电力电子部分习题word版.docx

电力电子部分习题word版.docx

《电力电子部分习题word版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子部分习题word版.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电力电子部分习题word版

电力电子技术课习题答案

第一章

题1.使用晶闸管条件是什么?

解：

使晶闸管导通的条件是当晶闸管处于正向阳极电压之下，并有一定的门极电流（即门级触发电压）。

题2.维持晶闸管导通的条件是什么?

怎样才能晶闸管由导通变为关断?

解：

维持晶闸管导通的条件是：

当晶闸管导通后，只要有正向阳极电压存在，同时阳极电流大于晶闸管导通时所必需的最小电流（即维持电流），晶闸管就能维持导通；要使晶闸管关断，可以去掉阳极电压或负的阳极电压，或使阳极电流小于维持电流。

题3.单相正弦交流电源，电压有效值为220v，晶闸管和负载电阻串联相接，试计算晶闸管实际承受

的正反向电压最高是多少?

考虑品闸管的安全裕量。

其额定电压应如何选取?

解：

晶闸管实际承受的正反向电压最高为311V；考虑安全裕量，额定电压应为最高电压的2~3倍，即622~933V，可取700V。

题4.如上题中晶闸管的通态平均电流为100A，考虑晶勤闸管的安全裕量，试分别计算导通角为180◦（全

导通）和90◦时,电路允许的峰值电流各是多少?

解：

θ=π时，Ｉ1m＝314A,Ｉ1m’＝157A;θ=π/2时，Ｉ2m=444A，Ｉ2m’=222A。

题5图1-11中阴影部分表示晶闸管导通区，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值

Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3及其波形系效Kf1、kf2、kf3。

解：

a）Id1=0.27Im,I1=0.4767,Kf=I1/Id1=1.755Id2=0.543Im,I2=0.674,Kf2=1.24Id3=0.25Im,I3=0.5Im,Kf3=2

题6.上题中如果不考虑安全裕量，问100A的晶闸管能送出平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？

这时，相

应的电流最大值Im1、Im2、Im3各多少?

解：

1）Id1=90A,Im1=331AId2=126A,Im2=232AId3=78.5A,Im3=314A

第二章

题1.具有续流二极管的单相半波晶闸管整流电路，对发电机励磁绕组供电。

绕组的电阻为5Ω，电感为0.2H，励磁直流平均电流为10A,交流电源电压为220V,计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。

解：

WL=2fL=62.835，为大电感性负载。

流过晶闸管的电流的有效值：

平均电压：

，二极管的电流有效值：

A

晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压为V，取其2～3倍，取622～933V。

题2.上述电路，当α＝0◦和α＝45◦时，试计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值。

在什么情况下续流二极管中的电流有效值大于晶闸管的电流有效值?

解：

对晶闸管＝5A，

对晶闸管＝3.75A，

对续流二极管：

，，

在情况下，。

题6.单相桥式不可控整流电路中，U2=220V，求在电阻负载R=10Ω和电阻电感负载R=10Ω、L值极大情况下的整流电压Ud、负载电流Id、二极管的平均电流IdD以及二极管与电源输入电流的有效值ID和I2，并作出ud、id、iD、i2的波形。

解：

（1）：

Z=R=10

（2）：

负载为电感负载：

例题1：

三相半波逆变电路，直流侧是阻感反电动势负载，已知：

R＝2,L极大，E＝200V是一直流发电机的电势，输出功率P＝5kW,=220V,=1mH,求：

逆变角和晶闸管电流值（换流瞬间完成）

解：

输出电流（A）直流侧电阻和漏抗压降：

（V）

逆变时为负，反电动势向电源回溃能量

而

第三章：

1．单相桥式全控整流电路，阻感负载，R=5Ω，L=∞，变压器漏感LB=2mH ,U2=110V，U1=220V，当α=0◦时，求Id，I2，11和γ并作出ud，id，iT与i2的波形。

解：

漏感内阻：

2．单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH,当α=60◦时求Ud、Id与

γ的数值。

解：

因为感性负载:

3.三相半波整流电路，采用硅整流管，其电压为700V,通态平均电流为200A，器件不串不并，不考虑安全裕量，求此整流器的输出最大电压、电流和功率。

解：

（1）首先按电阻负载:

求出电源电压：

因为三相半波最大正向电压，反向，以最严重情况定：

700＝最大输出电压为：

＝时，输出整流电压最大

求出整流管能输出的电流：

先求出每个整流管的波形系数：

（一个整流管在整个周期的整流平均值）

（A）此结论是一个整流管在整个周期的整流平均电流值。

而由三个管子得到的整个整流电路的整流电流平均值：

由前面的表达式，电流峰值：

由（A）

电阻情况下的电压、电流波形相似，由瞬时值功率表达式：

设wt＝x

（kW）

（2）按电感负载,先求出电源电压：

＝0输出平均电压最大:

求出整流管输出电流：

先求出一个整流管的波形系数:

（A）

由三个整流管得到的整流电路的整流电流

求输出功率:

６．三相半波可控整流电路，阻感负载，Ｒ＝２Ω，Ｌ＝∞，欲借调节α达到维持Id=250A为恒值，已知ＸB=0.08Ω，附加直流端压降∆U=10V，供电电压经常在１～1.15额定范围内变化，求U2值和α变化的范围。

解：

当不变化时，取＝0

第四章

4.1对应于图4-3，设α>π/2，若EM>Ud,情况如何？

EM

解：

4.4单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，U2=100V，L=0.5mH，当EM=-99V，β=60◦时求Ud、Id和γ的数值。

4.5三相半波变流器，反电动势阻感负载，Ｒ＝1Ω，L=∞，U2=100V，Ld=1mH，当EM=-150V，β=60◦时求Ｕd、Id和γ的数值。

4.6三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，U2=220V，L=1mH，EM=400V，

β=60◦时求Ud、Id与γ的数值，此时送回电网的平均功率是多少？

解：

例1单相半波可控整流电路，负载为电阻性。

接交流电源220V，要求输入的直流平均电压为50V。

最大输出直流平均电流为20A。

计算晶闸管的控制角，电流有效值，负载的功率因数cos并选用晶闸管。

解：

对于单相半波可控整流电路，输出平均电压为

由于，因此可以求得：

.所以

对于电阻负载的单相半波可控整流电路，其直流平均值为:

电流有效值为:

于是可以求得波形系数为：

当时，则:

根据晶闸管通态平均电流的规定，从有效值相等的原则，折算到

时的电流平均值，则:

晶闸管的通态平均电流应大于，一般取1.5~2倍的裕量，因此

可以取。

晶闸管承受的最大正反向电压实际值为：

。

考虑2~3倍的裕量，晶闸管的额定电压可取：

取700V即可。

例2某可调直流电源带纯电阻负载，采用单相桥式全控整流电路接线入图2－4所示。

要求输出的直流平均电压连续可调，在这个范围内，要求输出的平均电流为20A。

为了可靠控制，设最小控制角,并考虑两个晶闸管的平均压降为2V，接线压降为1V，计算晶闸管的电流有效值和变压器副边相电压和电流的有效值的大小。

解：

最高整流输出电压为：

由和最小控制角，求得：

因为要求输出平均电流在12～30V之间均为20A，因此计算有效值时应考虑比较严重的情况，当时的α角最大，输出电流波形系数最大，如果这种情况下能输出20A电流，则当α角变小时就没有问题。

计算该情况下的控制角和电流值有：

由,可以求得:

，由此求得：

在单相全控桥式可控整流电路带电阻性负载时，变压器副边电流有效值与负载直流电流平均值之比与控制角的关系满足下式，即:

，当时，代入上式可求得：

则：

流过晶闸管的电流值为：

例3如图2－2的单相桥式全控整流电路，其负载电阻,电感L足够大，电流的脉动可以忽略，要求当时输出电压平均值，试求1、整流变压器副边电压有效值和电流有效值；2、通过晶闸管的电流有效值和晶闸管在电路中承受的正反向峰值电压和；3、该装置的功率因数。

