电力电子期末试题及答案.docx

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电力电子期末试题及答案

1．晶闸管导通的条件是什么？

导通后流过晶闸管的电流由什么决定？

晶闸管的关断条件是什么？

如何实现？

晶闸管导通与阻断时其两端电压各为多少？

解：

晶闸管导通的条件是：

晶闸管阳极和阴极之间加正向阳极电压。

门极和阴极之间加适当的正向阳极电压。

导通后流过晶闸管的电流由主电路电源电压和负载大小决定。

晶闸管的关断条件是：

阳极电流小于维持电流。

关断晶闸管可以通过降低晶闸管阳极－阴极间电压或增大主电路中的电阻。

晶闸管导通时两端电压为通态平均电压（管压降），阻断时两端电压由主电路电源电压决定。

2．调试图所示晶闸管电路，在断开负载Rd测量输出电压Ud是否可调时，发现电压表读数不正常，接上Rd后一切正常，请分析为什么？

习题2图

解：

当S断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管门极加触发信号，此时流过晶闸管阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管无法导通，电流表上显示的读数只是管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值，所以此读数不准。

在S合上以后，Rd介入电路，晶闸管能正常导通，电压表的读数才能正确显示。

3．画出图1-35所示电路电阻Rd上的电压波形。

图1-35习题3图

解：

4．说明晶闸管型号KP100-8E代表的意义。

解：

KP100-8E表示额定电流100A、额定电压8级（800V、通态平均电压组别E（0.7＜UT≤0.8）普通晶闸管。

5．晶闸管的额定电流和其他电气设备的额定电流有什么不同？

解：

由于整流设备的输出端所接负载常用平均电流来衡量其性能，所以晶闸管额定电流的标定与其他电器设备不同，采用的是平均电流，而不是有效值，又称为通态平均电流。

所谓通态平均电流是指在环境温度为40℃和规定的冷却条件下，晶闸管在导通角不小于170°电阻性负载电路中，当不超过额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值。

6．型号为KP100－3、维持电流IH＝3mA的晶闸管，使用在习题图所示的三个电路中是否合理？

为什么（不考虑电压、电流裕量）？

习题6图

解：

（a）图的目的是巩固维持电流和擎住电流概念，擎住电流一般为维持电流的数倍。

本题给定晶闸管的维持电流IH＝3mA，那么擎住电流必然是十几毫安，而图中数据表明，晶闸管即使被触发导通，阳极电流为100V/50KΩ＝3mA，远小于擎住电流，晶闸管不可能导通，故不合理。

（b）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。

本图所给的晶闸管额定电压为300A、额定电流100A。

图中数据表明，晶闸管可能承受的最大电压为311V，大于管子的额定电压，故不合理。

（c）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。

晶闸管可能通过的最大电流有效值为150A，小于晶闸管的额定电流有效值1.57×100＝157A，晶闸管可能承受的最大电压150V，小于晶闸管的额定电压300V，在不考虑电压、电流裕量的前提下，可以正常工作，故合理。

7．某晶闸管元件测得UDRM＝840V，URRM=980V，试确定此晶闸管的额定电压是多少？

解：

根据将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，将两者较小的840V按教材表1－2取整得800V，该晶闸管的额定电压为8级（800V）。

