電力電子技術1簡答題

1、考試試卷（1 ）卷三、簡答題（共3小題，22分）1、晶閘管導通的條件是：陽極承受正向電壓，處于阻斷狀態(tài)的晶閘管，只有在門極加正向觸發(fā) 電壓，才能使其導通。門極所加正向觸發(fā)脈沖的最小寬度，應能使陽極電流達到維持通態(tài)所需要 的最小陽極電流，即擎住電流I L以上。導通后的晶閘管管壓降很小。（3分）使導通了的晶閘管關斷的條件是：使流過晶閘管的電流減小至某個小的數值一維持電流IH以 下。其方法有二：（1）減小正向陽極電壓至某一最小值以下，或加反向陽極電壓；（2）增加負載回路中的電阻。2、電壓型逆變電路的主要特點是什么？ （8分）（1）直流側為電壓源或并聯大電容，直流側電壓基本無脈動；（2分）（2）輸出電

2、壓為矩形波，輸出電流因負載阻抗不同而不同；（3分）（3）阻感負載時需提供無功。為了給交流側向直流側反饋的無功提供通道，逆變橋各臂并聯反饋 二極管。（3分）3、簡述實現有源逆變的基本條件，并指出至少兩種引起有源逆變失敗的原因（7分）（1）外部條件：要有一個能提供逆變能量的直流電源，且極性必須與直流電流方向一致，其電壓值要稍大于Ud； （2分）（2）內部條件：變流電路必須工作于3 10R=10，此為大電感負載，負載端電流波形平直。（3分）Ud=2.34U2cos a =117V（3 分）Id=Ud/R=117A（3 分）I2=175.5A。四、簡答題（本題共3小題，共32分）1、試說明IGBT、G

3、TR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點。（12分）IGBT Y開關速度高，開關損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅動，驅動功率小 Q開關速度低于電力 MOSFET,電壓，電流容量不及 GTOGTR Y耐壓高，電流大，開關特性好，通流能力強，飽和壓降低 Q開關速度低，為電流驅動，所需驅動功率大，驅動電路復雜，存在二次擊GTO Y電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導調制效應，其通流能力很強Q電流關斷增益很小，關斷時門極負脈沖電流大，開關速度低，驅動功率大，驅動電路復雜，開關頻率低電 力MOSFET Y開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小且驅

4、動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題Q電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置3、軟開關電路可以分為哪幾類？各有什么特點？ （10分）答：根據電路中主要的開關元件開通及關斷時的電壓電流狀態(tài)，可將軟開關電路分為零電壓電路和零電流電路兩大類；根據軟開關技術發(fā)展的歷程可將軟開關電路分為準諧振電路，零開關PWM電路和零轉換PWM電路準諧振電路：準諧振電路中電壓或電流的波形為正弦波，電路結構比較簡單，但諧振電壓或諧振電流很大，對器件要求高，只能采用脈沖頻率調制控制方式（2分）。零開關PWM電路：這類電路中引入輔助開關來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發(fā)生于開關過程前后，此電路的

5、電壓和電流基本上是方波，開關承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關頻 率固定的PWM控制方式（2分）。零轉換PWM電路：這類軟開關電路還是采用輔助開關控制諧振的開始時刻，所不同的是， 諧振電路是與主開關并聯的，輸入電壓和負載電流對電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的 輸入電壓范圍內并從零負載到滿負載都能工作在軟開關狀態(tài)，無功率的交換被消減到最小 （2分）。五、作圖題（本題共1小題，共16分）1、在三相半波整流電路中，如果 U相的觸發(fā)脈沖消失，試繪出在電阻負載下整流電壓均的波形和V上晶閘管丫丁2的管壓降波形。設觸發(fā)角分別為15洞600b六、計算題（本題共1小題，共12分）1、單相橋式全控整流電路

6、，U2=100V,負載中R=20Q, L值極大，反電動勢E = 60V。當a= 300時，要求：（1）作出ud、id和i2的波形；（3分）（2）求整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值I2 ； （4分）（5分）（3）考慮安全裕量，確定品閘管的額定電壓和額定電流diJ?1 4 =09 400 =2A”二二上二以我月工記V J四、簡答題：（本題共4小題，共28分）1、什么是逆變失??？逆變失敗后有什么后果？形成的原因是什么？ （8分）答：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)，造成兩電源順向聯接，形成短路。逆變

