电力电子技术

1、电力电子技术复习题填空题1 .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,解决的方法是用专用均流电抗器.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、

2、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.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.8.常用的过电流保护举措有快速熔断器？、用进线电抗器、接入直流快速开江、限制快速移相使输出电压下降.写出四种即可9.普通品闸管内部有两个PN结,外部有三个电极,分别是阳极A、阴极K和门极G.10.晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时、门极上加上触发电压,晶闸管就导通.11.晶闸管的工作状态有正向阻断状态,正向导通状态和反向阻断状态.12 .当增大品闸管可控整流的限制角a,负载

3、上得到的直流电压平均值会减小13.晶体管触发电路的同步电压一般有正弦波同步电压和锯齿波电压.14.按负载的性质不同,晶闸管可控整流电路的负载分为电阻性负载、电感性负载和反电动势负载三大类.15.双向晶闸管的触发方式有I+、上、田+、田-四种16.在有环流逆变系统中,环流指的是只流经逆变电源、逆变桥而不流经负载的电流.环流可在电路中加电抗器来限制.为了减小环流一般采控用限制角a大于B的工作方式.17 .三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差120.18.对于三相半波可控整流电路,换相重叠角的影响,将使用输出电压平均值下降.19 .1800导电型电压源式三相桥式逆变电路,其

4、换相是在同一相的上、下二个开关元件之间进行.20 .有源逆变器是将直流电能转换为交流电能馈送回电网的逆变电路.21 .KP100-10型晶闸管,能承受最大交流电压有效值是707V.22 .三相半控桥式整流电路,不能工作在逆变状态.23.在无源逆变器中,为使晶闸管可靠关断,常采用自然换流和强迫换流两种.24.单相半控桥式整流电路中,假设出现一个晶闸管直通,另两个二极管轮流导电180的情况时,那么表示该电路发生失控现象.25.在实际应用中,双向晶闸管常采用I+和田-和两种触发方式.26 .限制角a与逆变角B之间的关系为.简做题1.简述晶闸管整流电路对触发脉冲的要求.答：(1)触发信号可为直流、交流

5、或脉冲电压.(2)触发信号应有足够的功率(触发电压和触发电流).(3)触发脉冲应有一定的宽度,脉冲的前沿尽可能陡,以使元件在触发导通后,阳极电流迅速上升到掣住电流而维持导通.(4)触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步.2 .简述GTRS极驱动电路的功能：答：(1)提供适宜的正反向基流以保证GTRT靠导通与关断.(2)实现主电路与限制电路的隔离.(3)自动保护功能,以便在故障发生时快速自动切断驱动信号,预防损坏GTR电路尽可能简单,工作稳定可靠、抗干扰水平强.3 .晶闸管整流电路中的脉冲变压器有什么作用？在晶闸管的触发电路采用脉冲变压器输出,可降低脉冲电压,增大输出的触发电流,还可以使触发电路与主

6、电路在电气上隔离,既平安又可预防干扰,而且还可以通过脉冲变压器多个二次绕组进行脉冲分配,到达同时触发多个晶闸管的目地.4 .简述晶闸管有源逆变的条件：答：(1)有直流电动势源,极性与晶闸管的导通方向一致,且数值稍大于变流器直流侧的平均电压.(2)变流器工作在a90能围.(3)直流侧用接大电感.5.试以三相全控桥式反并联电路为例,分析a=B工作制的主电路的工作原理.(1)正转.给I组和II组晶闸管触发信号,aI900即0II900且保证aL0II此时第一组工作在整流状态,输出电压为UdI=2.34U2cosaJ电动机电枢得到右正左负的电压后运行,且产生反电动势E.第二组晶闸管由于触发脉冲BIIE

7、,不满足逆变条件,二组晶闸管工作在待逆变状态.(2)调速.当需要速度升高时,使a减小,BII减小,输出电压增大,电流增大,电磁转矩增大,电动机转速升高,减速时相反.3停机.第一组晶闸管的触发脉冲移动到大于900,在移相过程中,电枢电流迅速下降,电感将产生感应电动势,使一组晶闸管继续导通,工作在有源逆变状态,将电感中储存的能量逆变为交流电能回馈电网,称本桥逆变,由于电流下降很快,转速还来不及变化.当电流下降到零时,将第二组晶闸管的触发脉冲移相到BII900使的IUdIIIE,二组进入它桥逆变,电枢电流反向,电动机发电制动,机械惯性能量回馈电网.4反转.当电动机停机完成后,再继续将二组晶闸管的脉冲

