《电力电子技术》课后习题及答案

模块一基于晶闸管的调光灯电路的制作与调试例1－1名词解释：控制角（移相角），导通角，移相，移相范围。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θ：是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度。移相：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：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。例1－2填空题（1）电力电子器件一般都工作在开关状态，导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，而电流由外电路决定。（2）电力电子器件由通态转为断态（关断过程）的转换过程中产生的损耗，称为关断损耗。（3）晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管均不导通。例1－3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：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。 例1－3调试图1－4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？图1-4例1-2图 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。例1－5画出图1－49所示电路电阻Rd上的电压波形。图1-5习题1-3图 解：例1－6说明晶闸管型号KP100-8E代表的意义。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。例1－7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：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。例1－8型号为KP100－3、维持电流IH＝3mA的晶闸管，使用在图1－6所示的三个电路中是否合理？为什么（不考虑电压、电流裕量）？图1－6例1－6图 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/50KΩ＝3mA，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。例1－9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：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）。例1－10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：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。例1－11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：（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，U2＝220V，Ud＝24V，则计算得≈121°，θT＝180°－121°＝59°晶闸管承受的最大电压为UTM＝U2＝311V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°，则IT＝84A考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为因此，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电源的视在功率电源侧功率因数（3）采用整流变压器降至60V供电，U2＝60V，Ud＝24V，由计算得≈39°，θT＝180°－39°＝141°晶闸管承受的最大电压为UTM＝U2＝84.9V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＝考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为因此，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电源的视在功率电源侧功率因数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。例1－12图1－7是中小型发电机采用的单相半波晶闸管自激励磁电路，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2Ω，电感为0.1H，试求：1)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。2）晶闸管与续流二极管可能承受的电压各使多少？3）选择晶闸管与续流二极管的型号。4）如电路原先运行正常，突然发现电机电压很低，经检查，晶闸管触发电路以及熔断器均正常，试问是何原因？图1－7习题1－10图 解：1）先求控制角得＝101° 则θT＝180°－101°＝79°θD＝180°+101°＝281° 由于ωLd=2πfLd=2×3.14×50×0.1=31.4Ω，所以为大电感负载，各电量分别计算如下2) 3）选择晶闸管和续流二极管得型号 取＝700V，＝10A；选择晶闸管型号为KP10－7。 取＝700V，＝20A；选择晶闸管型号为ZP20－7。 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。例1－13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：（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图1－7（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图1－7（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图1－7（c）所示。 图1－7例1－11波形图例1－14单结晶体管触发电路中，削波稳压管两端并接移只大电容，可控整流电路能工作吗？为什么？解：不能工作。因为单结晶体管触发电路得同步使靠稳压管两端得梯形波电压过零实现得，使电容充电得开始时刻与主电路一一对应。如果接上滤波电容，电路就没有过零点，因此电路不能正常工作。例1－15单结晶体管张驰振荡电路是根据单结晶体管的什么特性组成工作的？振荡频率的高低与什么因素有关？解：单结晶体管张驰振荡电路是根据单结晶体管的负阻特性组成工作的。根据振荡电路的频率可以看出，频率与充电电阻Re和电容容量C有关。例1－16用分压比为0.6的单结晶体管组成振荡电路，若＝20V，则峰点电压为多少？如果管子的b1脚虚焊，电容两端的电压为多少？如果是b2脚虚焊（b1脚正常），电容两端电压又为多少？解：峰点电压＝ηUbb＋0.7＝12.7V 如果管子的b1脚虚焊，电容两端的电压为20V 如果是b2脚虚焊（b1脚正常），电容两端电压0.7V五、自我检测题1．填空题1）晶闸管对触发脉冲的要求是、和。2）单结晶体管产生的触发脉冲是脉冲；主要用于驱动功率的晶闸管； 3）普通晶闸管的图形符号是，三个电极分别是，和4）晶闸管的导通条件是；关断条件是.。5）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角，用表示。6）型号为KP100-8的元件表示管、它的额定电压为伏、额定电流为安。7）给晶闸管阳极加上一定的电压；在门极加上电压，并形成足够的电流，晶闸管才能导通。 8）由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流为ITn等于倍IT（AV），如果IT（AV）=100安培，则它允许的有效电流为安培。通常在选择晶闸管时还要留出倍的裕量。 9）晶闸管的维持电流IH是指在温度条件下，门极断开时，晶闸管从较大通态电流下降到刚好能保持导通所必须的最小电流。 2．判断题 1）给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。（） 2）普通晶闸管额定电流的定义，与其他电气元件一样，是用有效值来定义的。（）3）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。（）4）在单相半波整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。（）5）KP2—5表示的是额定电压200V，额定电流500A的普通型晶闸管。（）6）在单结晶体管触发电路中，稳压管削波的作用是为了扩大脉冲移相范围。（）3．选择题1）单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差度。A、180°，B、60°，c、360°，D、120°2）单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是。A、90°