7、失敗后果是嚴重的, 會在逆變橋與逆變電源之間產生強大的環(huán)流，損壞開關器件（ 4分）。產生逆變失敗的原因：一是 逆變角太小；二是出現觸發(fā)脈沖丟失；三是主電路器件損壞；四是電源缺相等（ 4分）3、晶閘管變流裝置中為什么在主電路上要加入整流變壓器進行降壓？ （7分）答：采用整流變壓器降壓后可以使晶閘管工作在一個合適的電壓上，可以使晶閘管的電壓定額下降（2分），還可以使晶閘管工作于小控制角，這有利于減少波形系數，提高晶閘管的利用率，實際上也減少的晶閘管的電流定額 （3分），另外由于控制角小，這對變流裝置的功率因素的提高也 大為有利（4、單相電壓型逆變電路中，電阻性負載和電感性負載對輸出電壓、電流有何影

8、響？電路結構有哪些變化？ （ 7分）答：電阻性負載時，輸出電壓和輸出電流同相位，波形相似，均為正負矩形波（2分）。電感性負載時，輸出電壓為正負矩形波，輸出電流近似為正弦波，相位滯后于輸出電壓，滯后的角度取決于負載中電感的大?。?分）。在電路結構上，電感性負載電路，每個開關管必須反向并 聯續(xù)流二級管五、作圖題：（本題共2小題，共14分）1、對于下圖所示的橋式可逆斬波電路，若需使電動機工作于反轉電動狀態(tài)，試分析 電路的工作情況，并繪出相應的兩條電流流通路徑，同時標注電流流向。（8分）2、設三相橋式可控整流電路工作于有源逆狀態(tài)，試畫出i=60o時的整流輸出電壓波形(6分)六、計算題(本題共1小題，共

9、18分)1、三相全控橋式整流電路，L=0.2H, R=4Q,要求Ud從0220V之間變化。試求：(1)不考慮控制角裕量時的，整流變壓器二次線電壓。(3分)(2)如電壓，電流裕量取2倍，計算晶閘管額定電壓，電流值。(8分)(3)變壓器二次電流有效值12。(4分)(4)計算整流變壓器二次側容量 S2。(3分)L 2 fL 2 3.14 50 0.2 62.8“解：(Q),而 Rd=4( Q ),所以，3 LRd ,按大電感負載情況計算，三相全控橋式整流電路，相當于最小控制角amin=0 計算.整流變壓器次級相電壓 U2 (3分)Ud=2.34U2,則 U2=220/2.34 94(V)(2) .計

10、算晶閘管電壓、電流值，如果電壓、電流按裕量系數2計算，選擇晶閘管(8分)晶閘管承受的最大峰電壓為Uvim 包2230.35(V)按裕量系數2計算，則U=230.25 X 2=460.5(V),選額定電壓500V晶閘管。(2分)IdUd當554(A),1 ,1一Iviar -Id - 50 16.733(A) (3 分)1 V1AV1EAR1 Id31 V11.5731.75(A)31.75 20.21.57 a (3 分)50A的晶閘管。按裕量系數2計算，則20.2X2=40.4(A),選額定通態(tài)平均電流為(3) .計算變壓器次級電流有效值12 (4分)12-d 44.9(A)S2 (3 分)

11、(4) .計算整流變壓器次級容量S2=3U2I2=3 X 94X 44.9=12661.8(VA)12.66(KVA) 三、簡答題（本題共5小題，每小題5分，共25分）1答：（1）維持晶閘管導通的條件是陽極電流大于維持電流IH。（2分）（2）要使晶閘管關斷，必須去掉陽極正向電壓，或者給陽極加反壓，或者降低正向陽極電壓，使通過晶閘管的電流小于維持電流IH。1、要實現有源逆變，必須滿足什么條件？哪些電路類型不能進行有源逆變？ （5分）2、答：1）有與通流方向一致的直流電源，電路工作在逆變狀態(tài)。（3分）2）不能實現有源逆變的電路有：半控橋電路，帶續(xù)流二極管的電路。3、什么是直流斬波電路？分別寫出降壓

