電力電子期末試題.和答案解析

./1．晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由什么決定？晶閘管的關(guān)斷條件是什么？如何實(shí)現(xiàn)？晶閘管導(dǎo)通與阻斷時(shí)其兩端電壓各為多少？解：晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管陽極和陰極之間加正向陽極電壓。門極和陰極之間加適當(dāng)?shù)恼蜿枠O電壓。導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由主電路電源電壓和負(fù)載大小決定。晶閘管的關(guān)斷條件是：陽極電流小于維持電流。關(guān)斷晶閘管可以通過降低晶閘管陽極－陰極間電壓或增大主電路中的電阻。晶閘管導(dǎo)通時(shí)兩端電壓為通態(tài)平均電壓〔管壓降,阻斷時(shí)兩端電壓由主電路電源電壓決定。2．調(diào)試圖所示晶閘管電路,在斷開負(fù)載Rd測(cè)量輸出電壓Ud是否可調(diào)時(shí),發(fā)現(xiàn)電壓表讀數(shù)不正常,接上Rd后一切正常,請(qǐng)分析為什么？習(xí)題2圖解：當(dāng)S斷開時(shí),由于電壓表內(nèi)阻很大,即使晶閘管門極加觸發(fā)信號(hào),此時(shí)流過晶閘管陽極電流仍小于擎住電流,晶閘管無法導(dǎo)通,電流表上顯示的讀數(shù)只是管子漏電流形成的電阻與電壓表內(nèi)阻的分壓值,所以此讀數(shù)不準(zhǔn)。在S合上以后,Rd介入電路,晶閘管能正常導(dǎo)通,電壓表的讀數(shù)才能正確顯示。3．畫出圖1-35所示電路電阻Rd上的電壓波形。圖1-35習(xí)題3圖解：4．說明晶閘管型號(hào)KP100-8E代表的意義。解：KP100-8E表示額定電流100A、額定電壓8級(jí)〔800V、通態(tài)平均電壓組別E〔0.7＜UT≤0.8普通晶閘管。5．晶閘管的額定電流和其他電氣設(shè)備的額定電流有什么不同？解：由于整流設(shè)備的輸出端所接負(fù)載常用平均電流來衡量其性能,所以晶閘管額定電流的標(biāo)定與其他電器設(shè)備不同,采用的是平均電流,而不是有效值,又稱為通態(tài)平均電流。所謂通態(tài)平均電流是指在環(huán)境溫度為40℃和規(guī)定的冷卻條件下,晶閘管在導(dǎo)通角不小于170°6．型號(hào)為KP100－3、維持電流IH＝3mA的晶閘管,使用在習(xí)題圖所示的三個(gè)電路中是否合理？為什么〔不考慮電壓、電流裕量？習(xí)題6圖解：〔a圖的目的是鞏固維持電流和擎住電流概念,擎住電流一般為維持電流的數(shù)倍。本題給定晶閘管的維持電流IH＝3mA,那么擎住電流必然是十幾毫安,而圖中數(shù)據(jù)表明,晶閘管即使被觸發(fā)導(dǎo)通,陽極電流為100V/50KΩ＝3mA,遠(yuǎn)小于擎住電流,晶閘管不可能導(dǎo)通,故不合理。 〔b圖主要是加強(qiáng)對(duì)晶閘管型號(hào)的含義及額定電壓、額定電流的理解。 本圖所給的晶閘管額定電壓為300A、額定電流100A。圖中數(shù)據(jù)表明,晶閘管可能承受的最大電壓為311V,大于管子的額定電壓,故不合理。 〔c圖主要是加強(qiáng)對(duì)晶閘管型號(hào)的含義及額定電壓、額定電流的理解。 晶閘管可能通過的最大電流有效值為150A,小于晶閘管的額定電流有效值1.57×100＝157A,晶閘管可能承受的最大電壓150V,小于晶閘管的額定電壓300V,在不考慮電壓、電流裕量的前提下,可以正常工作,故合理。7．某晶閘管元件測(cè)得UDRM＝840V,URRM=980V,試確定此晶閘管的額定電壓是多少？解：根據(jù)將UDRM和URRM中的較小值按百位取整后作為該晶閘管的額定值,將兩者較小的840V按教材表1－2取整得800V,該晶閘管的額定電壓為8級(jí)〔800V。8．有些晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后,觸發(fā)脈沖結(jié)束時(shí)它又關(guān)斷是什么原因？