《電力電子技術》課后復習題(附答案)

PAGE13PAGE電力電子技術課后復習題（全面）1、電力電子技術是一種利用電力電子器件對電能進行控制、轉換、和傳輸?shù)募夹g。2、電力電子技術包括電力電子器件、電路和控制三大部分。3、電力電子技術的基本轉換形式和功能： 整流電路AC/DC整流器 直流斬波DC/DC斬波器 逆變電路DC/AC逆變器 交流電路AC/AC變頻器4、電力電子器件是指在可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。5、廣義上，電力電子器件也可分為電真空器件和半導體器件。6、按照器件能夠被控制電路信號所控制的程度的程度進行分類： 不可控器件電力二極管（功率二極管PD） 半控型器件晶閘管(SCR) 全控型器件電力晶體管（GTR）7、全控型器件也稱自關斷器件。代表元件：門極可關斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、電力場效應晶體管（MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。8、按照驅(qū)動電路加在器件控制端和公共端之間信號的性質(zhì)進行分類： 電流驅(qū)動型：晶閘管、門極可關斷晶閘管、電力晶體管等。 電壓驅(qū)動型：電力場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管等。9、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類：雙極型器件:電力二極管、晶閘管、門極可關斷晶閘管、電力晶體管單極型器件：電力場效應晶體管。復合型器件：絕緣柵雙極晶體管。10、功率二極管（PD）又稱電力二極管，也稱半導體整流器。其基本結構與普通二極管一樣。有螺栓型和平板型兩種封裝。 正平均電流IF(AV):電流最大有效值I11．功率二極管的測試：用萬用表的Rx100或Rx1測量。 【注】嚴禁用兆歐表測試功率二極管。選擇二極管時要考慮耗散功率。不可控器件功率二極管（電力二極管）12、功率二極管的主要類型：普通二極管、快速恢復二極管、肖特基二極管。13、半控型器件晶閘管（SCR）是硅晶體閘流管的簡稱，又稱為可控硅整流器。廣泛應用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓和直流交換等領域14、晶閘管是一種大功率半導體器件，其外形結構有塑封型、螺栓型、平板型。是4層半導體器件，由3個PN結，3個電極即陽極A、陰極K和門極G。額定電流小于200A的晶閘管采用螺栓式，大于200A的采用平板式。15、晶閘管在結構上可以用三只二極管來代替，但可以用三只二極管代替嗎，為什么？答：16、晶閘管的導通條件：（1）晶閘管主電路加正向電壓。（2）晶閘管控制電路加合適的正向電壓（觸發(fā)電壓）。晶閘管的關斷條件：陽極電流小于維持電流IH（維持晶閘管導通所需的最小陽極電流）。晶閘管的關斷方法：減小陽極電流或切斷正向電壓或加反向電壓?！咀ⅰ烤чl管的導通電壓為1V。17、額定電壓UTn：通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓。【例1】：若測得并計算出來的晶閘管的UDRM為835V，URRM為976V，則額定電壓為多少？答案：800v,(選擇兩種較小的電壓)UDRM：正向重復峰值電壓；URRM：反向重復峰值電壓。18、選擇晶閘管的額定電壓是實際工作時可能承受的最大電壓的2~3倍，即：19、晶閘管的額定電流：晶閘管它所允許的流過的最大工頻正弦電流的平均值，【注】SCR的額定電流是平均值，而非有效值。20、波形系數(shù)Kf:Kf=IT/Id；IT：有效值，Id：平均值。IT：有效值，IT(AV):通態(tài)平均電流。例：額定電流為100A的晶閘管，其允許通過的電流有效值為157A實際波形的電流有效值等于IT(AV)對應的半波有效值：KfId=1.57IT(AV)。21、實際選擇晶閘管時，晶閘管在額定電流時的電流有效值大于其所在電路中可能流過的最大電流的有效值，同時取（1.5--2）倍的安全裕量。22、例：全波電流，Kf=1.1，Id=100A，求SCR的額定電流？解：KfId=1.57IT(AV)SCR的額定電流IT(AV)=1.1*100/1.57=70.06A?！纠?】一晶閘管接在220V交流電路中，通過晶閘管電流的有效值為50A，問如何選擇晶閘管的額定電壓和額定電流？解：=（1.5-2）*50A/1.57=47.8A—63.7A【例5】某晶閘管接在220V交流回路中，通過器件的電流有效值為100A，問選擇什么型號的晶閘管？解：晶閘管額定電壓按晶閘管參數(shù)系列取800V，即8級。晶閘管的額定電流按晶閘管參數(shù)系列取100A，所以選取晶閘管型號KP100-8E。24、擎住電流IL：是指晶閘管加上觸發(fā)電壓，當元件從阻斷狀態(tài)剛轉入通態(tài)就去掉觸發(fā)信號，此時要維持元件導通所需要的最小陽極電流。 維持電流IH：指在關斷SCR時維持其導通所必需的最小陽極電流。 【注】擎住電流IL要比維持電流IH大2—4倍。25、例KP50-8G的含義：額定電流：50A，額定電壓：800V，管壓降：1V26：門極可關斷晶閘管(GateTurnOffthyristor)簡稱GTO。即能導通又能截止。GTO的電氣符號： 電力晶體管（GTR）又稱大功率晶體管，是一種耐高壓、大電流的雙極型晶體管，按英文直譯為巨型晶體管。電力晶體管（GTR）的結構與小功率晶體管相似，由3層半導體、2個PN結組成，也有NPN、PNP兩種類型。主要特性：耐高壓、電流大、開關特性好。