1、电力电子 综合练习题3、本章典型例题分析例2.1 晶闸管导通和关断的条件是什么？ 解：晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。 在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。 例2.2 单相正弦交流电源，其电压有效值为220V，晶闸管和电阻串联相接，试计算晶闸管实际承受的正、反向电压最大值是多少？考虑2倍安全裕量，晶闸管的额定电压如何选取？解：晶闸管所承受的正、反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值：220= 3
2、11V；考虑2倍安全裕量，则晶闸管额定电压不低于2311=622V，可取为700V。例2.3 晶闸管额定电流和额定电压的确定方法?要点:晶闸管额定电流按实际计算的通态平均电流的1.52.0倍选取,额定电压按实际电路中所承受的最大电压值的2.3倍选取.例2.4 晶闸管是晶体闸流管的简称,常用的有平板型与螺栓型两种；晶闸管KP10-12G的含义是:P普通晶闸管,10额定电流为10A,12额定电压为1000V.例2.5 GTR及GTO的驱动电流波形的后沿一般都有一个较大的负电流,这个负电流的作用是有利于这些功率器件的:( )A、导通 B、关断 C、寿命 D、饱和例2.6 晶闸管的触发电路产生的触发信
3、号应有：（ ）A、足够大的触发功率 B、足够小的触发功率C、尽可能缓的前沿 D、尽可能窄的宽度例2.7 驱动电路是电力电子器件主电路与哪种电路之间的接口？A、缓冲电路 B、保护电路 C、控制电路 D、滤波电路例2.8 功率晶体管GTR的安全工作区SOA由哪几条曲线所限定？答：功率晶体管的SOA由集电极最大允许电流ICM、集射间最大电压UCEM、集电结最大允许功耗曲线PCM及二次击穿功率曲线PSB所组成。例2.9 晶闸管主电路对触发电路的要求是什么？答： 1）触发脉冲的参数应符合要求。触发脉冲的主要参数有脉冲幅值、宽度和前沿陡度。 2）触发脉冲与主电路电源电压必须同步 3）触发脉冲的移相范围应满
4、足变流装置的要求 4）触发脉冲的频率有可调性 5）防止干扰与误触发4、本章作业2.1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？答：晶闸管导通情况下，随着主回路电源电压的降低，主回路电流降低到某一数值以下时晶闸管就关断了。2.2晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小取决于什么？晶闸管关断后，其承受的电压大小取决于什么？答：晶闸管导通后，流过晶闸管的电流完全由主电路的电源电压和回路电阻所决定。晶闸管关断后，其承受的电压大小取决于电源电压。2.3什么信号可用做晶闸管的门极触发信号？答：处于晶闸管可靠触发区内的触发电压和电流可可用做晶闸管的门极触发信号。2.4晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极
5、和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。晶闸管导通情况下，只要仍有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管仍保持导通。在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。2.5 教材P42页,第3题:答案： 2.6教材P42页,第4题答案： 100A的晶闸管能输出的平均电流: 3、本章典型例题分析例3.1 接有续流二极管的单相半波可控整流电路，带大电感负载，R=5，变压器二次侧电压U2=220V。试计算当触发角分别为30和60时，流过晶闸管和续流二极
6、管中电流的平均值和有效值；问在什么情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？解：1）当= 30时， 流过晶闸管的电流平均值为 流过晶闸管的电流有效值为 流过续流二极管的电流平均值为 流过续流二极管的电流有效值为 2）当= 60时， 流过晶闸管的电流平均值为 流过晶闸管的电流有效值为 流过续流二极管的电流平均值为 流过续流二极管的电流有效值为 3）要使IdDIdT，由公式知，只需满足，即0 例3.2 在单相桥式全控整流电路中，如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，该电路的工作情况将如何？如果这只晶闸管被烧成短路，该电路的工作情况又会如何？（思考，在三相桥式整流电路共阴极组短路一