8．有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？

解：

晶闸管的阳极加正向电压，门极加正向触发脉冲时，晶闸管被触发导通。

此后阳极电流逐渐上升到擎住电流后，去掉触发脉冲，则管子继续导通，知道电流升到负载电流后，进入正常工作状态。

如果阳极电流还没有升到擎住电流值就去掉门极脉冲，则晶闸管就不能继续导通而关断。

9．双向晶闸管额定电流的定义和普通晶闸管额定电流的定义有何不同？

额定电流为100A的两只普通晶闸管反并联可以用额定电流为多少的双向晶闸管代替？

解：

双向晶闸管的额定电流用有效值表示，而普通晶闸管的额定电流是用平均值表示的。

额定电流100A的普通晶闸管，其通过电流的峰值为100A×π=314A，则双向晶闸管的额定电流为314/=222A。

10．双向晶闸管有哪几种触发方式？

一般选用哪几种？

解：

双向晶闸管的触发方式有：

I+触发：

T1接正电压，T2接负；门极G接正，T2接负。

I-触发：

T1接正，T2接负；门极G为负，T2接正。

Ⅲ+触发T1接负，T2接正，门极G接正，T2接负。

Ⅲ-触发T1接负，T2接正；门极G接负，T2接正。

一般选用I+和Ⅲ-。

11．说明图所示的电路，指出双向晶闸管的触发方式。

习题11图

解：

S置于位置1：

双向晶闸管得不到触发信号，不能导通，负载上无电压

S置于位置2：

正半周，双向晶闸管Ⅰ+触发方式导通。

负半周，由于二极管VD反偏，双向晶闸管得不到触发信号，不能导通，负载上得到半波整流电压。

S置于位置3：

正半周，双向晶闸管Ⅰ+触发方式导通。

负半周，双向晶闸管Ⅲ-触发方式导通，负载上得到近似单相交流电压。

12．可关断晶闸管GTO有哪些主要参数？

其中哪些参数与普通晶闸管相同？

哪些不同？

解：

可关断晶闸管GTO的主要参数有：

断态重复峰值电压、断态不娼妇峰值电压、反向重复峰值电压和反向不重复峰值电压、开通时间、关断时间等，这些参数定义与普通晶闸管相同。

与普通晶闸管不同的是：

（1）最大可关断阳极电流IATO。

也是标称GTO额定电流的参数。

与普通晶闸管的额定电流不同。

（2）电流关断增益。

定义为

（3）维持电流与擎住电流。

GTO的维持电流和擎住电流的含义和普通晶闸管的含义基本相同。

但是，由于GTO的多元集成结构，使得每个GTO远的维持电流和擎住电流不可能完全相同。

因此把阳极电流减小到开始出现某些GTO元不能再维持导通时的值称为整个GTO的维持电流；而规定所有GTO元都达到其擎住电流的阳极电流为GTO的擎住电流。

13．名词解释

控制角（移相角）导通角移相移相范围

控制角：

控制角也叫触发角或触发延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开始到触发脉冲出现之间的电角度。

导通角θ：

是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度。

移相：

是指改变触发脉冲出现的时刻，即改变控制角的大小。

移相范围：

是指一个周期内触发脉冲的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。

14．有一单相半波可控整流电路，带电阻性负载Rd=10Ω，交流电源直接从220V电网获得，试求：

（1）输出电压平均值Ud的调节范围；

（2）计算晶闸管电压与电流并选择晶闸管。

解：

（1）输出电压的调节范围：

0~99V

（2）KP20-7

15．单相半波整流电路，如门极不加触发脉冲；晶闸管内部短路；晶闸管内部断开，试分析上述3种情况下晶闸管两端电压和负载两端电压波形。

解：

（1）晶闸管门极不加触发脉冲，即晶闸管呈阻断状态，可视作开路，所以输出电压和晶闸管两端电压波形如习题图15（a）所示。

（2）晶闸管内部短路，显然晶闸管两端电压为零，此时输出电压和晶闸管两端电压波形如习题15图b）所示。

（3）晶闸管内部开路，输出电压和晶闸管两端电压波形如习题15（c）所示。

习题15图

16．画出单相半波可控整流电路，当=60°时，以下三种情况的、及的波形。

1）电阻性负载。

2）大电感负载不接续流二极管。

3）大电感负载接续流二极管。

解：

（1）波形如图

（a）电阻性负载波形图

（b）电感性负载不接续流二极管

（c）电感性负载接续流二极管

17．中小型发电机采用的单相半波晶闸管自激励磁电路如图，L为励磁电感，发电机满载时相电压为220V，要求励磁电压为40V，励磁绕组内阻为2Ω，电感为0.1H，试求满足励磁要求时，晶闸管的导通角及流过晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值。

