电力电子期末试题.和答案解析

1 晶闸管导通的条件是什么 导通后流过晶闸管的电流由什么决定 晶闸管的关断条 件是什么 如何实现 晶闸管导通与阻断时其两端电压各为多少 解 解 晶闸管导通的条件是 晶闸管阳极和阴极之间加正向阳极电压 门极和阴极之间 加适当的正向阳极电压 导通后流过晶闸管的电流由主电路电源电压和负载大小决定 晶闸管的关断条件是 阳极电流小于维持电流 关断晶闸管可以通过降低晶闸管阳极 阴极间电压或增大主电路中的电阻 晶闸管导通时两端电压为通态平均电压 管压降 阻断时两端电压由主电路电源电压 决定 2 调试图所示晶闸管电路 在断开负载 Rd测量输出电压 Ud是否可调时 发现电压表 读数不正常 接上 Rd后一切正常 请分析为什么 习题 2 图 解 解 当 S 断开时 由于电压表内阻很大 即使晶闸管门极加触发信号 此时流过晶闸 管阳极电流仍小于擎住电流 晶闸管无法导通 电流表上显示的读数只是管子漏电流形成 的电阻与电压表内阻的分压值 所以此读数不准 在 S 合上以后 Rd 介入电路 晶闸管能 正常导通 电压表的读数才能正确显示 3 画出图 1 35 所示电路电阻 Rd上的电压波形 图 1 35 习题 3 图 解 解 4 说明晶闸管型号 KP100 8E 代表的意义 解 解 KP100 8E 表示额定电流 100A 额定电压 8 级 800V 通态平均电压组别 E 0 7 UT 0 8 普通晶闸管 5 晶闸管的额定电流和其他电气设备的额定电流有什么不同 解 解 由于整流设备的输出端所接负载常用平均电流来衡量其性能 所以晶闸管额定电 流的标定与其他电器设备不同 采用的是平均电流 而不是有效值 又称为通态平均电流 所谓通态平均电流是指在环境温度为 40 和规定的冷却条件下 晶闸管在导通角不小于 170 电阻性负载电路中 当不超过额定结温且稳定时 所允许通过的工频正弦半波电流的 平均值 6 型号为 KP100 3 维持电流 IH 3mA 的晶闸管 使用在习题图所示的三个电路中 是否合理 为什么 不考虑电压 电流裕量 习题 6 图 解 解 a 图的目的是巩固维持电流和擎住电流概念 擎住电流一般为维持电流的数倍 本题给定晶闸管的维持电流 IH 3mA 那么擎住电流必然是十几毫安 而图中数据表明 晶闸管即使被触发导通 阳极电流为 100V 50K 3 mA 远小于擎住电流 晶闸管不可 能导通 故不合理 b 图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压 额定电流的理解 本图所给的晶闸管额定电压为 300A 额定电流 100A 图中数据表明 晶闸管可能承 受的最大电压为 311V 大于管子的额定电压 故不合理 c 图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压 额定电流的理解 晶闸管可能通过的最大电流有效值为 150A 小于晶闸管的额定电流有效值 1 57 100 157A 晶闸管可能承受的最大电压 150V 小于晶闸管的额定电压 300V 在不 考虑电压 电流裕量的前提下 可以正常工作 故合理 7 某晶闸管元件测得 UDRM 840V URRM 980V 试确定此晶闸管的额定电压是多少 解 解 根据将 UDRM和 URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值 将两者较 小的 840V 按教材表 1 2 取整得 800V 该晶闸管的额定电压为 8 级 800V 8 有些晶闸管触发导通后 触发脉冲结束时它又关断是什么原因 解 解 晶闸管的阳极加正向电压 门极加正向触发脉冲时 晶闸管被触发导通 此后阳 极电流逐渐上升到擎住电流后 去掉触发脉冲 则管子继续导通 知道电流升到负载电流 后 进入正常工作状态 如果阳极电流还没有升到擎住电流值就去掉门极脉冲 则晶闸管 就不能继续导通而关断 