7、只晶闸管，又会是什么情况？怎么样保护之？） 答：如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，则该单相桥式全控整流电路将作为单相半波可控整流电路工作；如果这只晶闸管被烧成短路，则会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重情况下甚至可能使整流变压器因过流而损坏。因此，在设计电路时，在变压器二次侧与晶闸管之间应串联快速熔断丝，起到过流保护的作用。 在三相桥式整电路中，发生上述现象，道理是一样的，保护措施也一样。 例3.3 单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是什么？在何种情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？ 答：单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是：为感性负载中电感储存的能量提
8、供一条专门的释放回路，以避免发生一只晶闸管持续导通而两只二极管轮流导通的“失控现象”。由公式知，流过续流二极管的电流平均值，流过晶闸管的电流平均值 要使IdDIdT，则只需满足，即例3.4 单相全控桥式整流电路，带阻感负载，R = 1，L值很大，即满足LR，U2 = 100V，当= 600时，求：1）作出输出电压ud、输出电流id、变压器二次侧电流i2的波形；2）求整流输出平均电压Ud、电流Id和二次侧电流有效值I2；3）考虑两倍的安全裕量，选择晶闸管的额定电压和额定电流值。解：1)波形略2）Ud = 0.9U2Cos= 0.9100Cos60= 45V Id = Ud / R = 45 /
9、1 = 45A I2 = Id = 45A3）晶闸管可能承受的最大电压为UTM=141V，考虑2倍安全裕量,其值为282V，选额定电压为300V的晶闸管流过晶闸管的电流有效值为IT =Id = 31.82A考虑2倍安全裕量时晶闸管的平均电流为ITAV = 2IT / 1.57 = 40.54A，选额定电流为50A的晶闸管 4、本章作业3.1单相桥式全控整流电路，带大电感负载，U2=220V，R=2，求晶闸管的额定电流和额定电压。解：晶闸管可能承受的最大电压为UTM=311V，选额定电压为350V的晶闸管。Ud = 0.9U2 = 0.9220= 198V Id = Ud / R = 198 /
10、 2 =99A流过晶闸管的电流有效值为IT =Id = 70.01A晶闸管的平均电流为ITAV = IT / 1.57 = 44.6A，选额定电流为50A的晶闸管。3.2单相半波可控整流电路中，如晶闸管：1）不加触发脉冲；2）内部短路；3）内部断路，试分析晶闸管两端与负载电压波形。解：1）3）同为关断状态，2）为导通状态，见课本P50。3.3某单相可控整流电路，分别给阻性负载和蓄电池反电动势负载供电，在流过负载电流平均值相同的条件下，哪一种负载下晶闸管的额定电流应选大一些？为什么？解：反电动势负载时晶闸管额定电流应选大一些。因为反电动势负载时，晶闸管的导通角比电阻性负载时小。反电动势负载的电流
11、波形系数Kf比电阻负载时大。3.4某单相桥式全控整流电路，带大电感负载，变压器二次侧电压U2=220V，R=2，触发角= 30时，求：1）画出输出电压ud、输出电流id和变压器二次侧电流i2波形；2）计算整流电路输出平均电压Ud、平均电流Id及变压器二次电流有效值I2；3）考虑2倍安全裕量，选择晶闸管的额定电压、额定电流值。解：1)波形略，见教材2）Ud = 0.9U2Cos= 0.9220Cos30= 171.5V Id = Ud / R = 171.5 / 2 = 85.75A I2 = Id = 85.75A3）晶闸管可能承受的最大电压为UTM=311V，考虑2倍安全裕量,其值为622V