12、和升壓斬波電路直流輸出電壓U0與電源電壓Ud的關系式。（5分）答：直流斬波電路是將直流電源的恒定直流電壓通過電力電子器件的開關作用變換為可調直流電 壓的裝置降壓斬波電路的表達式為：U 0 t U d Ud 升壓斬波電路的表達式為： u ton t of f e T t of ft off4、簡述對觸發(fā)電路的三點要求。（5分）答：1）觸發(fā)電路輸出的脈沖應具有足夠大的功率；（1分）2）觸發(fā)電路必須滿足主電路的移相要求；（2分）3）觸發(fā)電路必須與主電路保持同步。5、對于正弦脈沖寬度調制（SPWM什么是調制信號？什么是載波信號？何謂調制比？（5分）答：在正弦脈沖寬度調制（SPWM）中，把希望輸出的波形

13、稱作調制信號；（2分）而對它進行調制的三角波或鋸齒波稱為載波信號；（2分）載波頻率fc與調制信號頻率fr之比，N= fc / fr稱為載波比。四、作圖題（本題共2小題，每小題10分，共20分）已知單相全控橋式整流電路，帶電阻性負載。試繪出當控制角a = 600時的輸出電壓波形Ud,晶閘管Ti的端電壓波形UTi0id（。VT3VTiVT2VT3VT1 312、0試繪出三相半波共陰極組電路當B=600時的輸出電壓波形ud,以及晶閘管Ti的端 電壓波形（L=oo）0五、計算題（本題共1小題，共15分）三相全控橋式整流電路如圖所示，Ld=02H ,Rd=4Q,要求Ud從0220V之間變化，試求：1）、

14、 不考慮控制角裕量時，整流變壓器二次相電壓 U2;2）、如電壓、電流裕量取2倍，選擇品閘管型號； 3）、整流變壓器二次側容量S2；4）、電路的功率因數cos；5）、當觸發(fā)脈沖距對應二次相電壓波形原點多少電度角時，Ud已為0解：.Ld 314 0.2 10 6 62.8 4Q負載為大電感，流過負載的電流可看為直線（1分）1）當a =0時，輸出電壓平均值為 220VU2由式 Ud 2.34U 2COS 知Ud2.34COS2.34220 94V（2分）2）由題知，UTn 2Utm 2694 460V （1分）故取額定電壓500V （1分）Id UdD 55AIt Jd 375A/Rd（1 分）3（

15、1 分）I T（av）2 -40.45A1.57（1分）故取額定電流50A （1分）因此，選取晶閘管的型號為KP50-5 （1分）212 Id 0.816 55 44.9A3）*3（1 分）S2 3U2I2 3 94 44.9 12.66KV .A（ 1 分）Ud已為0。4）v Pd UI 220 55 12100WCOSPd121000.956（1分）S2126605）當觸發(fā)脈沖距對應二次相電壓波形原點1200電度角時,三、簡答題（本題共5小題，每題5分，共25分）1、什么是可控整流？它是利用品閘管的哪些特性來實現的？（5分）（32、答：將交流電通過電力電子器件變換成大小可以調節(jié)的直流電的過

16、程稱為可控整流。 分）3、可控整流主要利用了晶閘管的單向可控導電特性。4、什么是逆變失敗？導致逆變失敗的原因是什么？ （5分）5、答：1）在逆變電路中，使電源瞬時電壓與直流電源E順極性串聯，出現很大的短路電流流過晶閘管與負載，稱為逆變失敗或逆變顛覆。（3分）mVMHIs生占卓Jt 中汽七事】作號暑畔6、2）逆變失敗的原因主要有：晶閘管損壞；觸發(fā)電路不可靠或快速熔斷器燒斷；電源缺相以 及逆變角過小。（2分）7、將右表格中空缺的部分按要求填好，變壓器二次相電 壓為U2,對于電感負載滿足大電感負載的條件。答：輸出電壓可調范圍：01.17U2（2分）最大移相范圍：900（1分）4、電壓源型變頻器和電流

17、源型變頻器的區(qū)別是什么？ （5分）答：電流型變頻器的直流環(huán)節(jié)是電感器，而電壓型變頻器的直流環(huán)節(jié)是電容器。（3分）電壓型變頻器不能工作于再生制動狀態(tài)，因為電容兩端電壓不能躍變。（5、試說明SPW雌制的基本原理。（5分）答：PWM控制技術是控制半導體開關元件的導通和關斷時間比，即調節(jié)脈沖寬度的或周期來控 制輸出電壓的一種控制技術。（2分）用正弦基波電壓作為調制電壓，對它進行調制的三角波稱為載波電壓，當正弦基波與三角波相交 時，通過比較二者之間的大小來控制逆變器開關的通斷，從而獲得一系列等幅不等寬正比于正弦 基波電壓的矩形波，這就是正弦脈寬調制方法（ SPWM）。四、作圖題（本題共2小題，每小題10