9 双向晶闸管额定电流的定义和普通晶闸管额定电流的定义有何不同 额定电流为 100A 的两只普通晶闸管反并联可以用额定电流为多少的双向晶闸管代替 解 解 双向晶闸管的额定电流用有效值表示 而普通晶闸管的额定电流是用平均值表示 的 额定电流 100A 的普通晶闸管 其通过电流的峰值为 100A 314A 则双向晶闸管的额 定电流为 314 222A 2 10 双向晶闸管有哪几种触发方式 一般选用哪几种 解 解 双向晶闸管的触发方式有 I 触发 T1 接正电压 T2 接负 门极 G 接正 T2 接负 I 触发 T1 接正 T2 接负 门极 G 为负 T2 接正 触发 T1 接负 T2 接正 门极 G 接正 T2 接负 触发 T1 接负 T2 接正 门极 G 接负 T2 接正 一般选用 I 和 11 说明图所示的电路 指出双向晶闸管的触发方式 习题 11 图 解 解 S 置于位置 1 双向晶闸管得不到触发信号 不能导通 负载上无电压 S 置于位置 2 正半周 双向晶闸管 触发方式导通 负半周 由于二极管 VD 反偏 双向晶闸管得不到触发信号 不能导通 负载上得到半波整流电压 S 置于位置 3 正半周 双向晶闸管 触发方式导通 负半周 双向晶闸管 触发 方式导通 负载上得到近似单相交流电压 12 可关断晶闸管 GTO 有哪些主要参数 其中哪些参数与普通晶闸管相同 哪些不 同 解 解 可关断晶闸管 GTO 的主要参数有 断态重复峰值电压 断态不娼妇峰值电压 反向重复峰值电压和反向不重复峰值电压 开通时间 关断时间等 这些参数定义与普通 晶闸管相同 与普通晶闸管不同的是 1 最大可关断阳极电流 IATO 也是标称 GTO 额定电流的参数 与普通晶闸管的额 定电流不同 2 电流关断增益 定义为 off GM ATO off I I 3 维持电流与擎住电流 GTO 的维持电流和擎住电流的含义和普通晶闸管的含义 基本相同 但是 由于 GTO 的多元集成结构 使得每个 GTO 远的维持电流和擎住电流不 可能完全相同 因此把阳极电流减小到开始出现某些 GTO 元不能再维持导通时的值称为 整个 GTO 的维持电流 而规定所有 GTO 元都达到其擎住电流的阳极电流为 GTO 的擎住 电流 13 名词解释 控制角 移相角 导通角 移相 移相范围 控制角 控制角也叫触发角或触发延迟角 是指晶闸管从承受正向电压开始到触 发脉冲出现之间的电角度 导通角 是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度 移相 是指改变触发脉冲出现的时刻 即改变控制角的大小 移相范围 是指一个周期内触发脉冲的移动范围 它决定了输出电压的变化范围 14 有一单相半波可控整流电路 带电阻性负载 Rd 10 交流电源直接从 220V 电网 获得 试求 1 输出电压平均值 Ud的调节范围 2 计算晶闸管电压与电流并选择晶闸管 解 1 输出电压的调节范围 0 99V 2 KP20 7 15 单相半波整流电路 如门极不加触发脉冲 晶闸管内部短路 晶闸管内部断开 试分析上述 3 种情况下晶闸管两端电压和负载两端电压波形 解 解 1 晶闸管门极不加触发脉冲 即晶闸管呈阻断状态 可视作开路 所以输出电 压和晶闸管两端电压波形如习题图 15 a 所示 2 晶闸管内部短路 显然晶闸管两端电压为零 此时输出电压和晶闸管两端电压波 形如习题 15 图 b 所示 3 晶闸管内部开路 输出电压和晶闸管两端电压波形如习题 15 c 所示 习题 15 图 16 画出单相半波可控整流电路 当 60 时 以下三种情况的 及的波形 d u T i T u 1 电阻性负载 2 大电感负载不接续流二极管 3 大电感负载接续流二极管 解 1 波形如图 a 电阻性负载波形图 b 电感性负载不接续流二极管 c 电感性负载接续流二极管 17 中小型发电机采用的单相半波晶闸管自激励磁电路如图 L 为励磁电感 