B、120°

C、150°

D、180°3）某型号为KP100-10的普通晶闸管工作在单相半波可控整流电路中，晶闸管能通过的电流有效值为。A、100A

B、157A

C、10A

D、15.7A4）单相半波可控整流电路，晶闸管两端承受的最大电压为。A、U2B、2U2C、D、5）单结晶体管触发电路输出的触发信号是。A、B、C、D、 4．问答题 1）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。2）由下面单结晶体管的触发电路图画出各点波形。 3）晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？ 4）单相半波可控整流电路，如（1）晶闸管内部短路，（2）晶闸管内部开路，在下面的坐标中画出其直流输出电压Ud和晶闸管两端电压UT的波形。5）画出单结晶体管自激震荡电路的电路图，并画出电容两端电压与输出电压波形。5．计算题1）画出下图所示整流电路在控制角时的波形图，并说出该电路的移相范围是多大？如果该电路的相电压为220V，则输出最大直流电压和最小直流电压分别为多少。2）单相半波可控整流电路，大电感负载接续流二极管，已知U2＝220V，R＝10Ω，要求输出整流电压平均值为0～30V连续可调，试求控制角的范围，选择晶闸管额定电压和额定电流。 六、自我检测题答案 1．填空题1）要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高、触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。2）尖脉冲、小3）阳极A、阴极K、门极G；4）阳极和阴极加正向电压，门极接正向电压形成了足够门极电流时晶闸管导通；当晶闸管阳极电流小于维持电流IH时，导通的晶闸管关断。 5）控制角、α。 6）普通晶闸管、800V、100A 7）正向，正向门极，门极触发8）1.57；157；1.5—29）温40度以下；阳极2．判断题1）×2）×3）√4）×5）×6）√3．选择题1）A2）D3）B4）C5）A4．问答题1）单结晶体管特性曲线可分为：截止区、负阻区、饱和导通区。2）3）A:触发信号应有足够的功率。B：触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。C：触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。4）5）5．计算题1）当触发角α为0度时输出电压平均值最大。当触发角α=150º时输出电压平均值最小。2）控制角范围是113º～180º。额定电压622V（2倍裕量）、额定电流1.23A（1.5倍裕量）。模块二直流调速装置安装与调试例2－1填空（1）单相桥式可控整流电路，电阻性负载情况下晶闸管可控移相范围是00~1800。（2）有源逆变失败的原因主要有触发电路工作不可靠、晶闸管失去正常导通和阻断能力、交流电源缺相或突然消失、换相的裕量角不足等等。（3）单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差180度。（4）单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是00~1800。例2－2单相桥式全控整流电路带大电感负载时，它与单相桥式半控整流电路中的续流二极管的作用是否相同？为什么？解：作用不同。全控整流电路电感性负载时，其输出电压波形出现负值，使输出电压平均值降低，因此，负载两端接上续流二极管后，输出电压波形中不再有负值，可以提高输出平均电压，以满足负载的需要。半控桥电路电感性负载时，由于本身的自然续流作用，即使不接续流二极管，其输出电压波形也不会出现负值。但是一旦触发脉冲丢失，会使晶闸管失控。因此仍要再负载两端街上续流二极管，防止失控。例2－3单相桥式全控整流电路，大电感负载，交流侧电流有效值为220V，负载电阻Rd为4Ω，计算当时，直流输出电压平均值、输出电流的平均值；若在负载两端并接续流二极管，其、又是多少？此时流过晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值又是多少？画出上述两种情形下的电压电流波形。解：不接续流二极管时，由于是大电感负载，故接续流二极管时不接续流二极管时波形如图2－1（a）所示；接续流二极管时波形如图2－1（b）所示。图2－1例2－4波形图例2－4单相桥半控整流电路，对直流电动机供电，加有电感量足够大的平波电抗器和续流二极管，变压器二次侧电压220V，若控制角，且此时负载电流，计算晶闸管、整流二极管和续流二极管的电流平均值及有效值，以及变压器的二次侧电流、容量S。解：由于平波电抗器的电感量足够大，所以可视为大电感负载，整流输出电流的波形为以水平直线。