解：晶閘管的陽極加正向電壓,門極加正向觸發(fā)脈沖時(shí),晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。此后陽極電流逐漸上升到擎住電流后,去掉觸發(fā)脈沖,則管子繼續(xù)導(dǎo)通,知道電流升到負(fù)載電流后,進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如果陽極電流還沒有升到擎住電流值就去掉門極脈沖,則晶閘管就不能繼續(xù)導(dǎo)通而關(guān)斷。9．雙向晶閘管額定電流的定義和普通晶閘管額定電流的定義有何不同？額定電流為100A的兩只普通晶閘管反并聯(lián)可以用額定電流為多少的雙向晶閘管代替？解：雙向晶閘管的額定電流用有效值表示,而普通晶閘管的額定電流是用平均值表示的。額定電流100A的普通晶閘管,其通過電流的峰值為100A×π=314A,則雙向晶閘管的額定電流為314/=222A。10．雙向晶閘管有哪幾種觸發(fā)方式？一般選用哪幾種？解：雙向晶閘管的觸發(fā)方式有：I+觸發(fā)：T1接正電壓,T2接負(fù)；門極G接正,T2接負(fù)。I-觸發(fā)：T1接正,T2接負(fù)；門極G為負(fù),T2接正。Ⅲ+觸發(fā)T1接負(fù),T2接正,門極G接正,T2接負(fù)。Ⅲ-觸發(fā)T1接負(fù),T2接正；門極G接負(fù),T2接正。一般選用I+和Ⅲ-。11．說明圖所示的電路,指出雙向晶閘管的觸發(fā)方式。習(xí)題11圖解：S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)載上無電壓S置于位置2：正半周,雙向晶閘管Ⅰ+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。S置于位置3：正半周,雙向晶閘管Ⅰ+觸發(fā)方式導(dǎo)通。負(fù)半周,雙向晶閘管Ⅲ-觸發(fā)方式導(dǎo)通,負(fù)載上得到近似單相交流電壓。12．可關(guān)斷晶閘管GTO有哪些主要參數(shù)？其中哪些參數(shù)與普通晶閘管相同？哪些不同？解：可關(guān)斷晶閘管GTO的主要參數(shù)有：斷態(tài)重復(fù)峰值電壓、斷態(tài)不娼婦峰值電壓、反向重復(fù)峰值電壓和反向不重復(fù)峰值電壓、開通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間等,這些參數(shù)定義與普通晶閘管相同。與普通晶閘管不同的是：〔1最大可關(guān)斷陽極電流IATO。也是標(biāo)稱GTO額定電流的參數(shù)。與普通晶閘管的額定電流不同?！?電流關(guān)斷增益。定義為〔3維持電流與擎住電流。GTO的維持電流和擎住電流的含義和普通晶閘管的含義基本相同。但是,由于GTO的多元集成結(jié)構(gòu),使得每個(gè)GTO遠(yuǎn)的維持電流和擎住電流不可能完全相同。因此把陽極電流減小到開始出現(xiàn)某些GTO元不能再維持導(dǎo)通時(shí)的值稱為整個(gè)GTO的維持電流；而規(guī)定所有GTO元都達(dá)到其擎住電流的陽極電流為GTO的擎住電流。13．名詞解釋控制角〔移相角導(dǎo)通角移相移相范圍控制角：控制角也叫觸發(fā)角或觸發(fā)延遲角,是指晶閘管從承受正向電壓開始到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)之間的電角度。導(dǎo)通角θ：是指晶閘管在一周期內(nèi)處于導(dǎo)通的電角度。移相：是指改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻,即改變控制角的大小。移相范圍：是指一個(gè)周期內(nèi)觸發(fā)脈沖的移動(dòng)范圍,它決定了輸出電壓的變化范圍。14．有一單相半波可控整流電路,帶電阻性負(fù)載Rd=10Ω,交流電源直接從220V電網(wǎng)獲得,試求：〔1輸出電壓平均值Ud的調(diào)節(jié)范圍；〔2計(jì)算晶閘管電壓與電流并選擇晶閘管。