18、分，共20分）1、已知單相全控橋式整流電路，電感性負載不接續(xù)流二極管。試繪出當a =450時輸出電壓波形Ud和晶閘管的端電壓波形。2、三相橋式全控整流電路；電阻性負載，試畫出當a =600時輸出電壓Ud的波形、晶閘管的端電壓UT1的波形。五、計算題（本題共1小題，共15分）三相全控橋整流電路如圖所示。已知電感性負載L =0.2H、R =1Q、a=75 ,變壓器二次相電壓 U2=100V。1）計算負載的平均整流電壓Ud和負載電流平均值Id；2）選擇晶閘管的型號；3）計算變壓器二次電流的有效值12。2.34U2COS 2.34X100X0.5 117V（2分）A B J C JRdUdV2）由題知

19、, （1分）117A（1分）UTn 2 3 6U 2 1078 1616VjLd 67.5A:3（2分）.52六64.5 86.5A（2分）故取額定電壓1200V （1分）故取額定電流100A （1分）因此，選取晶閘管的型號為KP100-12 （2分）I2, 2 1d 0.816 117 95.5A3）、3（三、簡答題（本題共5小題，每題5分，共25分）3、試簡述三相半控橋式整流電路與三相全控橋式整流電路的特點。答：三相全控橋式整流電路采用6只晶閘管構成，而三相半控橋式整流電路采用三只晶閘管和三只二極管構成；（2分）（2分）三相全控橋可以工作在有源逆變狀態(tài)，而三相半控橋只能工作在整流狀態(tài); 三

20、相半控橋可能會出現失控現象，而全控橋不會。3、舉出三種常用過電流保護電器，并指出其動作時間的典型值。1）快速熔斷器，在流過 6倍額定電流時熔斷時間小于 20ms （2分）2）直流快速開關，動作時間只有 2ms （1分）3）電流檢測和過電流繼電器，開關動作幾百毫秒。（5、對于正弦脈沖寬度調制（SPWM什么是調制信號？什么是載波信號？何謂調制比? 答：在正弦脈沖寬度調制（SPWM）中，把希望輸出的波形稱作調制信號，而對它進行調制的三 角波或鋸齒波稱為載波信號。（3分）載波頻率fc與調制信號頻率fr之比，N= fc / fr稱為載波比。四、作圖題(本題共2小題，每小題10分)1、如圖所示電路，試畫出

21、 a=450時輸出電壓波形ud和晶閘管V11的電流波形iviiR=4Q, a（2分）五、計算題(本題共1小題，共15分)三相全控橋式整流電路大電感負載，不接續(xù)流二極管，U2=220V,=60,試求：(1)、輸出電壓平均值Ud和電流平均值Id；(2)、晶閘管電流平均值Idt和有效值It； （3）、變壓器副邊電流有效值I2和容量S2o解：D Ud 2.34U2COS2.34X 220X0.5 257.4V（2 分）Id Ud 64.35A/Rd（ 1 分）1 111d1 31d 3 64.35 21.45A、It . 3 1d 375A2 C?！?C O 0A12 I d 0.816 64.35

22、52.54A3）,3（1 分）S2 3U2I2 3 220 52.54 35.98KV.A（2 分）三、簡答題（本題共5小題，每小題5分，共25分）1、在晶閘管可控整流電路的直流拖動中，當電流斷續(xù)時電動機的機械特性有哪些特答：在晶閘管可控整流電路的直流拖動中，當電流斷續(xù)時，電動機的理想空載轉速將抬高；機械特性變軟，即負載電流變化很小也可引起很大的轉速變化2、在三相半波可控整流電路中，如果控制脈沖出現在自然換流點以前，可能會出現什么情況？能否換相？答：在三相半波可控整流電路中，如果每只晶閘管采用獨立的觸發(fā)電路，那么控制脈沖出現在自然換流點以前，電路將停止工作；如果三只晶閘管采用同一個觸發(fā)電路（對

