電力電子技術(shù)期末復(fù)習題及其答案

1、第一章復(fù)習題1.使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通。2維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答：（1）維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流。 （2）若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。3.GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，為什么GTO能夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不能？答：（1）GTO在設(shè)計時，a2較大，這樣晶體管v2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷； （2）GTO導(dǎo)通時a1

2、+a2的更接近于1，普通晶閘管a1+a21.5，而GTO則為約等于1.05，GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制提供了有利條件； （3）多元集成結(jié)構(gòu)每個GTO元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大為縮短，使得p2極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。4如何防止電力MOSFET因靜電感應(yīng)引起的損壞？答：（1）一般在不用時將其三個電極短接； （2）裝配時人體，工作臺，電烙鐵必須接地，測試時所有儀器外殼必須接地； （3）電路中，柵，源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過高。 （4）漏，源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。5.IGBT,GTR,GTO和電力MOSFE

3、T的驅(qū)動電路各有什么特點？答：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(guān)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(guān)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(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個導(dǎo)通期間施加正門極電流，關(guān)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(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分。 電力MOS

4、FET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。6.全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析RCD緩沖電路中各元件的作用。答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內(nèi)因過電壓，du/dt或過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開通時，Cs經(jīng)Rs放電，Rs起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時，負載電流經(jīng)VDs從Cs分流，使du/dt減小，抑制過電壓。7.試說明IGBT,GTR,GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點。（第7題答案）1、請在正確的空格內(nèi)標出下面元件的簡稱： 電力晶體管 GTR  ；可關(guān)斷晶閘

5、管GTO ；功率場效應(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。 3、多個晶閘管相并聯(lián)時必須考慮均流 的問題，解決的方法是 

6、;  串專用均流電抗器。  4、在電力晶閘管電路中，常用的過電流保護措施有  快速熔斷器 、 串進線電抗器、 接入直流快速開關(guān) 、 過電流繼電器。（寫出四種即可） 5、晶閘管是硅晶體閘流管的簡稱，常用的有普通晶閘管與門極可斷晶閘管。6、電力電子器件一般都工作在開關(guān) 狀態(tài)。7、為了保證晶閘管可靠與迅速地關(guān)斷，通常在管子陽極電壓降為0之后，加一段時間 反向 電壓。8、選用晶閘管的額定電壓值應(yīng)比實際工作時的最大電壓大2-3 倍，使其有一定的電壓裕量。9、選用晶閘管的額定電流時，根據(jù)實際最大電流計算后至少還要乘以1.5-2 倍。10、在螺栓式晶閘管上有

7、螺栓的一端是陽極 。11、普通晶閘管的圖形符號是： 三個電極分別是陽極A 陰極K 和門極G 晶閘管的導(dǎo)通條件是承受正向電壓，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下，關(guān)斷條件 利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值一下。12、可關(guān)斷晶閘管的圖形符號是： 電力場效應(yīng)管的圖形符號是：絕緣柵雙極晶體管的圖形符號： 電力晶體管的圖形符號是：13、絕緣柵雙極晶體管是G作為柵極E作為發(fā)射極與集電極C復(fù)合而成。14、1、雙向晶閘管的圖形符號是            ，三個電極分別是&#

8、160;第一陽極T1，  第二陽極T2    和   門極G     ；雙向晶閘管的的觸發(fā)方式有      I+  、  I-   、 III+ 、   III       .。15、一般操作過電壓都是瞬時引起的尖峰電壓，經(jīng)常使用的保護方法是RC過電壓抑制電路

9、而對于能量較大的過電壓還需要設(shè)置非線性電阻保護，目前常用的方法有雪崩二極管和金屬氧化物壓敏電阻 。16、在電力晶閘管電路中，常用的過電流保護措施有  快速熔斷器 、 串進線電抗器、 接入直流快速開關(guān) 、 過電流繼電器。（寫出四種即可）17、給晶閘管陽極加上一定的正向電壓在門極加上正向電壓，并形成足夠的門極電流，晶體管才能導(dǎo)通。18、對變流電路實施過電壓保護時，過電壓保護用到的主要原件有：電阻、電容、二極管、電感。 第二章復(fù)習題1、 雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要不同？答：雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比，在采用相同晶閘管的條件下，雙反星