解：〔1輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍：0~99V〔2KP20-715．單相半波整流電路,如門極不加觸發(fā)脈沖；晶閘管內(nèi)部短路；晶閘管內(nèi)部斷開,試分析上述3種情況下晶閘管兩端電壓和負(fù)載兩端電壓波形。解：〔1晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖,即晶閘管呈阻斷狀態(tài),可視作開路,所以輸出電壓和晶閘管兩端電壓波形如習(xí)題圖15〔a所示?！?晶閘管內(nèi)部短路,顯然晶閘管兩端電壓為零,此時(shí)輸出電壓和晶閘管兩端電壓波形如習(xí)題15圖b所示?！?晶閘管內(nèi)部開路,輸出電壓和晶閘管兩端電壓波形如習(xí)題15〔c所示。習(xí)題15圖16．畫出單相半波可控整流電路,當(dāng)=60°時(shí),以下三種情況的、及的波形。電阻性負(fù)載。大電感負(fù)載不接續(xù)流二極管。大電感負(fù)載接續(xù)流二極管。解：〔1波形如圖〔a電阻性負(fù)載波形圖〔b電感性負(fù)載不接續(xù)流二極管〔c電感性負(fù)載接續(xù)流二極管17．中小型發(fā)電機(jī)采用的單相半波晶閘管自激勵(lì)磁電路如圖,L為勵(lì)磁電感,發(fā)電機(jī)滿載時(shí)相電壓為220V,要求勵(lì)磁電壓為40V,勵(lì)磁繞組內(nèi)阻為2Ω,電感為0.1H,試求滿足勵(lì)磁要求時(shí),晶閘管的導(dǎo)通角及流過晶閘管與續(xù)流二極管的電流平均值和有效值。習(xí)題17圖解：1先求控制角得＝101° 則θT＝180°－101°＝79°θD＝180°+101°＝281° 由于ωLd=2πfLd=2×3.14×50×0.1=31.4Ω,所以為大電感負(fù)載,各電量分別計(jì)算如下2> 3選擇晶閘管和續(xù)流二極管得型號(hào) ?。?00V,＝10A；選擇晶閘管型號(hào)為KP10－7。 ?。?00V,＝20A；選擇晶閘管型號(hào)為ZP20－7。 4是續(xù)流二極管開路造成的。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈為大電感負(fù)載,所以輸出電壓Ud始終為零或電壓很低。18．某電阻性負(fù)載要求0～24V直流電壓,最大負(fù)載電流Id＝30A,如用220V交流直接供電與用變壓器降壓到60V供電,都采用單相半波整流電路,是否都能滿足要求？試比較兩種供電方案所選晶閘管的導(dǎo)通角、額定電壓、額定電流值以及電源和變壓器二次側(cè)的功率因數(shù)和對(duì)電源的容量的要求有何不同、兩種方案哪種更合理〔考慮2倍裕量？解：〔1采用220V電源直接供電,當(dāng)=0°時(shí)Ud0＝0.45U2=99V 采用整流變壓器降至60V供電,當(dāng)=0°時(shí)Ud0＝0.45U2=27V 所以只要適當(dāng)調(diào)節(jié)角,上述兩種方案均滿足輸出0～24V直流電壓的要求。 〔2采用220V電源直流供電,因?yàn)?其中在輸出最大時(shí),U2＝220V,Ud＝24V,則計(jì)算得≈121°,θT＝180°－121°＝59°晶閘管承受的最大電壓為UTM＝U2＝311V考慮2倍裕量,晶閘管額定電壓UTn=2UTM=622V流過晶閘管的電流有效值是IT＝,其中,≈121°,則IT＝84A考慮2倍裕量,則晶閘管額定電流應(yīng)為因此,所選晶閘管的額定電壓要大于622V,額定電流要大于107A。電源提供的有功功率電源的視在功率:電源側(cè)功率因數(shù):〔3采用整流變壓器降至60V供電,U2＝60V,Ud＝24V,由計(jì)算得≈39°,θT＝180°－39°＝141°晶閘管承受的最大電壓為UTM＝U2＝84.9V考慮2倍裕量,晶閘管額定電壓UTn=2UTM=169.8V流過晶閘管的電流有效值是IT＝考慮2倍裕量,則晶閘管額定電流應(yīng)為因此,所選晶閘管的額定電壓要大于169.8V,額定電流要大于65.5A。電源提供的有功功率:電源的視在功率:電源側(cè)功率因數(shù):通過以上計(jì)算可以看出,增加了變壓器后,使整流電路的控制角減小,所選晶閘管的額定電壓、額定電流都減小,而且對(duì)電源容量的要求減小,功率因數(shù)提高。