23、共陰極連接），則控制脈沖出現在自然換流點以前，電路仍然能正常換相，但此時的控制角較大，輸出電壓較低。3、在三相全控橋式有源逆變電路中，以連接于A相的共陽極組晶閘管V14為例說明, 在一個周期中，其導通及關斷期間兩端承受電壓波形的規(guī)律。答：共陽極組三只晶閘管輪流導通 1200,其順序是VT4 VT6 VT2。所以，當VT4導通時，兩 端電壓為零；當 VT6導通時，VT4兩端電壓為線電壓 uvu;當VT2導通時，VT4兩端電壓為線 電壓uwu。5、試說明功率晶體管（GTR）的安全工作區(qū)SOAi哪幾條曲線所限定？答：功率晶體管（GTR）的安全工作區(qū)SOA由以下條曲線所限定：最高電壓UceM、集電極最

24、大電流IcM、最大耗散功率PcM以及二次擊穿臨界線。五、計算題（本題共1小題，共15分）某晶閘管電鍍電源，調壓范圍215V,在9V以上最大輸出電流均可達130A, 主電路采用三相半波可控整流電路，試計算：（1）整流變壓器二次側相電壓。（2）9V時的控制角。（3）選擇品閘管（4）計算變壓器容量。15解：1）-Ud 1.17U 2cos由題知當行0時，輸出電壓最大為15VU2COS Ud_9 0.62) 1.17U2 15 所以 5303)因為輸出電最大值為 130A,故It Ud 75A,3IT(AV) 1.5 2 L 71.7 95.6A1-1.57所以取額定電流100AUTn 23U223

25、12.8 62.794V 所以取額定電壓 100V,1 Id 0.577 130 75A ,33 12.8 754 2.88KV.A因此，晶閘管的型號可選為 KP100-11 24) S2 3U2I2六、分析題(本題共1小題，共10分)如圖所示的有源逆變電路，為了加快電動機的制動 過程，增大電樞電流，應如何調節(jié) 角？為什么？電樞 一 電流增大后，換相重疊角是否會加大？這是否會造成逆二變失敗？答：圖示的有源逆變電路，只要增大角，就能加快電動機的制動過程，增大電樞電流。因為增大 角后，將減小逆變電壓，提高回路中的電壓差，即增大電樞電流。當電樞電流增大后，換相重疊角會加大，但不會造成逆 變失敗。簡答

26、題（本題共6小題，每小題5分，共30分）、三相半控橋與三相全控整流電路相比有哪些特點？答：三相半控橋式整流電路是把全控橋中共陽極組的3個晶閘管換成整流二極管，其顯著特點是共陰極組元件必須觸發(fā)才能換流；共陽極元件總是在自然換流點換流。一周期中仍然換流6次,3次為自然換流，其余 3次為觸發(fā)換流，這是與全控橋根本的區(qū)別（3分）。改變共陰極組晶閘管的控制角仍可獲得02.34U2的直流可調電壓。三相半控橋式整流電路只需三套觸發(fā)電路、 不需要寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)、線路簡單經濟、調整方便。電路結構比三相全控橋更簡單、經濟， 而帶電阻性負載時性能并不比全控橋差。所以多用在中等容量或不要求可逆拖動的電力裝置中、什

27、么是晶閘管交流開關？交流調壓器的晶閘管常用哪些方式控制？答：如果令交流調壓器中的晶閘管在交流電壓自然過零時關斷或導通，則稱之為晶閘管交流開關（1分）。交流調壓器中的晶閘管有兩種控制方式：（1）相位控制在電源電壓的每一周期，在選定的時刻將負載與電源接通，改變選定的時刻即可達到調壓的目的，即相控方式（2分）；（2）通-斷控制將晶閘管作為開關，使負載與電源接通若干周波，然后再斷開一定的周波，通過改變通斷的時間比達到調壓的目的。有全周波連續(xù)式和全周波間隔式兩種形式（2分）。、電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極 管？答：在電壓型逆變電路中，當交流側為阻感負載時需要

28、提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能 量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯了反饋二極管。當輸出交流電壓與電流的極性相同時，電流經電路中的可控開關器件流通，而當輸出電壓與電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道 （3分）。在電流型逆變電路中， 直流電流極性是一定的, 無功能量由直流側電感來緩沖。當需要從交流側向直流側反饋無功能量時，電流并不反向，依然經電路中的控開關器件流通，因此不需要并聯二極管（2分）、什么是組合變流電路？ 一般的開關電源是怎樣組合的？為什么要這樣組合？答：組合變流電路是將某幾種基本的變流電路（ AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC

29、）組合起來， 以實現一定新功能的變流電路（2分）。開關電源通常采用交-直-交-直方式組合（1分）。由于開 關電源采用了工作頻率較高的交流環(huán)節(jié)，變壓器和濾波器都大大減小，因此同等功率條件下其體 積和重量都遠小于相控整流電源。除此之外，工作頻率的提高還有利于控制性能的提高。由于這些原因，在數百 KW以下的功率范圍內，開關電源正逐漸取代相控整流電源、如何區(qū)分電壓源型和電流源型變頻器？答：電壓源型變頻器：交 -直-交變頻器中，直流部分采用大電容器濾波，理想情況下直流電壓波形為一直線，可看作是一個內阻為零的電壓源，再經逆變器輸出交流電壓波形；交-交變頻器雖無濾波電容器，但是交流電源系統(tǒng)的阻抗很低。（2分

30、）電流源型變頻器：交-直-交變頻器中采用大電感濾波，其直流電流波形較平直， 可看作是一個電流源； 交-交變頻器在輸出端接有電抗器。（2分）兩種類型變頻器的區(qū)別在于濾波器形式的不同，于是在用途上也各不相同：電壓源型變頻器因電容器上的電壓不能突變，所以對電壓控制響應慢，對調整型負載動態(tài)響應慢，適于多臺電動 機同步運行的電源，且無快速加減速的負載；電流型變頻器因濾波電感上的電流不能突變，雖對 負載變化反應慢，但對系統(tǒng)調速的動態(tài)響應靈敏，因而適于單臺變頻器配用單臺電動機的系統(tǒng)， 可滿足快速起動、制動和可逆運行的要求。如果將不可控整流改成可控整流，還可實現電動機的 回饋制動。（1分）、什么是觸發(fā)延遲角?

31、什么是導通角?從晶閘管開始承受正向電壓起，到觸發(fā)脈沖出現時的電角度 ，稱為觸發(fā)延遲角；移相觸發(fā)就是改變晶閘管每周其導通的起始點即觸發(fā)延遲角的大小，達到改變輸出電壓，功率的目的。移相觸發(fā)的主要缺點是使電路中出現包含高次諧波的缺角正弦波 ，在換流時刻會出現缺口 毛刺”，造成電源電壓波形畸變和高頻電磁波輻射干擾。大觸發(fā)延遲角運行時，功率因數較低（3分）。晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱導通角，導通角的最大值與電路的結構形式和負載性質有關（2分）。作圖題：（本題1小題，共10分）1在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試繪出在 a 0時電阻性負載和 電感性負載下整流電壓Ud的波形。阻性

32、負載時o電感性負載時五、計算題（本題共2小題，每題15分，共30分）1、單相橋式全控整流電路，U2=100V,負載中，R=2Q, L值極大，反電動勢E=60V,(1)作出Ud、id和i2的波形圖;(2)求整流輸出平均電壓 Ud、平均電流Id和I2；(3)考慮安全裕量，確定品閘管的額定電壓和額定電流，并選擇晶閘管的型號 解：(1) ud、id和i2的波形如下圖：(5分)(2)整流輸出平均電壓 Ud、電流Id,變壓器二次側電流有效值I2分別為Ud = 0.9 U2 cos a= 0.9 100 Cos30 = 77.97(A) (1 分)Id =(UdE)/R = (77.9760)/2= 9(A

33、) (2 分)I2= Id = 9(A)(2 分)(3)晶閘管承受的最大反向電壓為：JU2= 100/萬= 141.4 (V)流過每個晶閘管的電流的有效值為：IVT = Id J三=6.36 (A)故晶閘管的額定電壓為：UN = (23) M41.4=283424 (V) (2分)晶閘管的額定電流為：IN=(1.52) X6.36/M38 (A) (3分)2、一單相交流調壓器，電源為工頻220V,阻感串聯作為負載，其中 R=0.5Q,L=2mH。求：(15 分)(1)開通角a的變化范圍；(2)負載電流的最大有效值；(3)最大輸出功率及此時電源側的功率因數。M “僅我川抗角為, ,此、.2/r