发电机 满载时相电压为 220V 要求励磁电压为 40V 励磁绕组内阻为 2 电感为 0 1H 试求满 足励磁要求时 晶闸管的导通角及流过晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值 习题 17 图 解 解 1 先求控制角 2 cos1 45 0 2d UU 192 0 1 220 40 45 0 2 cos 得 101 则 T 180 101 79 D 180 101 281 由于 Ld 2 fLd 2 3 14 50 0 1 31 4 所以为大电感负载 各电量分别计算如 下 A R U I d d d 20 2 40 AII ddT 4 420 360 101180 360 180 AII dT 4 9 360 180 AII ddD 6 1520 360 101180 360 180 AII dD 6 17 360 180 2 VUUTM3112 2 VUUDM3112 2 3 选择晶闸管和续流二极管得型号 VVUU TM 933 622311 3 2 3 2 Tn AA I I T 12 9 57 1 4 9 2 5 1 57 1 2 5 1 T AV 取 700V 10A 选择晶闸管型号为 KP10 7 Tn U T AV I VVUU933 622311 3 2 3 2 DMDn AA I I22 8 16 57 1 6 17 2 5 1 57 1 2 5 1 D D AV 取 700V 20A 选择晶闸管型号为 ZP20 7 Dn U D AV I 4 是续流二极管开路造成的 因为发电机励磁线圈为大电感负载 所以输出电压 Ud 始终为零或电压很低 18 某电阻性负载要求 0 24V 直流电压 最大负载电流 Id 30A 如用 220V 交流直 接供电与用变压器降压到 60V 供电 都采用单相半波整流电路 是否都能满足要求 试比 较两种供电方案所选晶闸管的导通角 额定电压 额定电流值以及电源和变压器二次侧的 功率因数和对电源的容量的要求有何不同 两种方案哪种更合理 考虑 2 倍裕量 解 解 1 采用 220V 电源直接供电 当 0 时 Ud0 0 45U2 99V 采用整流变压器降至 60V 供电 当 0 时 Ud0 0 45U2 27V 所以只要适当调节角 上述两种方案均满足输出 0 24V 直流电压的要求 2 采用 220V 电源直流供电 因为 其中在输出最大时 2 cos1 45 0 2d UU U2 220V Ud 24V 则计算得 121 T 180 121 59 晶闸管承受的最大电压为 UTM U2 311V2 考虑 2 倍裕量 晶闸管额定电压 UTn 2UTM 622V 流过晶闸管的电流有效值是 IT 其中 121 4 2sin 2 d 2 R U 8 0 30 24 d d d I U R 则 IT 84A 考虑 2 倍裕量 则晶闸管额定电流应为A I T T AVT 107 57 1 284 57 1 因此 所选晶闸管的额定电压要大于 622V 额定电流要大于 107A 电源提供的有功功率 WRIP d 8 56448 0842 2 电源的视在功率 W48 1884220 222 IUIUS 电源侧功率因数 305 0 cos S P 3 采用整流变压器降至 60V 供电 U2 60V Ud 24V 由 计算得 39 T 180 39 141 2 cos1 45 0 2d UU 晶闸管承受的最大电压为 UTM U2 84 9V2 考虑 2 倍裕量 晶闸管额定电压 UTn 2UTM 169 8V 流过晶闸管的电流有效值是 IT A R U 4 51 4 2sin 2 d 2 考虑 2 倍裕量 则晶闸管额定电流应为A I T T AVT 5 65 57 1 2 4 51 57 1 因此 所选晶闸管的额定电压要大于 169 8V 额定电流要大于 65 5A 