12、，选额定电压为650V的晶闸管。流过晶闸管的电流有效值为IT =Id = 60.6A考虑2倍安全裕量时晶闸管的平均电流为ITAV = 2IT / 1.57 = 77.2A，选额定电流为80A的晶闸管。4.1无源逆变与有源逆变有什么不同？答：交流侧接电网，为有源逆变；交流侧接负载，为无源逆变。随负载要求的不同，无源逆变电路输出的频率与电压既可以是恒定的，也可以是可变的。4.2什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？从电路组成和工作波形上看，这二者各有什么特点？答： 电压型逆变电路因其直流侧电源为电压源，所以，直流电压无脉动，直流回路呈低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形
13、波，并且与负载阻抗角无关。交流侧输出电流波形则取决于负载的性质。为给感性（滞后）的负载电流提供流通路径，逆变桥的各桥臂必须并联无功反馈二极管。电流型逆变电路因其直流侧电源为电流源，所以，直流电流无脉动，直流回路呈高阻抗。交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。交流侧输出电压波形则取决于负载的性质。由于电流源电流的单向性，逆变桥的各桥臂不必并联无功反馈二极管。4.3电压型逆变电路中，与开关管反并联的二极管的作用是什么？答：为给感性（滞后）的负载电流提供流通路径，逆变桥的各桥臂必须并联无功反馈二极管。4.4 试分析教材单相桥式电压型逆变电路的工作原理及波形、单相桥式电流型电路的工作原理及
14、波形第三部分 综合练习题练习一一、填空题1晶闸管是四层三端器件，三个引出电极分别为：阳极、阴极和 极。2一只额定电流为100A的普通晶闸管，其允许通过的电流有效值为 A。3具有自关断能力的电力电子器件称为 器件。4三相全控桥式整流电路中，采用共阴极组接法的三只晶闸管，要求其触发脉冲以1200为间隔，依次在电源电压的 半周触发各晶闸管。5在考虑变压器漏抗影响时，整流电路输出电压的平均值将_ 。6三相全控桥式整流电路输出的电压波形在一个周期内脉动 次。7采用时间比控制方式改变斩波器负载两端的平均电压，对斩波器触发脉冲的调制方法有三种，分别是 ； ； 。8降压斩波器中，电源电压Ud=50V，导通比为
15、0.8，则负载电压平均值ULD为 。9电流型逆变电路直流侧为 ，输出电流波形为 。10根据调制脉冲的极性，PWM也有两种调制方式，分别是 和 调制。二、简答题1试说明晶闸管的开通和关断的条件。2试说明晶闸管整流装置实现有源逆变的条件。3试说明整流电路中整流变压器二次侧相电压U2选得过高或过低，将出现什么问题？4单相半控桥整流电路带感性负载时，若该电路不接续流二极管，请对其可能发生的“失控”现象进行分析。5三相桥式全控整流电路带大电感负载时，以连接于A相的共阴极组晶闸管T1为例说明，在一个周期内，其承受电压的情况。6某单相可控整流电路，分别给阻性负载和蓄电池反电动势负载供电，在流过负载电流平均值
16、相同的条件下，哪一种负载下晶闸管的额定电流应选大一些？为什么？三、计算题1单相桥式可控整流电路，带一大电感对蓄电池充电，R = 3，电感L足够大，U2 = 220V，反电动势E = 60V。1）要保持充电电流为10A，估算此时的控制角；2）该电路中晶闸管承受的最大电压是多少？2单相全控桥式整流电路，带阻感负载，R = 5，L值很大，即满足LR，U2 = 100V，当= 600时，求：1）作出输出电压ud、输出电流id、变压器二次侧电流i2的波形；2）求整流输出平均电压Ud、电流Id和二次侧电流有效值I2；3）考虑两倍的安全裕量，选择晶闸管的额定电压和额定电流值。3单相全控桥式有源逆变电路，回路
17、电阻R = 1，平波电抗器Ld足够大，变压器二次电压有效值U2 = 220V，负载电动势Ed=-200V，当= 300时，求：1）画出输出电压ud、流过晶闸管电流iT1的波形；2）计算变流电路输出平均电压Ud、负载平均电流Id。参考答案：一、填空题1门 2157 3全控型 4正 5减小 66 7脉冲宽度调制；脉冲频率调制；调频调宽混合控制 840V 9电流源；矩形波 10单极性；双极性二、简答题（本大题共6小题，每小题6分，共36分）1晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。 在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使
18、其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。21）变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电动势Ed，其极性应与晶闸管的导电电流方向一致；2）变流电路输出的平均电压Ud的极性必须为负，以保证与直流电源电动势Ed构成同极性相连，即控制角90，且满足UdEd。3整流电路中整流变压器二次侧相电压U2选得过高，则晶闸管运行时控制角过大，造成功率因数变坏，无功功率增大；选择过低，则有可能在最不利的运行情况下，即使晶闸管的控制角退到最小时，仍然不能达到负载要求的额定电压。4单相半控桥整流电路带感性负载时，不接续流二极管，将可能发生失控现象