10、形電路的輸出電流可大一倍。2、 指出造成逆變失敗的幾種主要原因？答：（1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時、準確地給各晶體管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相，使交流電源電壓和直流電動勢順向串聯(lián)，形成短路。（2）晶閘管發(fā)生故障，在應(yīng)該阻斷期間，器件失去阻斷能力，或在應(yīng)該導(dǎo)通期間，器件不能導(dǎo)通，造成逆變失敗。（3）在逆變工作時，交流電源發(fā)生缺相或突然消失，由于直流電動勢Em的存在，晶閘管仍可導(dǎo)通，此時交流器的交流側(cè)由于失去了同直流電動勢極性相反的交流電壓，因此直流電動勢將通過晶閘管使電路短路。（4）換相的裕量角不足，引起換相失敗，應(yīng)考慮變壓器漏抗引起重疊角對逆變電路換相的影響。

11、3、實現(xiàn)有源逆變必須滿足哪兩個必不可少的條件？答：（1）要有直流電動勢，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓。（2）要求晶閘管的控制角a/2，使Ud為負值。4、晶閘管觸發(fā)的觸發(fā)脈沖需要滿足哪幾項基本要求？答：、A:觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率。B：觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖前沿盡可能陡，使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。C：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。5、實現(xiàn)正確觸發(fā)的同步定相的方法步驟有哪些？答：A：根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，確定同步信號電壓us與對應(yīng)晶閘管陽極電壓之間的相位關(guān)系。

12、0;  B：根據(jù)整流變壓器TS的接法與鐘點數(shù)，以電網(wǎng)某線電壓作參考矢量，畫出整流變壓器二次側(cè)也就是晶閘管陽極電壓的矢量。再根據(jù)A確定同步信號US與晶閘管陽極電壓的相位關(guān)系，畫出對應(yīng)的同步相電壓矢量和同步線電壓的矢量。   C：根據(jù)同步變壓器二次線電壓矢量位置，定出同步變壓器TS的鐘點數(shù)和接法。只需把同步變壓器二次電壓Usu、Usv、Usw分別接到VT1，VT3，VT5管的觸發(fā)電路；Us(-U)、Us(-v)、Us(-w)分別接到VT4、VT6、VT2的觸發(fā)電路，與主電路的各個符號完全對應(yīng)，即能保證觸發(fā)脈沖與主電路同步。6、單相橋式半控整流電路，電阻性負載。當控制角

13、=90º時，畫出：負載電壓ud、晶閘管VT1電壓uVT1、整流二極管VD2電壓uVD2，在一周期內(nèi)的電壓波形圖7、晶閘管對觸發(fā)電路有哪些要求？8、三相半波整流電路，將整流變壓器的二次繞組均分為兩段，每段的電動勢相同，接成兩折接法，其分段布置及矢量圖如圖所示，問變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么？解：三相半波可控整流電路，當變壓器二次繞組分成兩組，按本題圖示曲折接線，及矢量圖所示。變壓器二次繞組中，同一相的兩個繞阻的電流，方向相反大小相等，因而形成的磁通，方向也相反、磁通量大小也會相等。這樣變壓器鐵心中就不會存在直流磁通，自然就不會被直流磁化了。9、什么是逆變失?。磕孀兪『笥惺裁春蠊?？

14、形成的原因是什么？解：逆變失敗指的是：逆變過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。從而使逆變橋進入整流狀態(tài)，造成兩電源順向聯(lián)接，形成短路。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(guān)器件。產(chǎn)生逆變失敗的原因：一是逆變角太??；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。10、 實現(xiàn)有源逆變必須滿足哪些必不可少的條件？（6分）答1、  實現(xiàn)有源逆變必須外接一直流電源，其方向與晶閘管電流方向相同，其數(shù)值要稍大于逆變橋電壓，才能提供逆變能量。另外變流器必須工作在<90º，（>90º）區(qū)域，使U

15、d<0，才能把直流功率逆變?yōu)榻涣鞴β史邓碗娋W(wǎng)。11、根據(jù)對輸出電壓平均值進行控制的方法不同，直流斬波電路可有哪三種控制方式？并簡述其控制原理。答： 第一種調(diào)制方式為：保持開關(guān)周期不變，改變開關(guān)導(dǎo)通時間ton稱為脈寬調(diào)制。簡稱“PWM”調(diào)制。第二種調(diào)制方式為：保持開關(guān)導(dǎo)通時間ton不變，改變開關(guān)周期，稱為頻率調(diào)制。簡稱為“PFM”調(diào)制。第三種調(diào)制方式為：同時改變周期T與導(dǎo)通時間ton。使占空比改變，稱為混合調(diào)制。12、對直流斬波電路的控制方式通常有哪幾種？畫出不同控制方式的輸出電壓波形。13、一臺工業(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