电源提供的有功功率 WRIP d 6 21138 0 4 51 22 电源的视在功率 W08 3 4 5160 222 IUIUS 电源侧功率因数 685 0 cos S P 通过以上计算可以看出 增加了变压器后 使整流电路的控制角减小 所选晶闸管的 额定电压 额定电流都减小 而且对电源容量的要求减小 功率因数提高 所以 采用整 流变压器降压的方案更合理 33 单相交流调压电路如图 U2 220V L 5 516mH R 1 试求 1 控制角 的移相范围 2 负载电流最大有效值 3 最大输出功率和功率因数 习题 34 图 解 解 1 单相交流调压电感性负载时 控制角 的移相范围是 60 1 516 5 502 arctanarctan R L 所以控制角 的移相范围是 60 2 因 时 电流为连续状态 此时负载电流最大 A V Z U I110 732 1 1 220 2 2 3 最大功率 kW 1 12 60cos110220 coscos 22 WIUIUP 5 060coscoscos 1 请在正确的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 2 晶闸管对触发脉冲的要求是 要有足够的驱动功率 触发脉冲前沿要陡 幅值要高 和 触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步 3 多个晶闸管相并联时必须考虑 均流 的问题 解决的方法是 串专用均流电 抗器 4 在电流型逆变器中 输出电压波形为 正弦波 输出电流波形为 方波 5 型号为 KS100 8 的元件表示 双向晶闸管 晶闸管 它的额定电压为 800V 伏 额定有效电流为 100A 6 180 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 120 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 7 当温度降低时 晶闸管的触发电流会 增加 正反向漏电流会 下降 当温 度升高时 晶闸管的触发电流会 下降 正反向漏电流会 增加 2 由晶闸管构成的逆变器换流方式有 负载 换流和 强迫 脉冲 换流 3 按逆变后能量馈送去向不同来分类 电力电子元件构成的逆变器可分为 有源 逆变器与 无源 逆变器两大类 4 有一晶闸管的型号为 KK200 9 请说明 KK 快速晶闸管 200 表示表 示 200A 9 表示 900V 5 单结晶体管产生的触发脉冲是 尖脉冲 脉冲 主要用于驱动 小 功率的 晶闸管 锯齿波同步触发电路产生的脉冲为 强触发脉冲 脉冲 可以触发 大 功率的晶闸管 1 普通晶闸管的图形符号是 三个电极分别是 阳极 A 阴极 K 和 门极 G 晶闸管的导通条件是 阳极加正电压 阴极接负电压 门极接正 向电压形成了足够门极电流时晶闸管导通 关断条件是 当晶闸管阳极电流 小于维持电流 IH时 导通的晶闸管关断 4 变流电路的换流方式有 器件换流 电网换流 负载换流 强迫 换流 等四种 5 提高变流置的功率因数的常用方法有 减小触发角 增加整流相数 采用多组变流装置串联供电 设置补偿电容 7 在电力晶闸管电路中 常用的过电流保护有 快速熔断器 电路串电抗 器 过流时快速移相 和 直流快速开关 等几种 8 晶闸管的换相重叠角与电路的 触发角 变压器漏抗 XB 平均电流 Id 电源相电压 U2 等参数有关 2 单相全波可控整流电路中 晶闸管承受的最大反向电压为 22 U2 三相 半波可控整流电路中 晶闸管承受的最大反向电压为 6 U2 电源相电压 为 U2 3 要使三相全控桥式整流电路正常工作 对晶闸管触发方法有两种 一是用 大于 60 小于 120 的宽脉冲 触发 二是用 脉冲前沿相差 60 的双窄脉冲 触发 4 在同步电压为锯齿波的触发电路中 锯齿波底宽可达 240 度 实际移相 