8、由大于900移到小于900区域,一组进入待逆变状态,二组进入整流状态,直流电压极性改变,电动机反转.6.有源逆变实现的条件是什么？答：1晶闸管的限制角大于90度,使整流器输出电压UD为负2整流器直流侧有直流电动势,其极性必须和晶闸管导通方向一致,其幅值应大于变流器直流侧的平均电压7.单结晶体管的特性曲线可以分为哪几段？如果用一个二极管和两个电阻接成如下方式,请按对单结晶体管特性曲线进行研究的相同做法,设计试验电路,并作出它的Ie-Ue特性曲线.单结晶体管特性曲线可分为：截止区、负阻区、饱和导通区.8.单项桥式逆变器的“非对称限制的过程,其目的在于什么？答：使VI、V2栅极信号互补,V3、V4栅

9、极信号互补；V3与V2不同相位,V4栅极信号与V1不同相位,而是分别前移了1800-9,即V3、V4分别比VI、V2落后8.“非对称限制使得输出电压不再是正负各为1800的脉冲,而是正负各为9的脉冲.“非对称限制称为移相调压,用于调节带有阻感负载的逆变电路输出电压,改变8,可改变输出电压.9.有源逆变产生的条件答：（1） |Ud|Ed|2B9010.并联谐振型逆变电路利用负载电压进行换流,晶闸管交替频率与负载回路的谐振频率应满足什么条件？负载电压Ua什么样的波形？答：（1）晶闸管交替频率稍大于负载回路的谐振频率负载电压Ua是正弦波11.三相桥式全控整流电路中,对触发脉冲有何要求,为什么？答：按

10、VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序,相位依次差60,共阴极组VT1、VT3VT5的脉冲依次差120,共阳极组VT4VT6VT2也依次差120,同一相的上下两个桥臂,即VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2,脉冲相差180.原因：保证2个晶闸管同时通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各1,且不能为同1相器件.12.什么是单相桥式半控整流电路的失控现象？纯电阻型负载会发生失控吗？为什么？当a角忽然增加到1800或触发脉冲消失,会发生一个晶闸管连续导通,而二个二极管轮流导通的情况,称之为失控.纯电阻负载不会发生失控现象,由于没有续流过程.13.晶闸管的导通条件和关断条件.

11、答：(1)阳极和门极承受正向电压(2)阳极承受反向电压或阳极电流小于维持电流14.逆变失败的原因是什么？答：(1)某品闸管在逆变时由于某种原因无法触发导通(2)逆变角太小15.写出以下电力电子器件的电气符号,英文简称,并说明它们属于电流限制还是电压限制.1)门级可关断晶闸管；2)电力晶体管;3)品闸管；4)电力场效应管；5)绝缘栅双级晶体管.16.流过晶闸管的电流波形如下图,不考虑平安裕量,试求额定电流为100A100A的元件所允许的平均电流I Id及最大电流值I Im. .Id=314/1.41=111.3(A)I Im=2=2Id=222.6(A)17.单相桥式全控整流电路,U U2=10

12、0V,=100V,负载电阻R=2,LR=2,L值极大,当a=30=30.时,求整流输出平均电压U Ud,电流I Id的值.U Ud=0.9U=0.9U21cos=0.9=0.9X100XX100X1 1C0S30=83.97=83.97(V)(V)221)门级可关断晶闸管2)电力晶体管;3)品闸管4)电力场效应管5)绝缘栅双级晶体管GTRGTRSCRSCRMOSFETMOSFET流控IGBTIGBT 压控流控GTOGTO流控1压控UdI Id= =42=42(A)(A)计算题1.一台由220V供电的自动恒温功率为1kW的电炉,采用单相半控桥整流电路通过计算选择品闸管和续流二极管的型号.解：电炉

