電力電子課l練習(xí)題答案

1、1.電力電子器件一般工作在_開(kāi)關(guān)_狀態(tài)。2.在通常情況下，電力電子器件功率損耗主要為_(kāi)通態(tài)損耗_，而當(dāng)器件開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)，功率損耗主要為_(kāi)開(kāi)關(guān)損耗_。3.電力電子器件組成的系統(tǒng)，一般由_控制電路_、_驅(qū)動(dòng)電路_、 _主電路_三部分組成，由于電路中存在電壓和電流的過(guò)沖，往往需添加_保護(hù)電路_。4.按內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況，電力電子器件可分為_(kāi)單極型器件_ 、 _雙極型器件_ 、_復(fù)合型器件_三類(lèi)。5.電力二極管的工作特性可概括為_(kāi)承受正向電壓導(dǎo)通，承受反相電壓截止_。6.電力二極管的主要類(lèi)型有_普通二極管_、_快恢復(fù)二極管_、 _肖特基二極管_。7.肖特基二極管的開(kāi)關(guān)損耗_小于_

2、快恢復(fù)二極管的開(kāi)關(guān)損耗。8.晶閘管的基本工作特性可概括為 _正向電壓門(mén)極有觸發(fā)則導(dǎo)通、反向電壓則截止_ 。9.對(duì)同一晶閘管，維持電流IH與擎住電流IL在數(shù)值大小上有IL_大于_IH 。10.晶閘管斷態(tài)不重復(fù)電壓UDSM與轉(zhuǎn)折電壓Ubo數(shù)值大小上應(yīng)為，UDSM_大于_Ubo。11.逆導(dǎo)晶閘管是將_二極管_與晶閘管_反并聯(lián)_（如何連接）在同一管芯上的功率集成器件。12.GTO的_多元集成_結(jié)構(gòu)是為了便于實(shí)現(xiàn)門(mén)極控制關(guān)斷而設(shè)計(jì)的。13.MOSFET的漏極伏安特性中的三個(gè)區(qū)域與GTR共發(fā)射極接法時(shí)的輸出特性中的三個(gè)區(qū)域有對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中前者的截止區(qū)對(duì)應(yīng)后者的_截止區(qū)_、前者的飽和區(qū)對(duì)應(yīng)后者的_放大區(qū)_、

3、前者的非飽和區(qū)對(duì)應(yīng)后者的_飽和區(qū)_。14.電力MOSFET的通態(tài)電阻具有_正_溫度系數(shù)。15.IGBT 的開(kāi)啟電壓UGE（th）隨溫度升高而_略有下降_，開(kāi)關(guān)速度_小于_電力MOSFET 。16.按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的性質(zhì)，可將電力電子器件分為_(kāi)電壓驅(qū)動(dòng)型_和_電流驅(qū)動(dòng)型_兩類(lèi)。17.IGBT的通態(tài)壓降在1/2或1/3額定電流以下區(qū)段具有_負(fù)_溫度系數(shù)， 在1/2或1/3額定電流以上區(qū)段具有_正_溫度系數(shù)。18.在如下器件：電力二極管（Power Diode）、晶閘管（SCR）、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、電力場(chǎng)效應(yīng)管（電力MOSFET）、絕緣柵

4、雙極型晶體管（IGBT）中，屬于不可控器件的是_電力二極管_，屬于半控型器件的是_晶閘管_，屬于全控型器件的是_ GTO 、GTR 、電力MOSFET 、IGBT _；屬于單極型電力電子器件的有_電力MOSFET _，屬于雙極型器件的有_電力二極管、晶閘管、GTO 、GTR _，屬于復(fù)合型電力電子器件得有 _ IGBT _；在可控的器件中，容量最大的是_晶閘管_，工作頻率最高的是_電力MOSFET，屬于電壓驅(qū)動(dòng)的是電力MOSFET 、IGBT _，屬于電流驅(qū)動(dòng)的是_晶閘管、GTO 、GTR _。試列舉你所知道的電力電子器件，并從不同的角度對(duì)這些電力電子器件進(jìn)行分類(lèi)。目前常用的控型電力電子器件有

5、哪些? 答：1. 按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類(lèi)： （1）半控型器件：晶閘管及其派生器件 （2）全控型器件：IGBT,MOSFET，GTO,GTR （3）不可控器件:電力二極管 2. 按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形（電力二極管除外） （1）脈沖觸發(fā)型：晶閘管及其派生器件 （2）電平控制型： （全控型器件）IGBT,MOSFET，GTO,GTR 3. 按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類(lèi)： （1） 單極型器件：電力 MOSFET，功率 SIT,肖特基二極管 （2） 雙極型器件：GTR,GTO,晶閘管，電力二極管等 （3） 復(fù)合型器件：IGBT,MCT,IGCT 等 4.按照驅(qū)動(dòng)電路