19、。以晶闸管T1导通的情况为例，当交流电源电压在负半周时，负载电流通过T1和二极管D2续流，输出电压为零；当交流电源电压在正半周时，负载电流通过T1和二极管D4流通，输出电压为电源电压。即在一个周期内，晶闸管T1持续导通，二极管D1、D2轮流导通，输出电压波形为正弦半波。 5T1导通期间，承受正向管压降（0）为120；T1关断期间，分别承受线电压uab、uac各120。6反电动势负载时晶闸管额定电流应选大一些。因为反电动势负载时，晶闸管的导通角比电阻性负载时小。反电动势负载的电流波形系数Kf比电阻负载时大。三、计算题（，本大题共3小题，每小题12分，共36分）1解： 1）Ud = 0.9U2Co
20、s Id = ( UdE ) / R = ( 0.9U2CosE ) / RCos=( Id RE ) /(0.9U2 ) = (10360 ) /(0.9220 ) = 0.445= 632）U = 1.414220 = 311V2解： 1）波形略2）Ud = 0.9U2Cos= 0.9100Cos60= 45V Id = Ud / R = 45 / 5 = 9A I2 = Id = 9A3）晶闸管可能承受的最大电压为UTM=141V，考虑2倍安全裕量,其值为282V，选额定电压为300V的晶闸管流过晶闸管的电流有效值为IT =Id = 6.363A考虑2倍安全裕量时晶闸管的平均电流为ITA
21、V = 2IT / 1.57 = 8.1A，选额定电流为10A的晶闸管 3解： 1）波形略 2）Ud= -0.9U2cos= -0.9220cos30= -171.5V Id = 28.5A综合练习二一、空题（每小题1分，共15分）1. 处于阻断状态的晶闸管，只有在阳极 ，且在门极加正向触发电压时，才能使其开通。2. 造成在不加门极触发控制信号，即能使晶闸管从阻断状态转为导通状态的非正常转折有二种因素。一是阳极的电压上升率du/dt太快，二是 。3. 功率集成电路PIC分为二大类，一类是智能功率集成电路，另一类是 集成电路。4. 单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角a大于截止导电角时，晶闸管
22、的导通角= 180-。5.将直流电能转换为交流电能又馈送回交流电网的逆变电路称为 逆变器。6.确定最小逆变角min要考虑的三个因素是晶闸管关断时间taf所对应的电角度，安全裕量角0和 。7. 三相全控桥式有源逆变电路，每个晶闸管导通角1200，每隔 产生一次换相。8. RC电路可用作直流侧的 保护元件。9. 金属氧化物非线性压敏电阻可作为 保护元件。10. 晶闸管变流器主电路要求角发电路的触发脉冲应具有一定的宽度，且前沿尽可能 。11. 电流型逆变器中间直流环节以 贮能。12. 电流源型逆变器的输出电流波形为 。13. 在PWM斩波器中，电压比较器两个输入端信号分别是三角波信号和 14. 在升
23、压斩波电路中，已知电源电压Ud=16V,导通比,则负载电压U0= V。15. 功率晶体管的驱动电路，一般有恒流驱动电路和 驱动电种型。二、单项选择题（每小题1分，共25分。从每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的号码写在题干后面的括号内）。16.已经导通了的晶闸管可被关断的条件是流过晶闸管的电流（ ）减小至维持电流IH以下 减小至擎住电流IL以下减小至门极触发电流IG以下 减小至5A以下17.功率晶体管的安全工作区由以下四条曲线限定:集电极-发射级允许最高击穿电压线,集电极最大允许直流功率线,集电极最大允许电流线和( )基极最大允许直流功率线 基极最大允许电压线临界饱和线 二
24、次击穿触发功率线18.对于同一晶闸管,维持电流IH与擎住电流IL的关系是( ) IH(24)IL IL(24) IH IH=IL IHIL 19.可关断晶闸管，（GTO）的电流关断增益aff的定义式为（ ） 20. 单相半波可控整流电路中，晶闸管可能承受的反向峰值电压为（ ）U2 21. 单相半控桥式整流电阻性负载电路中，在负载两端并联一个续流二极管的目的是（ ）90 120 150 18022. 单相半控桥电感性负载电路中，在负载两端并联一个续流二极管的目的是（ ）增加晶闸管的导电能力 抑制温漂增加输出电压稳定性 防止失控现象的产生23. 电阻性负载二相半波可控整流电路，控制角a的范围是（