习题17图

解：

1）先求控制角

得＝101°

则θT＝180°－101°＝79°

θD＝180°+101°＝281°

由于ωLd=2πfLd=2×3.14×50×0.1=31.4Ω，所以为大电感负载，各电量分别计算如下

2）

3）选择晶闸管和续流二极管得型号

取＝700V，＝10A；选择晶闸管型号为KP10－7。

取＝700V，＝20A；选择晶闸管型号为ZP20－7。

4）是续流二极管开路造成的。

因为发电机励磁线圈为大电感负载，所以输出电压Ud始终为零或电压很低。

18．某电阻性负载要求0～24V直流电压，最大负载电流Id＝30A，如用220V交流直接供电与用变压器降压到60V供电，都采用单相半波整流电路，是否都能满足要求？

试比较两种供电方案所选晶闸管的导通角、额定电压、额定电流值以及电源和变压器二次侧的功率因数和对电源的容量的要求有何不同、两种方案哪种更合理（考虑2倍裕量）？

解：

（1）采用220V电源直接供电，当=0°时

Ud0＝0.45U2=99V

采用整流变压器降至60V供电，当=0°时

Ud0＝0.45U2=27V

所以只要适当调节角，上述两种方案均满足输出0～24V直流电压的要求。

（2）采用220V电源直流供电，因为，其中在输出最大时，U2＝220V，Ud＝24V，则计算得≈121°，θT＝180°－121°＝59°

晶闸管承受的最大电压为UTM＝U2＝311V

考虑2倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=622V

流过晶闸管的电流有效值是IT＝，其中，≈121°，

则IT＝84A

考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为

因此，所选晶闸管的额定电压要大于622V，额定电流要大于107A。

电源提供的有功功率

电源的视在功率:

电源侧功率因数:

（3）采用整流变压器降至60V供电，U2＝60V，Ud＝24V，由计算得≈39°，θT＝180°－39°＝141°

晶闸管承受的最大电压为UTM＝U2＝84.9V

考虑2倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=169.8V

流过晶闸管的电流有效值是IT＝

考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为

因此，所选晶闸管的额定电压要大于169.8V，额定电流要大于65.5A。

电源提供的有功功率:

电源的视在功率:

电源侧功率因数:

通过以上计算可以看出，增加了变压器后，使整流电路的控制角减小，所选晶闸管的额定电压、额定电流都减小，而且对电源容量的要求减小，功率因数提高。

所以，采用整流变压器降压的方案更合理。

33．单相交流调压电路如图，U2＝220V，L=5.516mH，R＝1Ω，试求：

1）控制角α的移相范围。

2）负载电流最大有效值。

3）最大输出功率和功率因数。

习题34图

解：

1）单相交流调压电感性负载时，控制角α的移相范围是

所以控制角α的移相范围是60°~π。

2）因α=时，电流为连续状态，此时负载电流最大。

3）最大功率

1、请在正确的空格内标出下面元件的简称：

电力晶体管 GTR  ；可关断晶闸管GTO ；功率场效应晶体管 MOSFET ；绝缘栅双极型晶体管 IGBT ；IGBT是  MOSFET和  GTR  的复合管。

2、晶闸管对触发脉冲的要求是   要有足够的驱动功率 、    触发脉冲前沿要陡幅值要高    和  触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。

3、多个晶闸管相并联时必须考虑　均流 的问题，解决的方法是   串专用均流电抗器。

4、在电流型逆变器中，输出电压波形为 正弦波  ，输出电流波形为　 方波。

5、型号为KS100-8的元件表示   双向晶闸管 晶闸管、它的额定电压为  800V  伏、额定有效电流为  100A  。

6、180°导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在 同一桥臂 上的上、下二个元件之间进行；而120º导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在 不同桥臂上的元件之间进行的。

7、当温度降低时，