所以,采用整流變壓器降壓的方案更合理。33．單相交流調(diào)壓電路如圖,U2＝220V,L=5.516mH,R＝1Ω,試求：控制角α的移相范圍。負(fù)載電流最大有效值。最大輸出功率和功率因數(shù)。習(xí)題34圖解：1單相交流調(diào)壓電感性負(fù)載時(shí),控制角α的移相范圍是所以控制角α的移相范圍是60°~π。 2因α=時(shí),電流為連續(xù)狀態(tài),此時(shí)負(fù)載電流最大。 3最大功率1、請(qǐng)?jiān)谡_的空格內(nèi)標(biāo)出下面元件的簡(jiǎn)稱：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)必須考慮均流的問題,解決的方法是串專用均流電抗器。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。2、由晶閘管構(gòu)成的逆變器換流方式有負(fù)載換流和強(qiáng)迫〔脈沖換流。3、按逆變后能量饋送去向不同來分類,電力電子元件構(gòu)成的逆變器可分為有源逆變器與無源逆變器兩大類。4、有一晶閘管的型號(hào)為KK200－9,請(qǐng)說明KK快速晶閘管；200表示表示200A,9表示900V。5、單結(jié)晶體管產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖是尖脈沖脈沖；主要用于驅(qū)動(dòng)小功率的晶閘管；鋸齒波同步觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖為強(qiáng)觸發(fā)脈沖脈沖；可以觸發(fā)大功率的晶閘管。1、普通晶閘管的圖形符號(hào)是,三個(gè)電極分別是陽極A,陰極K和門極G晶閘管的導(dǎo)通條件是陽極加正電壓,陰極接負(fù)電壓,門極接正向電壓形成了足夠門極電流時(shí)晶閘管導(dǎo)通；關(guān)斷條件是當(dāng)晶閘管陽極電流小于維持電流IH時(shí),導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。4、變流電路的換流方式有器件換流、電網(wǎng)換流、負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流等四種。5、提高變流置的功率因數(shù)的常用方法有減小觸發(fā)角、增加整流相數(shù)、采用多組變流裝置串聯(lián)供電、設(shè)置補(bǔ)償電容。7、在電力晶閘管電路中,常用的過電流保護(hù)有快速熔斷器；電路串電抗器；過流時(shí)快速移相；和直流快速開關(guān)等幾種。8、晶閘管的換相重疊角與電路的觸發(fā)角α、變壓器漏抗XB、平均電流Id、電源相電壓U2等參數(shù)有關(guān)。2、單相全波可控整流電路中,晶閘管承受的最大反向電壓為U2。三相半波可控整流電路中,晶閘管承受的最大反向電壓為U2?！搽娫聪嚯妷簽閁23、要使三相全控橋式整流電路正常工作,對(duì)晶閘管觸發(fā)方法有兩種,一是用大于60o小于120o的寬脈沖觸發(fā)；二是用脈沖前沿相差60o的雙窄脈沖觸發(fā)。4、在同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路中,鋸齒波底寬可達(dá)240o度；實(shí)際移相才能達(dá)

0o-180o度。6、軟開關(guān)電路種類很多,大致可分成零電壓電路、零電流電路兩大類。8、逆變器環(huán)流指的是只流經(jīng)兩組反并聯(lián)的逆變橋、而不流經(jīng)負(fù)載的電流,環(huán)流可在電路中加采用串聯(lián)電抗器來限制。10、絕緣柵雙極型晶體管是以電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極為柵極作為柵極,以以電力晶體管集電極和發(fā)射極作為發(fā)射極與集電極復(fù)合而成。