25、）30150 0120 15125 015024. 三相全控桥式变流电路工作于有源逆变状态，处于关断状态的晶闸管承受的的反向电压的期间角为（ ）120 120 180 25. 在三相全控式变流电路直流电动机托动系统中，当a 时，网侧功率因数为 （ ） 正负不定26. 三相全控桥式变流电路工作于有源逆变状态，输出电压平均值Ud的表达式是（ ）Ud=- 2.34U2cos Ud=1.17U2cosUd= 2.34U2cos Ud=-0.9U2cos27.可在第二象限工作交流电路是（ ）单相全控桥 单相半控桥单相反并联(双重)全控桥 三相半波可控变流电路28. 在高压直流输电系统中,变流器1和变流器
26、2中间的直流环节起着功率传输作用,控制率流向的方法是( )调节变流1侧变压器 调节变流器2侧变压器 同时调节两侧变压器 调节变流器1和变流器2的Ud1、Ud2的极性和大小29. 若减小SPWM逆变器输出电压基波幅值，可采用的控制方法是（ ）减小三角波频率 减小三角波幅度减小输入正弦控制电压幅值 减小输入正弦控制电压频率30. SPWM逆变器有两种调制方式：双极性和（ ）单极性 多极性三极性 四极性31. 以下各种过流保护方法，动作速度排在第二位的是（ ）快速熔断器过流保护 过流继电器保护快速开关过流保护 反馈控制过流保护32. 三相桥式全控变流电路的同步相控触发电路，分为垂直控制和（ ）时间比
27、控制 横向控制 定频调宽 瞬时值控制33. 对于移相控制电路，为了限制最小移相控制角和设置移相范围，可在输入控制信号的输入控制信号的输入端再叠加一个（ ）交流电压 偏移电压 同步信号 触发信号34. KC04型集成触发电路的引脚1和15输出的触发脉冲是两个相位互差180（ ）负脉冲 正脉冲 双脉冲 尖峰脉冲35. 电流源型逆变器，在每一个周期 的0600期间，晶闸管T6，T1导通，输出电流为ia=+Id , ib=-I-d, ic=0,则在24003000期间（ ）ia=-Id , ib=Id, ic=0, ia=Id , ib=0, ic=- Id,ia=-Id , ib=0, ic=+Id
28、, ia= 0 ib=-Ld , ic=+Id, 36.定宽调频控制方式中，导通比Kt的改变会导致改变斩波器的（ ） 输出电压频率 输出电压最大值 电源电压 输出电流幅值37. 降压斩波电路中，已知电源电压Ud=16V,负载电压U0=12V,斩波周期T=4ms，则开通时间Tab=（ ）1ms 2ms 3ms 4ms38. 恒流驱动电路中，加速电容C的作用是（ ）加快功率晶体管开通 延缓功率晶体管关断加深功率晶体管的饱和深度 保护器件39. 恒流驱动电路中截上反偏驱动电路的主要作用是（ ）加速功率管关断 加速功率晶体管开通过电流保护 减小延迟时间40. 为限制功率晶体管的饱和深度，减小存储时间，
29、恒流驱动电路经常采用（ ） 抑制电路 抗饱和电路 抑制电路 吸收电路三、简答题（每小题5分，共20分）41. 在单项半波可控整流大电感负载有续流二极管的电路中，晶闸管的控制角a的最大移相范围是多少？晶闸管的导通角、续流二极管的导通与a关系如何？42. 在三相全控桥式有源逆变电路中，以连接于A相的共阴极组晶闸管V11为例 ，说明其在一个周期中，导通及关断期两端承受电压波形的规律。43. IGBT电压型单相桥式逆变电路及栅极驱动信号波形如图所示，试对应驱动信号画出输出电压U0及负载电流i0的波形。44. 什么是时间比控制方式和瞬时值控制方式？时间比控制方式又有哪三种控制模式？四、析计算题（每小题1
30、0分，共40分）45. 单相全控桥式整流电路接大电感负载如图所示。已知R=10，a=45，U2=100V，试回答：（1）计算输出整流电压Ud，输出电流平均值Id；（2）计算晶闸管电流的有效值IV1;（3）按裕量系数2确定晶闸管的额定电流。46. 有一个三相半波可控整流电路如图所示。已知带大电感负载，a=45，R=2变压器二次相电压U2=380V。试计算负载的平均整流电压Ud和负载电流Id，计算晶闸管电流的有效值IV1。按裕量系数2确定晶闸管的额定电压。47. 有一个三相全控桥整流电路如图所示。已知电感负载L=0.4H, a=300, R=2,变压器二次相电压U2=220V。试画出Ud的波形，计算负载的平均整流电压Ud
