電力電子技術(shù)49887.doc

電力電子技術(shù)復(fù)習(xí)題填空題1.標(biāo)出下面元件的簡(jiǎn)稱(chēng)： 電力晶體管GTR；可關(guān)斷晶閘管GTO；功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET；絕緣柵雙極型晶體管IGBT ；IGBT是MOSFET 和GTR的復(fù)合管。 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。 3.多個(gè)晶閘管相并聯(lián)時(shí)必須考慮均流的問(wèn)題，解決的方法是串專(zhuān)用均流電抗器。4.在電流型逆變器中，輸出電壓波形為正弦波，輸出電流波形為方波? 。 5.型號(hào)為KS100-8的元件表示雙向晶閘管 晶閘管、它的額定電壓為 800V伏、額定有效電流為100A。 6.180導(dǎo)電型三相橋式逆變電路，晶閘管換相是在 同一橋臂 上的上、下二個(gè)元件之間進(jìn)行；而120o導(dǎo)電型三相橋式逆變電路，晶閘管換相是在不同橋臂上的元件之間進(jìn)行的。 7.當(dāng)溫度降低時(shí)，晶閘管的觸發(fā)電流會(huì)增加、正反向漏電流會(huì)下降；當(dāng)溫度升高時(shí)，晶閘管的觸發(fā)電流會(huì)下降、正反向漏電流會(huì)增加。 8.常用的過(guò)電流保護(hù)措施有快速熔斷器 ?、 串進(jìn)線(xiàn)電抗器、 接入直流快速開(kāi)關(guān) 、 控制快速移相使輸出電壓下降。（寫(xiě)出四種即可） 9.普通晶閘管內(nèi)部有 兩個(gè) PN結(jié)，外部有三個(gè)電極，分別是 陽(yáng)極A 、 陰極K 和 門(mén)極G 。10.晶閘管在其陽(yáng)極與陰極之間加上 正向 電壓的同時(shí)，門(mén)極上加上 觸發(fā) 電壓，晶閘管就導(dǎo)通。11.晶閘管的工作狀態(tài)有正向 阻斷 狀態(tài)，正向 導(dǎo)通 狀態(tài)和反向 阻斷 狀態(tài)。12.當(dāng)增大晶閘管可控整流的控制角，負(fù)載上得到的直流電壓平均值會(huì)減小。13.晶體管觸發(fā)電路的同步電壓一般有 正弦波 同步電壓和 鋸齒波 電壓。14.按負(fù)載的性質(zhì)不同，晶閘管可控整流電路的負(fù)載分為 電阻 性負(fù)載，電感 性負(fù)載和 反電動(dòng)勢(shì) 負(fù)載三大類(lèi)。15.雙向晶閘管的觸發(fā)方式有+、-、 、 -四種 16.在有環(huán)流逆變系統(tǒng)中，環(huán)流指的是只流經(jīng) 逆變電源、逆變橋而不流經(jīng)負(fù)載的電流。環(huán)流可在電路中加電抗器來(lái)限制。為了減小環(huán)流一般采控用控制角大于 的工作方式。 17.三相半波可控整流電路中的三個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖相位按相序依次互差 120 。18.對(duì)于三相半波可控整流電路，換相重疊角的影響，將使用輸出電壓平均值 下降 。19.180導(dǎo)電型電壓源式三相橋式逆變電路，其換相是在 同一相 的上、下二個(gè)開(kāi)關(guān)元件之間進(jìn)行。20.有源逆變器是將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能饋送回 電網(wǎng) 的逆變電路。21. KP100-10型晶閘管,能承受最大交流電壓有效值是 707V 。22.三相 半控橋式 整流電路,不能工作在逆變狀態(tài)。23.在無(wú)源逆變器中，為使晶閘管可靠關(guān)斷，常采用 自然換流 和 強(qiáng)迫換流兩種。24.單相半控橋式整流電路中，若出現(xiàn)一個(gè)晶閘管直通，另兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)電180的情況時(shí)，則表示該電路發(fā)生 失控現(xiàn)象 。25.在實(shí)際應(yīng)用中，雙向晶閘管常采用 + 和 - 和 兩種觸發(fā)方式。26.控制角與逆變角之間的關(guān)系為 =- 。簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述晶閘管整流電路對(duì)觸發(fā)脈沖的要求。答：（1）觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。