34、x 50 x 2 x 1 o“ =arctan () =arctnn () =0.89864=51.49R0.5開通用a的變化范圍為，8 a v/rUP0.89864 i V1，、a = 5H.錦山中壓小大,負我電流也為最大.此時餡UH功率以大，為_2 玲(220 V尸j= 7：z R = -r= R =37.532(KW)功率因故為梟F黑98=。3三、簡答題：（本題共6小題，每小題5分，共30分）1、品閘管實現導通的條件是什么？關斷的條件及如何實現關斷？答：在晶閘管陽極一一陰極之間加正向電壓，門極也加正向電壓，產生足夠的門極電流Ig,則晶閘管導通，其導通過程叫觸發(fā)。關斷條件：使流過晶閘管的陽

35、極電流小于維持電流。實現關斷的方式：1減小陽極電壓。2增大負載阻抗。3加反向電壓。4、簡述對觸發(fā)電路的三點要求。答：（1）觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可靠通電。（2分）（2）觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度。（2分）5、（3）不超過門級電壓，電流和功率定額，且在可能觸發(fā)區(qū)域之間。4、什么叫過電流？過電流產生的原因是什么？答：當流過晶閘管的電流大大超過其正常工作電流時，稱為過電流。產生的原因有:（1）直流側短路；（2）機械過載；（3）可逆系統(tǒng)中產生環(huán)流或者逆變失?。唬?）電路中管子誤導通及管子擊穿短路等。5、IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅動電路各有什么特點？。IGBT驅動電路的特點是：驅動電

36、路具有較小的輸出電阻 ，I GBT是電壓驅動型器件,IGBT的驅動多 采用專用的混合集成驅動器。（1分）GTR驅動電路的特點是：驅動電路提供的驅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，驅動電路能提供幅值足夠大的反向基極驅動電流，并加反偏截止電壓，以加速關斷速度。（1分）GTO驅動電路的特點是：GTO要求其驅動電路提供的驅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，其驅動 電路通常包括開通驅動電路 ，關斷驅動電路和門極反偏電路三部分。 （2分）電力MOSFET驅動電路的特點：要求

37、驅動電路具有較小的輸入電阻 ，驅動功率小且電路簡單。6、試說明PWM控制的基本原理。PWM控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術。即通過對一系列脈沖的寬度進行調制來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。（1分）在采樣控制理論中有一條重要的結論 ：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣蚌的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。 效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理。（1分）以正弦pWM控制為例。把正弦半波分成IV等份 ，就可把其看成是 N個彼此相連的脈 沖列 所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于 /n,但幅值不等且脈沖頂部不是水平直 線而是曲線， 各脈沖幅值按

38、正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖列利用相同數量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積 （沖量）相等,就得到PWM波形。各PWM脈沖的幅值相等而寬度是按下弦規(guī)律變化的。根據面積等效原理,PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦波的負半周，也可以用同樣白方法得到PWM波形?？梢姡玫降腜WM波形和期望得到的正弦波等效。四、計算題：(本題共4小題，每小題10分，共40分)1、單相橋式全控整流電路，U2=100V,負載中R=20 ,L值極大 當=30時，要求：作出Ud Id、和I2的波形；求整流輸出平均電壓Ud電流Id,變壓器二次電流有

39、效值I2;考慮安全裕量，確定品閘管的額定電壓和額定電流。(4分)I2分別為=77.97 (V)解：(1)解:Ud、Id、和I2的波形；如下圖：輸出平均電壓 Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值Ud=0.9U2cos=0.9 x 100X cos30Id = Ud/R=77.97/2=38.99(A)I2=Id=38.99(A)(3 分)晶閘管承受的最大反向電壓為：2 U2=100 2 =141.4(V)考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UN=(23) X 141.4=283424(V)具體數值可按晶閘管產品系列參數選取。流過晶閘管的電流有效值為：IVT=Id/ ,2 =27.57(A)晶閘管的

40、額定電流為：IN=(1.52) X 27.57/1.57=2635(A)具體數值可按晶閘管產品系列參數選取。(3分)2、光臺燈由單相交流調壓電路供電，設該臺燈可看作電阻負載，在=0時輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的80%,50%時的開通角（3分）（4分）解：=0時的輸出電壓最大，為I1 (JUisin t) U1Uomax= 0此時負載電流最大，為Uomax U 1Iomax= R R(3 分)因此最大輸出功率為輸出功率為最大輸出功率的80%時，有：Ui2Pmax=Uomax Iomax= R此時，Uo= 0.8Ui又由sin 2 2Uo=U1 , 2解得60.54同理，輸出功率為最