当时，晶闸管的平均电流为整流二极管的电流平均值与晶闸管的电流平均值相等晶闸管电流有效值为整流二极管和晶闸管的电流有效值为续流二极管的电流平均值为变压器的二次侧电流为电源容量为例2－6图2－2（a）为具有中点二极管的单相半控桥式整流电路。绘出时输出电压波形；推导出输出电压Ud的计算公式；求出的Ud最大值和最小值。图2－2例2－6图解：（1）设在0～期间，VT1、VT2未触发导通，电路在正半周，VD3和VD2导通；输出电压；在～π期间，由于VT1因触发而导通，VD3承受反压而关断，VD2继续导通，则输出电压。在π～π＋期间，VT1承受反压而关断，VD3和VD1导通，输出电压；在π＋～2π期间，VT2因触发而导通，VD1继续导通，VD3因反压而截止，则输出电压。输出电压波形如图2－2（b）所示。（2）（3）当时，当＝π时，例2－7图2－3（a）所示，晶闸管的为60°，试画出晶闸管承受的电压波形，整流管和续流二极管每周期各导电多少度？并计算晶闸管、整流二极管以及续流二极管的电流平均值和有效值。已知电源电压是220V，负载是电感性负载，电阻为5Ω。(b)图2－3例2－7图例2－8直流电动机负载单相全控桥整流电路中，串接平波电抗器的意义是什么?解：由单相全控桥整流电路输出的电压波形是脉动的缺角正弦波，当增大时，输出电压、电流脉冲加剧，电流的交流分量增大。对直流电动机来说，过大的交流分量将导致电动机的换向恶化、铁损增加，使电动机过热。又因为电流使脉动的例2－9在单相桥式全控整流电路中，若U2＝220V，E＝100V，R＝2Ω，当β＝30°时，能否实现有源逆变？为什么？画出这时的电压电流波形。解：E＝100V，所以无法实现有源逆变。波形如图2－4所示。图2－4例2－9波形图例2－10单相全控桥式整流电路，当＞90°时，若直流侧直流电动机取走，而代之以一个电阻，晶闸管的导通角还能达到180°吗？晶闸管的输出电压平均值还能出现负值吗？解：不能。因为实现有源逆变不可缺少的条件时必须具有对晶闸管时正向的直流电源，当用电阻取代电动机后，在＝90°时，输出电压接近零，而＞90°时，输出电压平均值保持零，电流出现断续，不可能使电压平均值出现负值。例2－11导致逆变失败的原因是什么？最小逆变角一般取为多少？解：导致逆变失败的原因主要有：触发电路工作不可靠。例如脉冲丢失、脉冲延迟等。晶闸管本身性能不好。应该导通时导通不了、应该阻断时无阻断能力。交流电源故障。例如突然停电、缺相、电压过低。换相裕量角过小。最小逆变角例2－12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：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（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。例2－13哪些因素影响GTO的导通和关断？解：影响GTO导通的主要因素有：阳极电压、阳极电流、温度和开通控制信号的波形。影响GTO关断的主要因素有：被关断的阳极电流、负载性质、温度、工作频率、缓冲电路和关断控制信号波形等。五、自我检测题1．填空题1）一个单相全控桥式整流电路，交流电压有效值为220V，流过晶闸管的大电流有效值为15A，则这个电路中晶闸管的额定电压可选为；晶闸管的额定电流可选为。2）可关断晶闸管的图形符号是。3）单相桥式可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为。4）有源逆变指的是把能量转变成能量后送给装置。5）造成逆变失败的原因有、、、等几种。2．判断题1）在单相桥式半控整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路出故障时会出现失控现象。（）2）逆变角太大会造成逆变失败。（）3）有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。（）4）在单相全控桥整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。（）5）6）触发普通晶闸管的触发脉冲，也能触发可关断晶闸管。（）7）有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。（）8）在单相桥式半控整流电路中，带大电感负载，不带续流二极管时，输出电压波形中没有负面积。（）3．选择题1）单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差度。A、180°，B、60°，c、360°，D、120°2）单相桥式全控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是(