6、信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類(lèi)： （1）電流驅(qū)動(dòng)型：晶閘管，GTO，GTR 等 （2）電壓驅(qū)動(dòng)型：電力 MOSFET,IGBT 等常用的控型電力電子器件：門(mén)極可關(guān)斷晶閘管, 電力晶閘管，電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管，絕緣柵雙極晶體管。2-15 對(duì)晶閘管觸發(fā)電路有哪些基本要求？晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：） 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管的可靠導(dǎo)通；） 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對(duì)戶外寒冷場(chǎng)合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達(dá)到1-2A/US。） 所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過(guò)晶閘管門(mén)極的電壓、電流和功率定額，且在門(mén)極伏安特性的可靠出發(fā)區(qū)域之內(nèi)。） 應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)

7、定性及與主電路的電氣隔離。2-18 、和電力的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)？IGBT驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專(zhuān)用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。GTR驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定的過(guò)沖，這樣可加速開(kāi)通過(guò)程，減小開(kāi)通損耗；關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。GTO驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門(mén)極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路

8、和門(mén)極反偏電路三部分。電力MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。2、 晶閘管對(duì)觸發(fā)脈沖的要求是   要有足夠的驅(qū)動(dòng)功率  、    觸發(fā)脈沖前沿要陡幅值要高    和  觸發(fā)脈沖要與晶閘管陽(yáng)極電壓同步。1.晶閘管兩端并聯(lián)R、C吸收回路的主要作用有哪些？其中電阻R的作用是什么？答：R、C回路的作用是：吸收晶閘管瞬間過(guò)電壓，限制電流上升率，動(dòng)態(tài)均壓作用。R的作用為：使L、C形成阻尼振蕩，不會(huì)產(chǎn)生振蕩過(guò)電壓，減小晶閘管

9、的開(kāi)通電流上升率，降低開(kāi)通損耗。、8、指出下圖中各保護(hù)元件及VD、Ld的名稱(chēng)和作用。答：星形接法的硒堆過(guò)電壓保護(hù)；三角形接法的阻容過(guò)電壓保護(hù)；橋臂上的快速熔斷器過(guò)電流保護(hù)；晶閘管的并聯(lián)阻容過(guò)電壓保護(hù)；橋臂上的晶閘管串電感抑制電流上升率保護(hù)；直流側(cè)的壓敏電阻過(guò)電壓保護(hù)；直流回路上過(guò)電流快速開(kāi)關(guān)保護(hù)；VD是電感性負(fù)載的續(xù)流二極管；Ld是電動(dòng)機(jī)回路的平波電抗器；9、為使晶閘管變流裝置正常工作，觸發(fā)電路必須滿足什么要求？答：A、觸發(fā)電路必須有足夠的輸出功率；B、觸發(fā)脈沖必須與主回路電源電壓保持同步；C、觸發(fā)脈沖要有一定的寬度，且脈沖前沿要陡；D、觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)能滿足主電路的要求；10、下圖為一單

10、相交流調(diào)壓電路，試分析當(dāng)開(kāi)關(guān)Q置于位置1、2、3時(shí)，電路的工作情況并畫(huà)出開(kāi)關(guān)置于不同位置時(shí)，負(fù)載上得到的電壓波形。答：Q置于位置1：雙向晶閘管得不到觸 發(fā)信號(hào)，不能導(dǎo)通，負(fù)載上無(wú)電壓。Q置于位置2：正半周，雙向晶閘管+觸發(fā)方式導(dǎo)通。負(fù)半周，由于二極管VD反偏，雙向晶閘管得不到觸發(fā)信號(hào)，不能導(dǎo)通，負(fù)載上得到半波整流電壓。Q置于位置3：正半周，雙向晶閘管+觸發(fā)方式導(dǎo)通。負(fù)半周，雙向晶閘管-觸發(fā)方式導(dǎo)通，負(fù)載上得到近似單相交流電壓。11、在下面兩圖中，一個(gè)工作在整流電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，另一個(gè)工作在逆變發(fā)電機(jī)狀態(tài)。 （1）、標(biāo)出Ud、ED及id的方向。 （2）、說(shuō)明E與Ud的大小關(guān)系。 （3）、當(dāng)與的最小值均