41、大輸出功率的50%時，有：Uo= 0.5U1又由sin 22Uo=U1 1 2903、三相半波可控整流電路，U2=100V,帶電阻電感負載，R=50 ,L值極大，當 =6。時,要求:畫出Ud, Id和Ivti的波形；計算Ud、Id、IdT和Ivt解：Ud, Id和IVT1的波形如下圖(5分)Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud=1.17U2cos=1.17 X 100 X cos60 =58.5(V)Id= Ud/R=58.5/5=11.7(A)IdvT=Id/3=11.7/3=3.9(A)IVT=Id/ 3=6.755(A)( 5 分)4、某一電阻負載，要求輸出直流電壓 Ud=024v,最

42、大負載電流Id=30A。采用單相半 波可控整流電路。用220V直接供電或用變壓器降壓到60V供電。計算兩種方案下， 不考慮完全裕量時，晶閘管的導通角 9 ,額定電流In,額定電壓Un,電源的功率因 數和電源容量。解：U2=220v時（1 cos 1）Ud=0.45U22（1 分）2Ud2 24Cosa=0.45U 2 1= 0.45 220 -1= -0.5（1 分）= 1200 1=180 120 =60（1 分）Ud 24電wt勻值Id=30ARd= Rd = 30 =0.8（1分）電流功效值 IU =Rd=U2 Rd、,sin 24283A2（1分）額定電流IN額定電壓UNI 1.57U

43、dm=83.4=1.57 =53AV2U 284.2（2分）2、單相橋式全控整流電路和單相橋式半控整流電路接大電感負載，負載兩端并接續(xù) 流二極管的作用是什么？兩者的作用是否相同？答：（1）單相橋式全控整流電路大電感負載整流輸出平均電壓為Ud、2U 2 sin .t d .t22 U 2 cos0.9U 2 cos（2分）（2）其負載兩端并接續(xù)流二極管是為了使交流電源電壓進入負半周時，由續(xù)流二極管續(xù)流，使晶閘管關斷，提高整流輸出電壓的平均值。整流輸出平均電壓為0.9Udcos2（2分）（3）單相橋式半控整流電路接大電感負載，負載兩端并接續(xù)流二極管的作用是為了避免失控現象的發(fā)生，保證整流電路的安全

44、運行。整流輸出平均電壓亦為Ud10.9Ud -cos23、逆變電路必須具備什么條件才能進行逆變工作？答：（1）逆變電路必須同時具備下述兩個條件才能產生有源逆變：變流電路直流側應具有能提供逆變能量的直流電源電勢Ed,其極性應與晶閘管的導電電流方向一致。（3分）（2）變流電路輸出的直流平均電壓Ud的極性必須為負（相對于整流時定義的極性），以保證與直流電源電勢 Ed構成同極性相連，且滿足 Ud90或（3 90 ） 在電動機的運動，機車行駛下坡中。3、為什么半控橋的負載側并有續(xù)流管的電路不能實現有源逆變？ （5分）答：由逆變可知，晶閘管半控橋式電路及具有續(xù)流二極管電路，它們不能輸出負電壓Ud固不能實現

45、有源逆變4、用單結晶體管的觸發(fā)電路，當移相到晶閘管達到某一導通角時，再繼續(xù)調大導通角時忽然晶閘管變成全關斷是何原因？（5分）答：單結晶體管導通后，如果由電源通過電位器加到發(fā)射極的電流超過谷點電流單結晶體管就關不了。這時，單結晶體管只產生一個脈沖，尚能保持晶閘管工作，但是若進一步減小電位器電阻，加大發(fā)射極電流，那么在同步電源的梯形波上升前沿發(fā)射極就與基極直通，電容沖不上電，不能發(fā)出觸發(fā)脈沖，晶閘管就全關斷了。三、計算題：（本題共1小題，共10分）1、具有續(xù)流二極管VDR半波可控整流電路，對發(fā)電機勵磁繞組供電。繞組的電阻Rd=0.5Q,電感L=0.2H,勵磁直流平均電流為10A,交流電源電壓為220V,計算 品