解：

画出、、、、的波形如图2－5所示

1、

当时，，于是可以求得：

，

2、

晶闸管在线路中承受的正向和反向峰值即为变压器的峰值，其值为

，

例4某电解装置系电阻性负载，要求输出电压，输出电流，采用经变压器的三相桥式半控整流电路供电（如图2－8所示〕。

考虑，电源是相电压为220V的三相交流电网，试估算变压器副边相电压和相电流的有效值、晶闸管和二极管的定额。

解：

Id＝400A

对于三相半控整流电路，对共阴极晶闸管的触发角为α，对共阳极的整流管是在自然换相点换相：

取，但α角不能再大了，即:

α角不能变化了,否则，输出电压达不到100.8V

（当取）

换算成通态平均电流

取（1.5～2）的裕量：

所以：

晶闸管最大耐压：

×100.8＝246.9（V）

取（2～3）的裕量，493～740（V），取600（V）

电流驱动器件的特点：

晶闸管、可关断晶闸管、和电力晶闸管都是电流驱动。

特点是：

1．在器件内有电子和空穴两种载流子导电，属于双极型器件。

2．电子和空穴的复合使器件温度升高，引起发热。

3．两种载流子器件有导电调节作用，使导电电压降低，导通损耗小。

4．双极型器件的载流子在关断时的存储时间降低了器件的工作效率。

5．电流控制型的器件控制极输入阻抗低，控制电流和功率大。

MOSFET器件原理：

MOSFET器件，如图1.39（a）所示，它有设计成漏极、源极和门极的3个外接端子。

这些分别的相对应于双极型三极管的集电极、发射极和基极。

低功率MOSFET通常有平面型结构，如图1.39（b）所示。

制造从p型硅基片开始，扩散入两个p+区。

为了金属的源极和漏极与p+极连接蚀刻在生长在表面的绝缘的氧化硅层。

同时把金属喷涂在氧化硅层以形成门极接触，在没有门极偏置的情况下，由于两个背对背p-n结漏极和源极之间电流不能流动。

但是，当绝缘的门极相对于源极为正时，电场曳引自由电子到p基片的表面。

这个过程形成一个n型够道，它使电子从源极流向漏极并引起横向电流，如图1.39（b）中用箭头所示。

随着门极电压增加，电流流动增强，形成较深的导通通道。

因此，图1.39（b）中的n通道增强型平面MOSFET是电压控制的电流器件，其导通完全是由于电子的移动。

相反的，可能构造p通道MOSFET，其导通完全是由于空穴的移动。

通常，MOSFET的导通只依靠多数载流子，与双极晶体管截然不同，其中空穴和电子的流动促使电流流动。

因此，消除了少载流子的移动或复合的时间延迟，MOSFET可以在频率在兆赫的范围内开关。

应当注意门极接触电气上是绝缘的，曳引可忽略的dc漏电流，但是器件的输入电容必须在开关周期充电和放电。

图1.39（b）中所示的主要缺点是它需要漏极和源极之间长的导通通道，通态电阻的数值大。

与这个高阻有关的大的功率损耗限制了平面型MOSFET的应用，其功率等级约1W。

新型功率MOSFET保留有平面MOSFET的高输入阻抗和高开关速度，而且用让电流垂直的流动而不是水平的通过器件的方法克服它的功率控制限制。

这种垂直DMOS工艺结果形成图1.40所示n通道器件的结构。

它有一个n+基片，其中外延生长一个高电阻n-层。

这个外延层的厚度和电阻率取决于器件要求的阻断电压耐量。

如图1.40中所示，随后p-区被扩散入外延层，而且在这些区内扩散n+层，附加一个绝缘的门极接触。

也是喷镀使源极金属化，而且从器件基片收集漏极电流。

一个实际的MOSFET具有网格结构，其中这种基本源单元在单位硅片上被重复成千次。

正如平面MOSF