（2）觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。（3）觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽(yáng)極電流迅速上升到掣住電流而維持導(dǎo)通。（4）觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步。2.簡(jiǎn)述GTR基極驅(qū)動(dòng)電路的功能：答：（1）提供合適的正反向基流以保證GTR可靠導(dǎo)通與關(guān)斷。（2）實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路的隔離。（3）自動(dòng)保護(hù)功能，以便在故障發(fā)生時(shí)快速自動(dòng)切斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，避免損壞GTR。電路盡可能簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)。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，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。4.簡(jiǎn)述晶閘管有源逆變的條件：答：（1）有直流電動(dòng)勢(shì)源，極性與晶閘管的導(dǎo)通方向一致，且數(shù)值稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓。（2）變流器工作在900范圍。（3）直流側(cè)串接大電感。5.試以三相全控橋式反并聯(lián)電路為例，分析工作制的主電路的工作原理。答：（1）正轉(zhuǎn)。給I組和II組晶閘管觸發(fā)信號(hào)，I900，即II900且保證III，此時(shí)第一組工作在整流狀態(tài)，輸出電壓為UdI=2.34U2cosI，電動(dòng)機(jī)電樞得到右正左負(fù)的電壓后運(yùn)行，且產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)E。第二組晶閘管由于觸發(fā)脈沖IIE，不滿(mǎn)足逆變條件，二組晶閘管工作在待逆變狀態(tài)。（2）調(diào)速。當(dāng)需要速度升高時(shí)，使I減小，II減小，輸出電壓增大，電流增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，減速時(shí)相反。（3）停機(jī)。第一組晶閘管的觸發(fā)脈沖移動(dòng)到大于900，在移相過(guò)程中，電樞電流迅速下降，電感將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使一組晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，工作在有源逆變狀態(tài)，將電感中儲(chǔ)存的能量逆變?yōu)榻涣麟娔芑仞侂娋W(wǎng)，稱(chēng)本橋逆變，由于電流下降很快，轉(zhuǎn)速還來(lái)不及變化。當(dāng)電流下降到零時(shí)，將第二組晶閘管的觸發(fā)脈沖移相到II900，使的IUdIIIE，二組進(jìn)入它橋逆變，電樞電流反向，電動(dòng)機(jī)發(fā)電制動(dòng)，機(jī)械慣性能量回饋電網(wǎng)。（4）反轉(zhuǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)停機(jī)完成后，再繼續(xù)將二組晶閘管的脈沖由大于900移到小于900區(qū)域，一組進(jìn)入待逆變狀態(tài)，二組進(jìn)入整流狀態(tài)，直流電壓極性改變，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。6.有源逆變實(shí)現(xiàn)的條件是什么？答：（1）晶閘管的控制角大于90度，使整流器輸出電壓UD為負(fù)（2）整流器直流側(cè)有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其幅值應(yīng)大于變流器直流側(cè)的平均電壓 7.單結(jié)晶體管的特性曲線(xiàn)可以分為哪幾段？