16、相交流調(diào)壓電源供電，如果正常工作時負載只需要5千瓦。試問雙向晶閘管的觸發(fā)角應(yīng)為多少度？試求此時的電流有效值，以及電源側(cè)的功率因數(shù)值。/2；     32.1A；      0.707；14、  三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感性負載，R=5，L值極大。  當控制角=60º時，求：A、  畫出ud、id、iVT1、的波形。B、  計算負載平均電壓Ud、平均電流Id、流過晶閘管平均電流IdVT和有效電流IVT的值。1、 U0=133.3V；I0

17、=6.67A；2、 Ud=117V； Id=23.4A； IdVT=7.8A； IVT=13.5A；第三章習題1簡述圖3-1a所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓V導(dǎo)通一段時間ton，由電源E向L、R、M供電，在此期間，uoE。然后使V關(guān)斷一段時間toff，此時電感L通過二極管VD向R和M供電，uo0。一個周期內(nèi)的平均電壓Uo。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。 2在圖3-1a所示的降壓斬波電路中，已知E=200V，R=10，L值極大，EM=30V，T=50s,ton=20s,計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解：由于L值極大，故負載電流連續(xù)，

18、于是輸出電壓平均值為Uo=80(V)輸出電流平均值為Io =5(A) 3在圖3-1a所示的降壓斬波電路中，E=100V， L=1mH，R=0.5，EM=10V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20s，當ton=5s時，計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io，計算輸出電流的最大和最小值瞬時值并判斷負載電流是否連續(xù)。當ton=3s時，重新進行上述計算。解：由題目已知條件可得：m=0.1=0.002 當ton=5s時，有=0.01ar=0.0025 由于=0.249>m所以輸出電流連續(xù)。 此時輸出平均電壓為Uo =25(V) 輸出平均電流為Io =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為I

19、max=30.19(A)Imin=29.81(A)當ton=3s時，采用同樣的方法可以得出：=0.0015 由于=0.149>m所以輸出電流仍然連續(xù)。 此時輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時值分別為：Uo =15(V)Io =10(A)Imax=10.13(A)Imin=9.873(A)4簡述圖3-2a所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大。當V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時電容C上的電壓向負載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值Uo。設(shè)V處于通態(tài)的時間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為。當V處于斷態(tài)

20、時E和L共同向電容C充電并向負載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：化簡得：式中的，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。1、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 。 2、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、下二個元件之間進行；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行的。3、  在有環(huán)流逆變系統(tǒng)

21、中，環(huán)流指的是只流經(jīng) 逆變電源   、     逆變橋  而不流經(jīng)  負載  的電流。環(huán)流可在電路中加    電抗器   來限制。為了減小環(huán)流一般采控用控制角   大于  的工作方式。 4、通常變流電路實現(xiàn)換流的方式有        器件換流，電網(wǎng)換流，負載換流，強迫換

22、流，四種。5、  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)  負載  的電流。環(huán)流可在電路中加    電抗器   來限制。為了減小環(huán)流一般采控用控制角   大于  的工作方式。6、變頻電路常用的換流方式有 負載諧振換流、  脈沖（強迫）換流  兩種。7、逆變

23、器按直流側(cè)提供的電源的性質(zhì)來分，可分為 型逆變器和 型逆變器。電壓型逆變器直流側(cè)是電壓源，通常由可控整流輸出在最靠近逆變橋側(cè)用 器進行濾波，電壓型三相橋式逆變電路的換流是在橋路的 原件之間換流，每只晶閘管導(dǎo)電的角度是 度；而電流型逆變器直流側(cè)是電流源，由可控整流輸出在最靠近逆變橋側(cè)是由 濾波，電流型三相橋式逆變電路換流是在原件之間換流，每次晶閘管導(dǎo)電的角度是 度。8、PWM脈寬調(diào)制型變頻電路的基本原理：對逆變電路中開關(guān)器件的通斷進行有規(guī)律的調(diào)劑，使輸出端得到 脈沖來等效正弦波。9、直流斬波電路在改變負載的直流電壓時，常用控制方式有 、 、 、三種10、PWM逆變電路的控制方式有 、 、 、 、

24、11、PWM逆變電路的控制方法有 計算法，調(diào)制法，跟蹤控制法   三種。其中調(diào)制法又可分為  異步調(diào)控法，同步調(diào)控法  兩種。13、14.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)缺點？解：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。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，輸出較接近正弦波。缺點是：正負半周脈沖數(shù)不相等，對稱性差。因此，希望采用較高的載波頻率，以克服在信號頻率較高時仍能保持