通常采用至少由兩個晶體管按達林頓管接法組成的單元結構，而集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。27、二次擊穿：處于工作狀態(tài)的GTR，當其集電極反偏電壓UCE逐漸增大到最大電壓BUCEO時，集電極電流IC急劇增大，但此時集電結的電壓基本保持不變，這叫一次擊穿，如圖4-6所示。發(fā)生一次擊穿時，如果有外接電阻限制電流IC的增大，一般不會引起GTR的特性變壞。如果繼續(xù)增大UCE，又不限制IC的增長，則當IC上升到A點（臨界值）時，UCE突然下降，而IC繼續(xù)增大（負阻效應），這時進入低壓大電流段，直到管子被燒壞，這個現(xiàn)象稱為二次擊穿。【注】二次擊穿是GTR突然損壞的主要原因之一，發(fā)生二次擊穿的必須同時具備的3個條件：高電壓、大電流和持續(xù)時間。28、安全工作區(qū)SOA（SafeOperationArea）是指在輸出特性曲線圖上GTR能夠安全運行的電流電壓的極限范圍?！咀ⅰ繒螾31安全工作區(qū)的四個參數(shù)：USB:二次擊穿電壓ISB:二次擊穿電流PSB:二次擊穿功率ICM:29、功率場效應晶體管又稱為電力場效應晶體管（MOSFET），分結型和絕緣柵型兩種類型。30、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）IGBT也是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。31、單向可控整流電路：(1)電阻性負載： 輸出直流電壓平均值Ud：輸出直流電流平均值Id：輸出電壓有效值：輸出電流有效值：電源供給的有功功率P、視在功率S和功率因數(shù)：【注】晶閘管的最大移相范圍是0o～180o。[例1]單相半波可控整流電路，電阻性負載，Rd=5Ω，由220V交流電源直接供電，要求輸出平均直流電壓50V，求晶閘管的控制角α、導通角θ、電源容量S及功率因數(shù)cos?，并選用晶閘管KP。P34解：32、電感性負載的特點：電感對電流變化有電抗拒，使得流過的電流不能突變。（平波電抗器）33、(2)電感性負載電路：變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。【注】晶閘管的最大移相范圍是0o--90o。33、(3)帶續(xù)流二極管的電感性負載：輸出直流電壓平均值：輸出直流電流平均值：晶閘管的電流平均值和有效值：續(xù)流二極管的電流平均值和有效值：【注】晶閘管的最大移相范圍仍是0o--180o。34、單相全控橋式整流電路：(1)電阻性負載：負載電壓平均值Ud：負載電流平均值Id：負載電壓有效值U：負載電流有效值I：晶閘管的電流平均值IdT和有效值IT：電源供給的有功功率P、視在功率S和功率因數(shù)：【注】：晶閘管承受的最大反向電壓為√2U2，承受的最大正向電壓為√2/2U2。晶閘管的最大移相范圍仍是0o--180o。

(2)大電感性負載:負載電壓平均值:負載電流的平均值:晶閘管的電流平均值和有效值:負載消耗的有功功率:(3)帶續(xù)流二極管的大電感性負載:輸出直流電壓平均值:輸出直流電流的平均值:晶閘管的電流平均值和有效值:續(xù)流二極管的電流平均值和有效值:35、單相橋式半控整流電路：（1）電阻性負載：負載電壓、電流平均值：晶閘管的電流平均值和有效值：源供給的有功功率、功率因數(shù)：（2）電感性負載：輸出直流電壓平均值：輸出直流電壓平均值：晶閘管的電流平均值和有效值:續(xù)流二極管的電流平均值和有效值:【注】：自然續(xù)流現(xiàn)象：u2過零變負時，由于電感的作用，會使VT1繼續(xù)導通，但二極管由VD4換流到了VD3。負載電流經(jīng)VT1、Rd、VD3續(xù)流，而沒有經(jīng)過電源，因此負載上得到的電壓近似為零，這就是單相橋式半控整流電路的自然續(xù)流現(xiàn)象。失控現(xiàn)象：在實際運行中有時會出現(xiàn)一個VT一直導通，另兩個二極管輪流導通，電路不用觸發(fā)就工作的異?，F(xiàn)象，稱為失控。為了避免失控情況，在負載側并聯(lián)一個續(xù)流二極管D。晶閘管的移相范圍是：0°~180°。（3）帶續(xù)流二極管的電感性負載：輸出直流電壓平均值：輸出直流電壓平均值：晶閘管的電流平均值和有效值：續(xù)流二極管的電流平均值和有效值：【注】晶閘管承受的最大正反電壓均為2整流二極管和續(xù)流二極管承受的最大反向電壓為2晶閘管的移相范圍是0°~180°。【例1.4】某電感性負載采用帶續(xù)流管的單相半控橋電路供電，如圖所示。已知：電感線圈的內(nèi)阻Rd=5W，輸入交流電壓U2=220V，控制角=60°。試求晶閘管與續(xù)流管的電流平均值及有效值，并選擇整流電路中的電子元器件。書上P51.36、一個電熱裝置（電阻性負載），要求直流平均電壓60V，負載電流20A，采用單相半波可控整流電路直接從220V交流電網(wǎng)供電。試計算晶閘管的控制角、導通角、電源容量S及功率因數(shù)，并選擇晶閘管型號。37、單相半空橋式可控整流電路帶電阻性負載，要求輸出平均直流電壓在0—80V內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在40V以上時要求負載電流能達到20A，最小控制角min=30，試求：當分別采用220V交流電網(wǎng)直接供電和采用降壓變壓器供電時流過晶閘管的有效值、晶閘管的導通角及電源容量。38、三相橋式全控整流電路帶電感性負載，其中Ld=0.2H,Rd=4,要求Ud從0—220V之間連續(xù)可調(diào)。試求：（1）整流變壓器二次側線電壓是多少？（2）考慮取2