電力電子課后習題答案部分

1、2-11試列舉你所知道的電力電子器件，并從不同的角度對這些電力電子器件進行分類。目前常用的控型電力電子器件有哪些? 答：1. 按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類： （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)動信號的波形（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電的情況分為三類： （1） 單極型器件：電力 MOSFET，功率 SIT,肖特基二極管 （2） 雙極型器件

2、：GTR,GTO,晶閘管，電力二極管等 （3） 復合型器件：IGBT,MCT,IGCT 等 4.按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類： （1）電流驅(qū)動型：晶閘管，GTO，GTR 等 （2）電壓驅(qū)動型：電力 MOSFET,IGBT 等常用的控型電力電子器件：門極可關斷晶閘管, 電力晶閘管，電力場效應晶體管，絕緣柵雙極晶體管。2-15 對晶閘管觸發(fā)電路有哪些基本要求？晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求：） 觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管的可靠導通；） 觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應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，一般需達到1-2A/US。） 所提供的觸發(fā)脈沖應

3、不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠出發(fā)區(qū)域之內(nèi)。） 應有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。2-18 、和電力的驅(qū)動電路各有什么特點？IGBT驅(qū)動電路的特點是：驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅(qū)動型器件，IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器。GTR驅(qū)動電路的特點是：驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電流有足夠陡的前沿，并有一定的過沖，這樣可加速開通過程，減小開通損耗；關斷時，驅(qū)動電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動電流，并加反偏截止電壓，以加速關斷速度。GTO驅(qū)動電路的特點是：GTO要求其驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電流的前沿應有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個導

4、通期間施加正門極電流，關斷需施加負門極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路，關斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分。電力MOSFET驅(qū)動電路的特點：要求驅(qū)動電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動功率小且電路簡單。2、 晶閘管對觸發(fā)脈沖的要求是   要有足夠的驅(qū)動功率  、    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

5、管瞬間過電壓，限制電流上升率，動態(tài)均壓作用。R的作用為：使L、C形成阻尼振蕩，不會產(chǎn)生振蕩過電壓，減小晶閘管的開通電流上升率，降低開通損耗。、8、指出下圖中各保護元件及VD、Ld的名稱和作用。答：星形接法的硒堆過電壓保護；三角形接法的阻容過電壓保護；橋臂上的快速熔斷器過電流保護；晶閘管的并聯(lián)阻容過電壓保護；橋臂上的晶閘管串電感抑制電流上升率保護；直流側(cè)的壓敏電阻過電壓保護；直流回路上過電流快速開關保護；VD是電感性負載的續(xù)流二極管；Ld是電動機回路的平波電抗器；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

6、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)脈沖的移相范圍應能滿足主電路的要求；10、下圖為一單相交流調(diào)壓電路，試分析當開關Q置于位置1、2、3時，電路的工作情況并畫出開關置于不同位置時，負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，不能導通，負載上無電壓。Q置于位置2：正半周，雙向晶閘管+觸發(fā)方式導通。負半周，由于二極管VD反偏，雙向晶閘管得不到觸發(fā)信號，不能導通，負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)方式導通。負半周，雙向晶閘管-觸發(fā)方式導通，負載上得到近似單相交流電壓。11、在下面兩圖中，一個工作在整流電動機狀態(tài)，另一個工作在逆變

7、發(fā)電機狀態(tài)。 （1）、標出Ud、ED及id的方向。 （2）、說明E與Ud的大小關系。 （3）、當與的最小值均為30度時，控制角的移向范圍為多少？ 整流電動機狀態(tài)：電流方向從上到下，電壓方向上正下負，反電勢E方向上正下負，Ud大于E，控制角的移相范圍0°90°。逆變發(fā)電機狀態(tài)：電流方向從上到下，電壓Ud方向上負下正，發(fā)電機電勢E方向上負下正，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)導通，繼電器線圈得電，J1,4常開觸頭閉

8、合，常閉觸頭斷開，切斷插座電源；同時J1,2常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開，晶閘管門極接通電源；雙向晶閘管導通使指示燈亮，提示插座漏電。正常工作時，雙向晶閘管門極無觸發(fā)信號，不導通，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)電路圖畫出各點波形。答：1、實現(xiàn)有源逆變必須滿足哪兩個必不可少的條件？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