才能达 0 180 度 6 软开关电路种类很多 大致可分成 零电压 电路 零电流 电路两大类 8 逆变器环流指的是只流经 两组反并联的逆变桥 而不流经 负载 的电流 环流可在电路中加 采用串联电抗器 来限制 10 绝缘栅双极型晶体管是以 电力场效应晶体管栅极为栅极 作为栅极 以 以电力晶体管集电极和发射极 作为发射极与集电极复合而成 1 晶闸管的图形符号是 三个电极分别是 阳极 A 阴极 K 和 门极 G 双向晶闸管的图形符号是 它的三个极分是 第一阳极 T1 第二阳极 T2 和 门极 G 4 从晶闸管开始承受正向电压起到晶闸管导通之间的电角度称为 控制角 用 表示 5 同步电压为锯齿波的触发电路锯齿波底宽可达 240 度 正弦波触发电路 的理想移相范围可达 180 度 实际移相范围只有 150 6 一般操作过电压都是瞬时引起的尖峰电压 经常使用的保护方法是 阻容保 护 而对于能量较大的过电压 还需要设置非线性电阻保护 目前常用的方法有 压敏电阻和 硒堆 7 交流零触发开关电路就是利用 过零触发 方式来控制晶闸管导通与关断 的 二 二 判断题 对判断题 对 错 错 2 在用两组反并联晶闸管的可逆系统 使直流电动机实现四象限运行时 其 中一组逆变器工作在整流状态 那么另一组就工作在逆变状态 3 晶闸管串联使用时 必须注意均流问题 5 并联谐振逆变器必须是略呈电容性电路 6 给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通 7 有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载 10 变频调速实际上是改变电动机内旋转磁场的速度达到改变输出转速的目的 1 两个以上晶闸管串联使用 是为了解决自身额定电压偏低 不能胜用电路 电压要求 而采取的一种解决方法 但必须采取均压措施 2 逆变失败 是因主电路元件出现损坏 触发脉冲丢失 电源缺相 或是逆变 角太小造成的 3 变流装置其功率因数的高低与电路负载阻抗的性质 无直接关系 4 并联与串联谐振式逆变器属于负载换流方式 无需专门换流关断电路 5 触发普通晶闸管的触发脉冲 也能触发可关断晶闸管 6 三相半波可控整流电路 不需要用大于 60 小于 120 的宽脉冲触发 也不 需要相隔 60 的双脉冲触发 只用符合要求的相隔 120 的三组脉冲触发就能正 常工作 7 变频调速装置是属于无源逆变的范畴 8 有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网 9 双向晶闸管额定电流的定义 与普通晶闸管的定义相同 10 用稳压管削波的梯形波给单结晶体管自激振荡电路供电 目的是为了使触 发脉冲与晶闸管主电路实现同步 1 半控桥整流电路 大电感负载不加续流二极管 电路出故障时可能会出现 失控现象 3 晶闸管并联使用时 必须注意均压问题 4 无源逆变指的是不需要逆变电源的逆变电路 6 直流斩波电路只能实现降低输出直流电压的作用 7 无源逆变指的是把直流电能转变成交流电能回送给电网 8 在三相半波可控整流电路中 晶闸管承受的最大反压为 2倍相电压 U2 9 三相全控桥整流电路中 输出电压的脉动频率为 150Hz 4 逆变角太小会造成逆变失败 5 设置补偿电容可以提高变流装置的功率因数 8 在单相全控桥电路中 晶闸管的额定电压应取 U2 9 在三相半波可控整流电路中 电路输出电压的波形脉动频率为 300Hz 1 在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安全 2 为防止 关断过电压 损坏晶闸管 可在管子两端并接压敏电阻 3 雷击过电压可以用 RC 吸收回路来抑制 4 硒堆发生过电压击穿后就不能再使用了 5 晶闸管串联使用须采取 均压措施 6 为防止过电流 只须在晶闸管电路中接入快速熔断器即可 7 快速熔断器