13、电阻丝的电阻当a=0.时晶闸管与整流管的电流有效值才最大为U2122010ITm=IDm=SIn2=20=3.2ARd.4248.42选择品闸管和整流管的型号I32IT(AV)=(1.52)-Tm-=(1.52)=34A1.571.57取5A(电流系列值)UTn=(23)UTM=(23)V2X220=625936V所以,品闸管的型号为KP5-8同理,整流管的型号为ZP5-82.2.一个额定电流为 100A100A 的晶闸管,在流过如下图波形的电流不时,不考虑平安裕量,允许所流过的电流平均值为多少？有效值:I1.571T157(A)12/32(73,d(t)2/3121平均值：Id厂(/3Imd

14、(t)2/32Imd(t)11m=86(A)(A)3 .某感性负载采用带续流二极管的单相半控桥整流电路,电感线圈的内电阻Rd=5Q,输入交流电压U2=220V,限制角a=60.试求晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值.解：首先求整流使出电压的平均值1COS1COS600Ud=0.9=0.9X220X=149V再求负载电流Id=Ud/Rd=(149/5)=30A品闸管与续流二极管的电流平均值和有效值分别为Rd=U；百2202201000有效值：I=48.2心41md(力IdT=01803600Id=0018060360030=10A1800=180060036003600IdD=Id=60Tx

15、30=10A180018004.三相半波可控整流电路,大电感负载,a=600,电感内阻R=4Q,电源电压U2=220V,试计算不接续流二极管与接续流二极管两种情况下的平均电压,平均电流,并选择晶闸管的型号.并画出电压电流波形.解：(1)不接续流二极管时,Ud=1.17U2cos600=128.7V,Id=Ud/R=128.7/4=32.675A,IT=1/31/2Id=18.575AITn=(1.5-2)IT/1.57=17.75-23.67A,取30AUTn=(2-3)61/2U2=1078-1616V,取1200V,晶闸管为KP30-12.(2)接续流二极管时,Ud=0.675U21+co

16、s(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晶闸管为KP30-12.5.一台工业炉原由额定电压为单相交流220V供电,额定功率为10千瓦.现改用双向晶闸管组成的单相交流调压电源供电,如果正常工作时负载只需要5千瓦.试问双向晶闸管的触发角a应为多少度？试求此时的电流有效值,以及电源侧的功率因数值.九/2;32.1A;0.7076 .有一单相交流调压电路,电路参数如下：Ui

17、=100V,R=3Q,L=100mH.求：1)本电路所用的电力电子器件名称是什么？它的额定电流是如何定义的？2)试分别画出a=30及a=75时的输出电压Uo稳态波形.答：1)双向晶闸管,平均通态电流2)7.某感性负载采用带续流二极管的单相半控桥整流电路,电感线圈的内电阻Rd=5Q,输入交流电压U2=220V,限制角a=60.试求晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值.解：首先求整流使出电压的平均值1COS600=0.9X220X=149V2再求负载电流Id=Ud/Rd=(149/5)=30A品闸管与续流二极管的电流平均值和有效值分别为IT=X30=17.3AUd=0.91COS2IdT=180

18、03600Id=1800600360030=10AIT=；18036001800600,3600X30=17.3AIdD=西Id=6001800X30=10A600ID=0Id=01800.1800X30=17.3A8.单相桥式半控整流电路,负载为大电感,为20A,限制角a=30,试答复：画出Ud、iv11波形计算品闸管电流有效值Iv1计算续流二极管的电流有效值IV4答(1)波形Ud,iV11(2)IVI=mnId=12.9A,2,2并接有续流二极管,设最大负载电流(3)IV2A=minId=8.16A9.有一个三相全控桥整流电路.电感负载L=0.2H、R=4Q、要求Ud从0220V之间变化.

19、械求画出限制角a=30时的整流输出电压Ud的波形,画出品闸管V11的电压UVII的波形；不考虑限制角裕量时的变压器二次线电压Uh.计算品闸管电压、电流值,(平安裕量为2倍),选择晶闸管型号变压器二次电流有效值I2,和&,答(2)Ud2.34cos,a=0U=220V得出：lh=94v(3)Ud/Rd=220/4=55AIT131d=31.7AIT(AV)=2ITJ1.57=40.4A,取50A;UTn=2UTH=26U2=460.5v,取500V;所以型号为KP50-5I2=序=44.9S2=3U2XI2=3X94X44.9=12.66KVA10.1.图示电路属于哪种斩波电路？简述其工作原理.2.当E=100E=100V V,V,V的关断时间为T/3,T/3