11、為30度時(shí)，控制角的移向范圍為多少？ 整流電動(dòng)機(jī)狀態(tài)：電流方向從上到下，電壓方向上正下負(fù)，反電勢(shì)E方向上正下負(fù)，Ud大于E，控制角的移相范圍0°90°。逆變發(fā)電機(jī)狀態(tài)：電流方向從上到下，電壓Ud方向上負(fù)下正，發(fā)電機(jī)電勢(shì)E方向上負(fù)下正，Ud小于E，控制角的移相范圍90°150°。1、  圖為采用雙向晶閘管的單相電源漏電檢測(cè)原理圖，試分析其工作原理。答：三相插座漏電，雙向晶閘管以I+或III-的方式觸發(fā)導(dǎo)通，繼電器線圈得電，J1,4常開(kāi)觸頭閉合，常閉觸頭斷開(kāi)，切斷插座電源；同時(shí)J1,2常開(kāi)觸頭閉合，常閉觸頭斷開(kāi)，晶閘管門(mén)極接通電源；雙向晶閘管導(dǎo)通使

12、指示燈亮，提示插座漏電。正常工作時(shí)，雙向晶閘管門(mén)極無(wú)觸發(fā)信號(hào)，不導(dǎo)通，繼電器線圈不得電，三相插座帶電，指示燈不亮，提示正常工作。3、由下面單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路圖畫(huà)出各點(diǎn)波形。答：1、實(shí)現(xiàn)有源逆變必須滿足哪兩個(gè)必不可少的條件？答：（1）直流側(cè)必需外接與直流電流Id同方向的直流電源E，其數(shù)值要稍大于逆變器輸出平均電壓Ud，才能提供逆變能量。（2）逆變器必需工作在<90º（>90º）區(qū)域，使Ud< 0,才能把直流功率逆變?yōu)榻涣鞴β史邓碗娋W(wǎng)。2、晶閘管觸發(fā)的觸發(fā)脈沖要滿足哪幾項(xiàng)基本要求？答：（1）觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率。（2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖前沿盡可能

13、陡，使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽(yáng)極電流能迅速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。（3）觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。2、PWM逆變電路的控制方法主要有哪幾種？簡(jiǎn)述異步調(diào)制與同步調(diào)制各有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：（1）PWM逆變電路的常用控制方法有兩種，一是計(jì)算法；二是調(diào)制法。其中調(diào)制法又可分為兩種，一是異步調(diào)制法；二是同步調(diào)制法。（2）通常異步調(diào)制法是保持載波頻率不變，信號(hào)頻率根據(jù)需要而改變時(shí)，載波比是變化的。優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)頻率較低時(shí)載波比較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，輸出較接近正弦波。（3）同步調(diào)制時(shí)，保持載波比為常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步變化。優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)波一周內(nèi)輸出的脈沖

14、數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的，對(duì)稱(chēng)性好。3、什么是逆變失敗？逆變失敗后有什么后果？形成的原因是什么答：（1）逆變失敗指的是：逆變過(guò)程中因某種原因使換流失敗，該關(guān)斷的器件末關(guān)斷，該導(dǎo)通的器件末導(dǎo)通。從而使逆變橋進(jìn)入整流狀態(tài)，造成兩電源順向聯(lián)接，形成短路。（2）逆變失敗后果是嚴(yán)重的，會(huì)在逆變橋與逆變電源之間產(chǎn)生強(qiáng)大的環(huán)流，損壞開(kāi)關(guān)器件。（3）產(chǎn)生逆變失敗的原因：一是逆變角太小；二是出現(xiàn)觸發(fā)脈沖丟失；三是主電路器件損壞；四是電源缺相等。2、根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行控制的方法不同，直流斬波電路可有哪三種控制方式？并簡(jiǎn)述其控制原理。答：（1）第一種調(diào)制方式為：保持開(kāi)關(guān)周期不變，改變開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton稱(chēng)