如果用一個(gè)二極管和兩個(gè)電阻接成如下方式，請(qǐng)按對(duì)單結(jié)晶體管特性曲線(xiàn)進(jìn)行研究的相同做法，設(shè)計(jì)試驗(yàn)電路，并作出它的Ie-Ue特性曲線(xiàn)。 單結(jié)晶體管特性曲線(xiàn)可分為：截止區(qū)、負(fù)阻區(qū)、飽和導(dǎo)通區(qū)。 8.單項(xiàng)橋式逆變器的“非對(duì)稱(chēng)控制”的過(guò)程，其目的在于什么？ 答：使V1、V2柵極信號(hào)互補(bǔ)，V3、V4柵極信號(hào)互補(bǔ)；V3與V2不同相位，V4柵極信號(hào)與V1不同相位，而是分別前移了180o-，即V3、V4分別比V1、V2落后?！胺菍?duì)稱(chēng)控制”使得輸出電壓不再是正負(fù)各為180o的脈沖，而是正負(fù)各為的脈沖?！胺菍?duì)稱(chēng)控制”稱(chēng)為移相調(diào)壓，用于調(diào)節(jié)帶有阻感負(fù)載的逆變電路輸出電壓，改變，可改變輸出電壓。9.有源逆變產(chǎn)生的條件答：（1） |Ud|Ed|（2）9010.并聯(lián)諧振型逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換流，晶閘管交替頻率與負(fù)載回路的諧振頻率應(yīng)滿(mǎn)足什么條件？負(fù)載電壓ua什么樣的波形?答：(1)晶閘管交替頻率稍大于負(fù)載回路的諧振頻率(2)負(fù)載電壓ua是正弦波11.三相橋式全控整流電路中，對(duì)觸發(fā)脈沖有何要求，為什么？答：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60，共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120，同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。原因：保證2個(gè)晶閘管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1，且不能為同1相器件。12.什么是單相橋式半控整流電路的失控現(xiàn)象？純電阻型負(fù)載會(huì)發(fā)生失控嗎？為什么？答：當(dāng)角突然增加到180o或觸發(fā)脈沖消失，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管連續(xù)導(dǎo)通，而二個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，稱(chēng)之為失控。純電阻負(fù)載不會(huì)發(fā)生失控現(xiàn)象，因?yàn)闆](méi)有續(xù)流過(guò)程。13.晶閘管的導(dǎo)通條件和關(guān)斷條件。答：(1)陽(yáng)極和門(mén)極承受正向電壓(2)陽(yáng)極承受反向電壓或陽(yáng)極電流小于維持電流14.逆變失敗的原因是什么?答：(1)某晶閘管在逆變時(shí)由于某種原因無(wú)法觸發(fā)導(dǎo)通(2)逆變角太小15.寫(xiě)出下列電力電子器件的電氣符號(hào)，英文簡(jiǎn)稱(chēng)，并說(shuō)明它們屬于電流控制還是電壓控制。1）門(mén)級(jí)可關(guān)斷晶閘管；2）電力晶體管；3）晶閘管；4）電力場(chǎng)效應(yīng)管；5）絕緣柵雙級(jí)晶體管。答：1）門(mén)級(jí)可關(guān)斷晶閘管； GTO 流控2）電力晶體管； GTR 流控 3）晶閘管 SCR； 流控 4）電力場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFET 壓控5）絕緣柵雙級(jí)晶體管 IGBT 壓控 16.流過(guò)晶閘管的電流波形如圖所示，不考慮安全裕量，試求額定電流為100A的元件所允許的平均電流Id及最大電流值Im. Id=314/1.41=111.3(A) Im=2 Id=222.6 (A)17.單相橋式全控整流電路，U2 =100V，負(fù)載電阻R=2，L值極大，當(dāng)=30o時(shí)，求整流輸出平均電壓Ud，電流Id的值。Ud=0.9U2=0.9100=83.97 (V)Id =42 (A)計(jì)算題1.一臺(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，晶閘管的型號(hào)為KP5-8同理，整流管的型號(hào)為ZP5-82. 