)A、90°

B、120°

C、150°

D、180°3）单相桥式全控整流电感性负载电路中，控制角α的最大移相范围是(

)A、90°

B、120°

C、150°

D、180°4）变流器工作在逆变状态时，控制角α必须在度。A、0°-90°；B、30°-120°；C、60°-150°；D、90°-150°5）单相全控桥式整流电路带电阻负载，当触发角α=0º时，输出的负载电压平均值为。A、0.45U2；B、0.9U2；C、1.17U2；D、2.34U2；4．问答题1）实现有源逆变必须满足哪两个必不可少的条件？2）什么是逆变失败？逆变失败后有什么后果？形成的原因是什么？3）说明可关断晶闸管GTO的开通和关断原理。与普通晶闸管相比较有何不同？4）单相半控桥能否实现有源逆变？为什么？5．画图题1）单相桥式半控整流电路，电阻性负载。当控制角α=90º时，画出：负载电压ud、晶闸管VT1电压uVT1、整流二极管VD2电压uVD2，在一周期内的电压波形图。2）设单相桥式整流电路有源逆变电路的逆变角为，试画出输出电压的波形图。6．计算题1）单相半控桥电路，对恒温电炉供电。已知电炉的电阻为34Ω，直接由220V交流电网输入，试选择晶闸管的型号，并计算电炉的功率。2）在单相桥式全控整流电路中，U2＝220V，E＝120V，R＝1Ω，当β＝60°时，能否实现有源逆变？为什么？求这时电动机的制动电流多大？画出这时的电压电流波形。3）某一电阻负载，要求0～100V连续可调，30V以上时要求负载电流能达到20A，采用单相桥式半控整流电路，如果由220V交流电直接供电，试计算晶闸管导通角、电流平均值和有效值，交流侧电流有效值和对电源容量的要求。并选择晶闸管型号。六、自我检测题答案1．填空题 1）、2）3）4）直流，交流，电网的5）逆变桥晶闸管或元件损坏，供电电源缺相，逆变角太小，触发脉冲丢失或未按时到达2．判断题1）√2）√3）×4）×5）√6）×7）√8）√3．选择题1）A2）D3）A4）D5）B4．问答题1）直流侧必需外接与直流电流Id同方向的直流电源E，其数值要稍大于逆变器输出平均电压Ud，才能提供逆变能量。逆变器必需工作在β<90º（α>90º）区域，使Ud<0,才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。2）逆变失败指的是：逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件末关断，该导通的器件末导通。从而使逆变桥进入整流状态，造成两电源顺向联接，形成短路。逆变失败后果是严重的，会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流，损坏开关器件。产生逆变失败的原因：一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等。3）见教材4）不能5．画图题1）2）见教材6．计算题1）KP5-7P=1.42Kw2）可以实现，21A3）α=116º，I2=38A，S=4500W，KP50-4