9、觸發(fā)脈沖要滿足哪幾項基本要求？答：（1）觸發(fā)信號應有足夠的功率。（2）觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖前沿盡可能陡，使元件在觸發(fā)導通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導通。（3）觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，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？簡述異步調(diào)制與同步調(diào)制各有哪些優(yōu)點？答：（1）PWM逆變電路的常用控制方法有兩種，一是計算法；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，信號頻率根據(jù)需要而改變時，載波比是變化的。優(yōu)點是：信號頻率較低時載波比較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，輸出較接近正弦

10、波。（3）同步調(diào)制時，保持載波比為常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步變化。優(yōu)點是：信號波一周內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的，對稱性好。3、什么是逆變失??？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：逆變過程中因某種原因使換流失敗，該關斷的器件末關斷，該導通的器件末導通。從而使逆變橋進入整流狀態(tài)，造成兩電源順向聯(lián)接，形成短路。（2）逆變失敗后果是嚴重的，會在逆變橋與逆變電源之間產(chǎn)生強大的環(huán)流，損壞開關器件。（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)對輸出電壓平均值進行控制的方法不同，直流斬波電路

11、可有哪三種控制方式？并簡述其控制原理。答：（1）第一種調(diào)制方式為：保持開關周期不變，改變開關導通時間ton稱為脈寬調(diào)制。簡稱“PWM”調(diào)制。（2）第二種調(diào)制方式為：保持開關導通時間ton不變，改變開關周期，稱為頻率調(diào)制。簡稱為“PFM”調(diào)制。（3）第三種調(diào)制方式為：同時改變周期T與導通時間ton。使占空比改變，稱為混合調(diào)制。3、電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？ 答：電壓型逆變器當交流側(cè)為阻感性負載時，需要向電源反饋無功功率。直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂開關器件都反并聯(lián)了反饋二極管。1、 對晶閘管的觸發(fā)電路有哪些要求？答：為了讓晶

12、閘管變流器準確無誤地工作要求觸發(fā)電路送出的觸發(fā)信號應有足夠大的電壓和功率；門極正向偏壓愈小愈好；觸發(fā)脈沖的前沿要陡、寬度應滿足要求；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極電壓取得同步。2、 正確使用晶閘管應該注意哪些事項？ 答：由于晶閘管的過電流、過電壓承受能力比一般電機電器產(chǎn)品要小的多，使用中除了要采取必要的過電流、過電壓等保護措施外，在選擇晶閘管額定電壓、電流時還應留有足夠的安全余量。另外，使用中的晶閘管時還應嚴格遵守規(guī)定要求。此外，還要定期對設備進行維護，如清除灰塵、擰緊接觸螺釘?shù)取澜谜讱W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

13、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，而且還可以通過脈沖變壓器多個二次繞組進行脈沖分配，達到同時觸發(fā)多個晶閘管的目地。6、 晶閘管的過電流保護常用哪幾種保護方式？其中哪一種保護通常是用來作為“最后一道保護”用？ 答：晶閘管的過電流保護常用快速熔斷器保護；過電流繼電器保護；限流與脈沖移相保護和直流快速開關過電流保護等措施進行。其中快速熔斷器過電流保護通常是用來作為“最后一道保護”用的。 3. 單相橋式全控整流電路，負載中，L值極大，當時，要求：（1）作出、和的波形；（2）求整流輸出平均電壓、平均

14、電流，變壓器二次電流有效值；解：（1）作圖。（2）當時， 4. 在圖1所示的降壓斬波電路中，已知，L值極大，。（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，時，計算輸出電壓平均值、輸出電流平均值。解：（1）參考書上簡要說明。（2）根據(jù)公式得 計算題 （每小題10分，共計20分）1、 單相半波可控整流電路，電阻性負載。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，求晶閘管控制角應有的調(diào)整范圍為多少？選擇晶閘管的型號規(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UL=50V時COS=1=10則=

15、90°當UL=92V時COS=1=1=0.87則=30°控制角的調(diào)整范圍應為090°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晶閘管的型號為：KP100-7。2、 一臺由220V供電的自動恒溫功率為1kW的電爐，采用單相半控橋整流電路。通過計算選擇晶閘管和續(xù)流二極管的型號。解：電爐電阻絲的電阻Rd=48當=0°時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，晶閘管的型號為KP5-8同理，整流管的型號為ZP5-83，某感性負載采用帶續(xù)流二極管的單相半控橋整流電路，已知電感線圈的內(nèi)電阻Rd=5，輸入交流電壓