15、為脈寬調(diào)制。簡(jiǎn)稱(chēng)“PWM”調(diào)制。（2）第二種調(diào)制方式為：保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變開(kāi)關(guān)周期，稱(chēng)為頻率調(diào)制。簡(jiǎn)稱(chēng)為“PFM”調(diào)制。（3）第三種調(diào)制方式為：同時(shí)改變周期T與導(dǎo)通時(shí)間ton。使占空比改變，稱(chēng)為混合調(diào)制。3、電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？ 答：電壓型逆變器當(dāng)交流側(cè)為阻感性負(fù)載時(shí)，需要向電源反饋無(wú)功功率。直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂開(kāi)關(guān)器件都反并聯(lián)了反饋二極管。1、 對(duì)晶閘管的觸發(fā)電路有哪些要求？答：為了讓晶閘管變流器準(zhǔn)確無(wú)誤地工作要求觸發(fā)電路送出的觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠大的電壓和功率；門(mén)極正向偏壓愈小愈好；觸發(fā)脈沖的前

16、沿要陡、寬度應(yīng)滿足要求；要能滿足主電路移相范圍的要求；觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓取得同步。2、 正確使用晶閘管應(yīng)該注意哪些事項(xiàng)？ 答：由于晶閘管的過(guò)電流、過(guò)電壓承受能力比一般電機(jī)電器產(chǎn)品要小的多，使用中除了要采取必要的過(guò)電流、過(guò)電壓等保護(hù)措施外，在選擇晶閘管額定電壓、電流時(shí)還應(yīng)留有足夠的安全余量。另外，使用中的晶閘管時(shí)還應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)定要求。此外，還要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，如清除灰塵、擰緊接觸螺釘?shù)?。?yán)禁用兆歐表檢查晶閘管的絕緣情況。3、 晶閘管整流電路中的脈沖變壓器有什么作用？ 答：在晶閘管的觸發(fā)電路采用脈沖變壓器輸出，可降低脈沖電壓，增大輸出的觸發(fā)電流，還可以使觸發(fā)電路與主電路在電氣上隔離

17、，既安全又可防止干擾，而且還可以通過(guò)脈沖變壓器多個(gè)二次繞組進(jìn)行脈沖分配，達(dá)到同時(shí)觸發(fā)多個(gè)晶閘管的目地。6、 晶閘管的過(guò)電流保護(hù)常用哪幾種保護(hù)方式？其中哪一種保護(hù)通常是用來(lái)作為“最后一道保護(hù)”用？ 答：晶閘管的過(guò)電流保護(hù)常用快速熔斷器保護(hù)；過(guò)電流繼電器保護(hù)；限流與脈沖移相保護(hù)和直流快速開(kāi)關(guān)過(guò)電流保護(hù)等措施進(jìn)行。其中快速熔斷器過(guò)電流保護(hù)通常是用來(lái)作為“最后一道保護(hù)”用的。 3. 單相橋式全控整流電路，負(fù)載中，L值極大，當(dāng)時(shí)，要求：（1）作出、和的波形；（2）求整流輸出平均電壓、平均電流，變壓器二次電流有效值；解：（1）作圖。（2）當(dāng)時(shí)， 4. 在圖1所示的降壓斬波電路中，已知，L值極大，

18、。（1）分析斬波電路的工作原理；（2）采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)，時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值、輸出電流平均值。解：（1）參考書(shū)上簡(jiǎn)要說(shuō)明。（2）根據(jù)公式得 計(jì)算題 （每小題10分，共計(jì)20分）1、 單相半波可控整流電路，電阻性負(fù)載。要求輸出的直流平均電壓為5092V之間連續(xù)可調(diào)，最大輸出直流電流為30A，由交流220V供電，求晶閘管控制角應(yīng)有的調(diào)整范圍為多少？選擇晶閘管的型號(hào)規(guī)格（安全余量取2倍，=1.66）。解： 單向半波可控整流電路的 UL=0.45U2當(dāng)UL=50V時(shí)COS=1=10則=90°當(dāng)UL=92V時(shí)COS=1=1=0.87則=30°控制角的調(diào)整范圍應(yīng)為090

19、76;由=1.66知I=1.66Id=1.66×30=50A 為最大值 IT(AV)=2×=2×=64A 取100A又 Uyn=2UTM=2××220=624V 取700V晶閘管的型號(hào)為：KP100-7。2、 一臺(tái)由220V供電的自動(dòng)恒溫功率為1kW的電爐，采用單相半控橋整流電路。通過(guò)計(jì)算選擇晶閘管和續(xù)流二極管的型號(hào)。解：電爐電阻絲的電阻Rd=48當(dāng)=0°時(shí)晶閘管與整流管的電流有效值才最大為ITm=IDm=3.2A選擇晶閘管和整流管的型號(hào)IT(AV)=(1.52)=(1.52)=34A取5A(電流系列值)UTn=(23)UTM=(23)×220=625936V所以，晶閘管