模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试习题答案例3－1在交流调压电路或交流开关中，使用双向晶闸管有什么好处？ 解：双向晶闸管不论是从结构上，还是从特性上，都可以把它看作是一对反并联晶闸管集成元件。它只有一个门极，可用交流或直流脉冲触发，使之能正、反向导通。在交流调压电路或交流开关中使用双向晶闸管可以简化电路、减小装置体积和质量、节省投资、方便维护。例3－2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：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×π=314A，则双向晶闸管的额定电流为314/=222A。例3－3一台220V/10kW的电炉，采用单相交流调压电路，现使其工作在功率为5kW的电路中，试求电路的控制角α、工作电流以及电源侧功率因数。解：电炉是电阻性负载。220V、10kW的电炉其电流有效值应为要求输出功率减半，即值减小1/2，故工作电流应为输出功率减半，即值减小1/2，则α=90°功率因数cosφ=00.707例3－4图3－1单相交流调压电路，U2＝220V，L=5.516mH，R＝1Ω，试求：控制角α的移相范围。负载电流最大有效值。最大输出功率和功率因数。图3－1例3－4图 解：1）单相交流调压电感性负载时，控制角α的移相范围是所以控制角α的移相范围是60°~π。 2）因α=时，电流为连续状态，此时负载电流最大。 3）最大功率 例3-5采用双向晶闸管组成的单相调功电路采用过零触发，U2＝220V，负载电阻R＝1Ω，在控制的设定周期Tc内，使晶闸管导通0.3s，断开0.2s。试计算：输出电压的有效值。负载上所得得平均功率与假定晶闸管一直导通时输出得功率。选择双向晶闸管得型号。解：负载在全导通时，送出的功率为负载在导通0.3s断开0.2s过零触发下，负载上的电压有效值负载上的功率 五、自我检测题 1．填空题 1）型号为KS100-8的元件表示晶闸管、它的额定电压为伏、额定有效电流为安。 2）双向晶闸管的触发方式有：I+触发：第一阳极T1接 电压，第二阳极T2接 电压；门极G接电压，T2接电压。 I-触发：第一阳极T1接电压，第二阳极T2接电压；门极G接电压，T2接电压。 Ⅲ+触发：第一阳极T1接电压，第二阳极T2接电压,门极G接电压，T2接电压。Ⅲ-触发：第一阳极T1接电压，第二阳极T2接电压；门极G接电压，T2接电压。3）在单相交流调压电路中，负载为电阻性时移相范围是，负载是阻感性时移相范围是。4）双向晶闸管的图形符号是，三个电极分别是，和； 5）交流零触发开关电路是利用在电源电压方式来控制晶闸管导通与关断的。 2．判断题 1）双向晶闸管与普通晶闸管一样，额定电流也用通态电流平均值表示（） 2）双向晶闸管的结构与普通晶闸管一样，也是由四层半导体（P1N1P2N2）材料构成的。（） 3）双向晶闸管的额定电流的定义与普通晶闸管不一样，双向晶闸管的额定电流是用电流有效值来表示的。（） 4）双向晶闸管的结构与普通晶闸管不一样，它是由五层半导体材料构成的。（） 3．问答题 1）什么是晶闸管交流开关？ 2）交流调压电路中，晶闸管常用哪些方式控制？ 3）单相交流调压电路中，对于电阻-电感负载，为什么晶闸管的触发脉冲要用宽脉冲或脉冲列？ 4）三相交流调压电路有哪些接线方式，各有什么特点？ 5）双向晶闸管有哪几种触发方式？用的最多的有哪两种？ 6）在交流调压电路中，采用相位控制和通断控制各有何优缺点？为什么通断控制适用于大惯性负载？7）单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，问控制角α的有效移相范围有多大？4．计算题1）在图3-2示交流调压电路中，已知U2＝220V负载电阻RL＝10Ω，当触发角α＝90°时，计算RL吸收的交流电功率是多少？并画出RL上的电压波形图。导通区用阴影线表示。图3-22）一台工业炉原由额定电压为单相交流220∨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α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。 5．分析题 1）图3-3为采用双向晶闸管的单相电源漏电检测原理图，试分析其工作原理。图3-32）图3-4为一单相交流调压电路，试分析当开关Q置于位置1、2、3时，电路的工作情况并画出开关置于不同位置时，负载上得到的电压波形。图3-4已知自耦变压器基本绕组为1-0，调整绕组1-3与1-2之间的匝数是1-0的10％。试分析图3-5示两组反并联晶闸管组成的电路，是如何实现在输入电压波动时，使输出电压∪0保持稳定？图3-5六、自我检测题答案1．填空题 1）双向晶闸管、800V、100A。 2）I+触发：正，负；G正，负。I-触发：正，负；负，正。Ⅲ+触发：负，正；正，负。Ⅲ-触发：负，正；负，正。 3），， 4）第一阳极T1，第二阳极T2，门极G 5）过零触发 2．判断题 1）×2）×3）√4）√3．问答题 1）如果交流调压电路中的晶闸管在交流电压自然过零时关断或导通，则称之为晶闸管交流开关。 2）交流调压电路中的晶闸管常用两种方式控制： （1）相位控制。在电源电压的每一周期，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定时刻即可达到调压的目的。 （2）通断控制。将晶闸管作为开关，使负载与电源接若干周波，然后再断开一定的周波，通过改变通断的时间比达到调压的目的。 3）见教材。 4）见教材表格。 5）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。Ⅲ+触发T1接负，T2接正，门极G接正，T2接负。Ⅲ-触发T1接负，T2接正；门极G接负，T2接正。 6）通断控制采用了“零”触发的控制方式，几乎不产生谐波污染，但由于在导通周期内电动机承受的电压额定电压，而在间歇周期内电动机承受的电压为零，故加在电动机上的电压变化剧烈，致使转矩较大，特别是在低速时，影响尤为严重。脉动 相位控制输出电压较为精确，调速精度较高、快速性好，低速时转速脉动较小。但由于相位控制的导通波形只是工频正弦波一周期的一部分，会产生成分复杂的谐波，对电网造成谐波污染。7）30°~180°4．计算题 1）2.4KW 2）1、π/2；32.1A；0.707 5．分析题 1） 三相插座漏电，双向晶闸管以I+或III-的方式触发导通，继电器线圈得电，J1,4常开触头闭合，常闭触头断开，切断插座电源；同时J1,2常开触头闭合，常闭触头断开，晶闸管门极接通电源；双向晶闸管导通使指示灯亮，提示插座漏电。正常工作时，双向晶闸管门极无触发信号，不导通，继电器线圈不得电，三相插座带电，指示灯不亮，提示正常工作。 2）Q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Q置于位置2：正半周，双向晶闸管Ⅰ+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。Q置于位置3：正半周，双向晶闸管Ⅰ+触发方式导通。负半周，双向晶闸管Ⅲ-触发方式导通，负载上得到近似单相交流电压。3）通过对电压检测，实施对两组反并联晶闸管门极予以控制。例如：输入电压高于10%时，让VT1、VT2这组反并联的晶闸管的触发脉冲移到180°，使它不输出电压，而让VT3、VT4这组反并联晶闸管的触发脉冲移到0°，使他们分别在正负半周全导通时输出电压降低；当输入电压低于额定值10%时，让VT1、VT2这组反并联晶闸管的触发脉冲移到0°，使他们分别在正负半周全导通。让VT3、VT4反并联晶闸管的触发脉冲移到180°使他们截止，从而使输出电压提高10%，达到稳定输出电压的目的。