一個(gè)額定電流為100A的晶閘管，在流過(guò)如圖所示波形的電流不時(shí)，不考慮安全裕量，允許所流過(guò)的電流平均值為多少？有效值：有效值：平均值：86（A）3.某感性負(fù)載采用帶續(xù)流二極管的單相半控橋整流電路，已知電感線(xiàn)圈的內(nèi)電阻Rd=5，輸入交流電壓U2=220V，控制角=60。試求晶閘管與續(xù)流二極管的電流平均值和有效值。解：首先求整流使出電壓的平均值Ud=0.9=0.9220=149 V再求負(fù)載電流Id = Ud / Rd = (149 / 5) 30 A晶閘管與續(xù)流二極管的電流平均值和有效值分別為IdT = Id = = 10 AIT = Id = 30 = 17.3AIdD = Id = 30 = 10 AID = Id = 30 = 17.3 A4.三相半波可控整流電路，大電感負(fù)載，600，已知電感內(nèi)阻R=4，電源電壓U2=220V，試計(jì)算不接續(xù)流二極管與接續(xù)流二極管兩種情況下的平均電壓，平均電流，并選擇晶閘管的型號(hào)。并畫(huà)出電壓電流波形。解：（1）不接續(xù)流二極管時(shí)，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，晶閘管為KP30-12。（2）接續(xù)流二極管時(shí)，Ud=0.675U21+cos(300+)=148.5VId=Ud/R=148.5/4=37.15A，IT=Id【(1500-600)/3600】1/2=18.A ITn=(1.5-2)IT/1.57=17.5-23.65A，取30A UTn=(2-3)61/2U2=1078-1616V，取1200V晶閘管為KP30-12。5.一臺(tái)工業(yè)爐原由額定電壓為單相交流220供電，額定功率為10千瓦?，F(xiàn)改用雙向晶閘管組成的單相交流調(diào)壓電源供電，如果正常工作時(shí)負(fù)載只需要5千瓦。試問(wèn)雙向晶閘管的觸發(fā)角應(yīng)為多少度？試求此時(shí)的電流有效值，以及電源側(cè)的功率因數(shù)值。/2； 32.1A； 0.7076. 有一單相交流調(diào)壓電路，電路參數(shù)如下：Ui =100V，R=3，L=100mH。求：1）本電路所用的電力電子器件名稱(chēng)是什么？它的額定電流是如何定義的？2）試分別畫(huà)出=30及=75時(shí)的輸出電壓Uo穩(wěn)態(tài)波形。 答： 1） 雙向晶閘管，平均通態(tài)電流 2）7.某感性負(fù)載采用帶續(xù)流二極管的單相半控橋整流電路，已知電感線(xiàn)圈的內(nèi)電阻Rd=5，輸入交流電壓U2=220V，控制角=60。試求晶閘管與續(xù)流二極管的電流平均值和有效值。解：首先求整流使出電壓的平均值Ud=0.9=0.9220=149 V再求負(fù)載電流Id = Ud / Rd = (149 / 5) 30 A晶閘管與續(xù)流二極管的電流平均值和有效值分別為IdT = Id = = 10 AIT = Id = 30 = 17.3AIdD = Id = 30 = 10 AID = Id = 30 = 17.3 A8.單相橋式半控整流電路，負(fù)載為大電感，并接有續(xù)流二極管，設(shè)最大負(fù)載電流為20A，控制角=30，試回答： 畫(huà)出ud、iv11波形計(jì)算晶閘管電流有效值Iv1計(jì)算續(xù)流二極管的電流有效值IV4答 (1)波形ud, iV11(2)IV1=Id12.9A(3)IV2AR=Id8.16A9.有一個(gè)三相全控橋整流電路。已知電感負(fù)載L=0.2H、R=4、要求Ud從0220V之間變化。試求 畫(huà)出控制角=30時(shí)的整流輸出電壓ud的波形，畫(huà)出晶閘管V11的電壓uv11的波形；1 不考慮控制角裕量時(shí)的變壓器二次線(xiàn)電壓U2。2 計(jì)算晶閘管電壓、電流值,(安全裕量為2倍),選擇晶閘管型號(hào)。3 變壓器二次電流有效值I2,和S2,答(1) (2) ，=0Ud=220v得出:U2=94v(3)Ud/Rd=220/4=55A =31.7AIT(AV) =2 ITM/1.57=40.4A，取50A；UTn=2 UTm=2=460.5v，取500V； 所以型號(hào)為KP50-5(4) I2=44.9 S2=3U2I2=39444.9=12.66KVA10.1.圖示電路屬于哪種斬波電路？簡(jiǎn)述其工作原理。2.當(dāng)E=100V，V的關(guān)斷時(shí)間為T(mén)/3，導(dǎo)通時(shí)間為2T/3時(shí)，輸出電壓Uo為