因此有四種觸發(fā)方式：（1）1觸發(fā)方式（2）I-

觸發(fā)方式⑶in觸發(fā)方式⑷in-觸發(fā)方式。

7-2雙向晶閘管的主要參數(shù)有哪些？

答：有雙向晶閘管的額定通態(tài)電流、斷態(tài)重復(fù)峰值電壓（銘

牌額定電壓）以及換向電壓上升率。

7-3交流開關(guān)的工作特點是什么？

答：工作特點是晶閘管在承受正半周電壓時觸發(fā)導(dǎo)通，而

它的關(guān)斷是利用電源負半周在管子上加反壓來實現(xiàn)，在電流過零

時自然關(guān)斷。

74固態(tài)開關(guān)包括哪些，它的特點以及合用場合是什么？

答：它包括固態(tài)繼電器和固態(tài)接觸器，由于采用的是環(huán)氧

樹脂封裝，所以具有體積小、工作頻率高的特點，合用于頻繁工

作或者潮濕、有腐蝕性以及易燃的環(huán)境中。

7-5交流調(diào)壓的觸發(fā)電路有哪幾種？

答：1簡單雙向調(diào)壓電路2觸發(fā)二極管交流調(diào)壓電路3單結(jié)

晶閘管觸發(fā)電路觸發(fā)器組成的晶閘管移相交流調(diào)壓電路5程控

單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路。

7-6什么是交流調(diào)壓？

答：利用晶閘管的開關(guān)特性代替老式的接觸調(diào)壓器、感應(yīng)

調(diào)壓器和電抗器調(diào)壓，用晶閘管實現(xiàn)交流到可變交流之間的變換

稱為交流調(diào)壓。

7-7三相交流調(diào)壓常用的四種接線方式是什么？

答：1星形帶中性線的三相交流調(diào)壓電路2晶閘管與負載

聯(lián)結(jié)成內(nèi)三角形的三相交流調(diào)壓電路3用三對反并聯(lián)晶閘管聯(lián)

結(jié)成三相三線交流調(diào)壓電路4三相晶閘管接于星形負載中性點

的三相交流調(diào)壓電路。

8-1變頻電路從變頻過程分可分為哪幾大類？

答：變頻電路從變頻過程可分為二大類：①交流-交流變

頻，它將50H的交流直接變成其它頻率（低于50H）的交流，

稱直接變頻。②交流-直流-交流變頻，將50H交流先整流為直流,

再由直流逆變?yōu)樗枳冾l的交流。

8-2逆變器換流有哪幾種？

答：逆變器換流有兩種：⑴負載換流；⑵強迫換流。

8-3強迫換流的特點是什么？

答：強迫換流的特點是：設(shè)置專門的換流回路，通常由電感、

電容、小容量晶閘管等組成。

8-4并聯(lián)諧振與串聯(lián)諧振逆變器是利用什么原理實現(xiàn)換流的？

答：這兩種逆變器都是利用負載電路的諧振原理實現(xiàn)換流的。

8-5什么叫串聯(lián)諧振逆變器?

答：換流