模块四开关电源的设计与维护习题答案 例4-1降压式斩波电路，输入电压为27V±10%，输出电压为15V，求占空比变化范围； 解：降压斩波电路输出电压，则，则，则 例4-2升压式斩波电路，输入电压为27V±10%，输出电压为45V，输出功率为750W，效率为95%，若等效电阻为R=0.05Ω。求最大占空比；如果要求输出60V，是否可能？为什么？解：输入电流的平均值为设Ii为理想的常值，则（1）当取最小值时，k为最大值（2）如果要求输出电压60V，此时占空比为理论上说明此电路是可以输出60V电压的。 例4-3有一降压斩波电路，U=120V，负载电阻R=6Ω，开关周期性通断，通30μs，断20μs，忽略开关导通压降，电感L足够大。试求：负载电流及负载上的功率。若要求负载电流在4A时仍能维持，则电感L最小应取多大？解：依据题意，开关通断周期T=50μs占空比负载电压的平均值负载电流的平均值负载功率的平均值 （2）设占空比不变，当负载电流为4A时，处于临界连续状态，则电感量L为五、自我检测题 1.填空题 1）请在正确的空格内标出下面元件的简称：电力晶体管；功率场效应晶体管； 2）为了减小变流电路的开、关损耗，通常让元件工作在软开关状态，软开关电路种类很多，但归纳起来可分为与两大类。 3）电力场效应晶体管的图形符号是；电力晶体管的图形符号是； 4）直流斩波电路在改变负载的直流电压时，常用的控制方式有、、三种。 5）直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有斩波电路；斩波电路；斩波电路。 6）功率开关管的损耗包括两方面，一方面是；另一方面是。 7）大功率晶体管产生二次击穿的条件有、和。 8）开关型DC/DC变换电路的3个基本元件是、和。 2．判断题 1）电力晶体管属电流驱动型开关管，而电力场效应晶体管则属电压驱动型开关管。（） 2）在GTR的驱动电路设计中，为了使GTR快速导通，应尽可能使基极驱动电流大些。（） 3．选择题 1）下列元器件中，属于不控型，属于全控型，属于半控型。 A、普通晶闸管B、整流二极管C、电力晶体管D、电力场效应晶体管 E、双向晶闸管F、可关断晶闸管G、绝缘栅双极型晶体管 2）下列器件中，最适合用在小功率、高开关频率的变换电路中。 A、GTRB、IGBTC、MOSFETD、GTO 3）下列器件中，属于电流控制型器件的是，属于电压控制型器件的是。 A、普通晶闸管B、电力场效应晶体管C、电力晶体管D、绝缘栅双极型晶体管4．分析题根据下图简述升压斩波电路的基本工作原理。（图中设：电感L、与电容C足够大）5．计算题在图示升压斩波电路中，已知E=50V，负载电阻R=20Ω，L值和C值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40µs，ton=25µs时，计算输出电压平均值U0，输出电流平均值I0。六、自我检测题答案1.填空题1）GTRMOSFET2）零电压电路，零电流电路3）4）等频调宽控制；等宽调频控制；脉宽与频率同时控制5）降压；升压；升降压6）导通损耗、开关过程中损耗7）大电流、高电压、持续时间长8）功率开关管、电感、电容2．判断题1）√2）×3．选择题1）B、CDFG、AE2）C3）AC、BD4．分析题1）当V处于通态时，电源E向电感L充电，设充电电流为I1，L值很大，I1基本恒定，同时电容C向负载供电，C很大，使电容器电压U0基本不变，设V处于通态的时间为ton，在ton时间内，电感L上积蓄的能量为EI1ton；当V处于断态时，E与L同时向电容充电，并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，在toff时间内L释放的能量为（U0-E）I1toff，在一周期内L积蓄的能量与释放的能量相等。可求得：分析不难看出该斩波电路是升压斩波电路。5．计算题1）U0=133.3V；I0=6.67A；