1、晶閘管的圖形符號(hào)是,三個(gè)電極分別是陽極A、陰極K、和門極G,雙向晶閘管的圖形符號(hào)是,它的三個(gè)極分是第一陽極T1、第二陽極T2、和門極G。4、從晶閘管開始承受正向電壓起到晶閘管導(dǎo)通之間的電角度稱為控制角,用α表示。5、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路鋸齒波底寬可達(dá)240o度；正弦波觸發(fā)電路的理想移相范圍可達(dá)180o度,實(shí)際移相范圍只有150o。6、一般操作過電壓都是瞬時(shí)引起的尖峰電壓,經(jīng)常使用的保護(hù)方法是阻容保護(hù)而對(duì)于能量較大的過電壓,還需要設(shè)置非線性電阻保護(hù),目前常用的方法有壓敏電阻和硒堆。7、交流零觸發(fā)開關(guān)電路就是利用過零觸發(fā)方式來控制晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷的。二、判斷題〔對(duì)√、錯(cuò)×2、在用兩組反并聯(lián)晶閘管的可逆系統(tǒng),使直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行時(shí),其中一組逆變器工作在整流狀態(tài),那么另一組就工作在逆變狀態(tài)?！病?、晶閘管串聯(lián)使用時(shí),必須注意均流問題。〔×5、并聯(lián)諧振逆變器必須是略呈電容性電路。〔√6、給晶閘管加上正向陽極電壓它就會(huì)導(dǎo)通?！病?、有源逆變指的是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能送給負(fù)載?！病?0、變頻調(diào)速實(shí)際上是改變電動(dòng)機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度達(dá)到改變輸出轉(zhuǎn)速的目的。〔√1、兩個(gè)以上晶閘管串聯(lián)使用,是為了解決自身額定電壓偏低,不能勝用電路電壓要求,而采取的一種解決方法,但必須采取均壓措施?！病獭?、變流裝置其功率因數(shù)的高低與電路負(fù)載阻抗的性質(zhì),無直接關(guān)系。〔√4、并聯(lián)與串聯(lián)諧振式逆變器屬于負(fù)載換流方式,無需專門換流關(guān)斷電路?！病?、觸發(fā)普通晶閘管的觸發(fā)脈沖,也能觸發(fā)可關(guān)斷晶閘管?！病?、三相半波可控整流電路,不需要用大于60o小于120o的寬脈沖觸發(fā),也不需要相隔60o的雙脈沖觸發(fā),只用符合要求的相隔120o的三組脈沖觸發(fā)就能正常工作?！病?、變頻調(diào)速裝置是屬于無源逆變的范疇。〔√8、有源逆變裝置是把逆變后的交流能量送回電網(wǎng)?！病?、雙向晶閘管額定電流的定義,與普通晶閘管的定義相同?！病?0、用穩(wěn)壓管削波的梯形波給單結(jié)晶體管自激振蕩電路供電,目的是為了使觸發(fā)脈沖與晶閘管主電路實(shí)現(xiàn)同步。〔×1、半控橋整流電路,大電感負(fù)載不加續(xù)流二極管,電路出故障時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象?！病?3、晶閘管并聯(lián)使用時(shí),必須注意均壓?jiǎn)栴}?！病?、無源逆變指的是不需要逆變電源的逆變電路。〔×6、直流斬波電路只能實(shí)現(xiàn)降低輸出直流電壓的作用〔×7、無源逆變指的是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能回送給電網(wǎng)。〔×8、在三相半波可控整流電路中,晶閘管承受的最大反壓為倍相電壓U2?！病?、三相全控橋整流電路中,輸出電壓的脈動(dòng)頻率為150Hz?！病?、逆變角太小會(huì)造成逆變失敗?！病?、設(shè)置補(bǔ)償電容可以提高變流裝置的功率因數(shù)?！病?、在單相全控橋電路中,晶閘管的額定電壓應(yīng)取U2?！病?、在三相半波可控整流電路中,電路輸出電壓的波形脈動(dòng)頻率為300Hz?！病?、在觸發(fā)電路中采用脈沖變壓器可保障人員和設(shè)