模块五中频感应加热电源的安装与维护习题答案例5-1在晶闸管两端并联R、C吸收回路的主要作用有哪些？其中电阻R的作用是什么？解：R、C回路的作用是：吸收晶闸管瞬间过电压，限制电流上升率，动态均压作用。R的作用为：使L、C形成阻尼振荡，不会产生振荡过电压，减小晶闸管的开通电流上升率，降低开通损耗。例5-2三相半波可控整流电路，如果三只晶闸管共用一套触发电路，如图5－1所示，每隔120°同时给三只晶闸管送出脉冲，电路能否正常工作？此时电路带电阻性负载时的移相范围是多少？图5－1例5－2图解：能工作。因为虽然三个晶闸管同时加触发脉冲，只有阳极电压最高相所接的晶闸管导通，其余两个晶闸管受反压阻断。但是，移相范围只有120°，达不到150°移相范围要求。例5－3三相半波可控整流电路带电阻性负载时，如果触发脉冲出现在自然换相点之前15°处，试分析当触发脉冲宽度分别为10°和20°时电路能否正常工作？并画出输出电压波形。解：当触发脉冲宽度分别为10°，如图5－2所示，当触发脉冲ug1触发U相晶闸管，则U相晶闸管导通。当ug2触发V相晶闸管时，这时U相电压高于V相电压，所以V相晶闸管不导通，U相晶闸管继续导通。过了自然换相点后，尽管V相电压高于U相电压，但V相晶闸管的触发脉冲已消失，所以V相晶闸管仍不导通。U相晶闸管导通到过零点关断。这样下去，接着导通的是W相晶闸管。由此可以看出，由于晶闸管间隔导通而出现了输出波形相序混乱现象，这是不允许的。图5－2例5－3波形当触发脉冲宽度分别为10°时，输出波形和α=0º时波形一样。例5－4图5－3为三相全控桥整流电路，试分析在控制角α=60º时发生如下故障的输出电压Ud的波形。（1）熔断器1FU熔断。（2）熔断器2FU熔断。（3）熔断器2FU、3FU熔断。解：（1）熔断器1FU熔断时输出电压波形如图5－3b所示，凡与U相有关的线电压均不导通。（2）熔断器2FU熔断时输出电压波形如图5－3c所示，V字头线电压不导通。（3）熔断器2FU、3FU熔断时输出电压波形如图5－3d所示，凡VW字头线电压均不导通。图5－3例5－4图例5－5图5－4为两相零式可控整流电路，直接由三相交流电源供电画出控制角α＝0°、α＝60°时输出电压波形。控制角α的移相范围多大？，推导Ud的计算公式。图5－4例5－5电路图解：（1）控制角α＝0°时输出电压波形如图5－5（a）所示，α＝60°时输出电压波形如图5－5（b）所示。（a）(b)图5－5例5－5波形图例5－6若用示波器观察三相桥式全控整流电路波形分别如图5－6(a)(b)(c)(d)(e)所示，试判断电路的故障。（a）(b)(c)(d)(e)图5－6例5－6波形图 解：(a)图：用示波器测得每个周期输出电压波形与正确波形相比波头少了两个，在ωt1时刻不能换相，到ωt2时刻才恢复正常换相，ωt1～ωt2为120°；三相全控桥电路每个周期输出电压的六个波头，少两个波头正好是120°。波形种出现负值是由于电感L中的储能释放，回馈给电源所致。正常运行时每个桥臂导通120°，无论少哪两个波头，都可以判断出是有一个臂断路，但到底是哪个桥臂断路，波头上没有符号指明，需要进一步检查。在各桥臂熔断器完好，连接线无松脱的前提下，用示波器量测各管波形。哪个管的波形没有导通段，即是故障所在，或者是管子坏，或者是没有触发脉冲。(b)图：如图每个周期的波形波头只少一个，只有60°，因此不会是桥臂短路，问题出现在触发电路。根据三相全控桥电路触发脉冲为双窄脉冲的特点，ωt1时未通说明主脉冲丢失，ωt2时导通是补脉冲的作用。到底哪个管子的触发电路出了问题，需测量各管子两端电压波形，正常管子导通120°，导通段只有60°的管子，其触发电路有问题，进一步检查该触发电路的同步移相环节，即可找出故障所在。(c)图：每个周期只有两个连续波头，其中已个波头提前输出，连续少了四个波头。说明不同相的量个桥臂断路。(d)图：每个周期少了四个波头，但不是连续的四个波头，而是每半个周期有一个，再连续少两个。不难分析出是两相导电。故障为交流侧某相失电或某相两个桥臂断路。(e)图：每个周期少了三个波头，可以看出是两个不相同的桥臂断路，一个属于共阴极组，一个属于共阳极组。 五、自我检测题 1．填空题1）常用的过电流保护措施有、、、。（写出四种即可）2）在电力晶闸管电路中，常用的过电压保护有；；和等几种。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，一是用触发；二是用触发。4）在同步电压为锯齿波的触发电路中，锯齿波底宽可达度；实际移相才能达度。5）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，目前常用的方法有和。6）在由两组反并联变流装置组成的直流电机的四象限运行系统中，两组变流装置分别工作在正组状态、状态、反组状态、状态。7）在有环流反并联可逆系统中，环流指的是只流经而不流经的电流。为了减小环流，一般采用αβ状态。 8）三相半波可控整流电路，输出到负载的平均电压波形脉动频率为HZ；而三相全控桥整流电路，输出到负载的平均电压波形脉动频率为HZ；这说明电路的纹波系数比电路要小。 9）三相半波可控整流电路电阻性负载时，电路的移相范围，三相全控桥电阻性负载时，电路的移相范围。 10）锯齿波触发电路的主要环节是由、、、、环节组成。 11）三相桥式全控整流电路是由一组共极三只晶闸管和一组共极的三只晶闸管串联后构成的，晶闸管的换相是在同一组内的元件进行的。每隔换一次相，在电流连续时每只晶闸管导通度。要使电路工作正常，必须任何时刻要有只晶闸管同时导通，，一个是共极的，另一个是共极的元件，且要求不是的两个元件。 12）由晶闸管构成的逆变器换流方式有换流和换流。 13）在电流型逆变器中，输出电压波形为波，输出电流波形为波。 2．判断题 1）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。（） 2）逆变角太大会造成逆变失败。（） 3）并联谐振逆变器必须是略呈电容性电路。（） 4）在三相半波可控整流电路中，电路输出电压波形的脉动频率为300Hz。（） 5）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。（）6）三相半波可控整流电路，不需要用大于60º小于120º的宽脉冲触发，也不需要相隔60º的双脉冲触发，只用符合要求的相隔120º的三组脉冲触发就能正常工作。（）7）三相桥式全控整流电路，输出电压波形的脉动频率是150HZ。（）8）在三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反压为倍相电压U2。（）9）三相半波可控整流电路中，如果三个晶闸管采用同一组触发装置，则α的移相范围只有120o。（）10）三相半波可控整流电路也要采用双窄脉冲触发。（）11）在三相桥式全控整流电路中，采用双窄脉冲触发晶闸管元件时，电源相序还要满足触发电路相序要求时才能正常工作。（）12）并联谐振逆变器负载两端电压波形是很好的正弦波（）13）无源逆变指的是把直流电能转换成交流电能送给交流电网。（）3．选择题1）α为度时，三相半波可控整流电路，电阻性负载输出的电压波形，处于连续和断续的临界状态。0度，B、60度，C、30度，D、120度，2）晶闸管触发电路中，若改变的大小，则输出脉冲产生相位移动，达到移相控制的目的。同步电压，B、控制电压，C、脉冲变压器变比。3）可实现有源逆变的电路为。A、三相半波可控整流电路，B、三相半控桥整流桥电路，单相全控桥接续流二极管电路，D、单相半控桥整流电路。4）在下面几种电路中，不能实现有源逆变的电路有哪几种。A、三相半波可控整流电路。B、三相半控整流桥电路。单相全控桥接续流二极管电路。D、单相半控桥整流电路。5）在有源逆变电路中，逆变角的移相范围应选为最好。A、=90º∽180º，B、=35º∽90º，C、=0º∽90º，6）晶闸管整流装置在换相时刻（例如：从U相换到V相时）的输出电压等于。A、U相换相时刻电压uU，B、V相换相时刻电压uV，C、等于uU+uV的一半即：7）三相全控整流桥电路，如采用双窄脉冲触发晶闸管时，下图中哪一种双窄脉冲间距相隔角度符合要求。请选择。。8）晶闸管触发电路中，若使控制电压UC=0，改变的大小，可使直流电动机负载电压Ud=0，使触发角α=90º。达到调定移相控制范围，实现整流、逆变的控制要求。A、同步电压，B、控制电压，C、偏移调正电压。9）三相半波可控整流电路的自然换相点是(

)A、交流相电压的过零点；B、本相相电压与相邻相电压的交点处；C、比三相不控整流电路的自然换相点超前30°；D、比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°。10）三相全控桥式整流电路带电阻负载，当触发角α=0º时，输出的负载电压平均值为。A、0.45U2；B、0.9U2；C、1.17U2；D、2.34U2；11）三相全控桥式整流电路带大电感负载时，控制角α的有效移相范围是度。0°-90°；B、30°-120°；C、60°-150°；D、90°-150°12）三相半波可控整流电路在换相时，换相重叠角γ的大小与哪几个参数有关。A、α、Id、XL、U2φ；

B、α、Id；C、α、U2；

D、α、U2、XL；4．问答题1）实现正确触发的同步定相的方法步骤有哪些？2）锯齿波同步触发电路是怎样发出双窄脉冲的？3）三相桥式全