电力电子技术作业解答.docx
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电力电子技术作业解答
电力电子技术
作业解答
教材：
《电力电子技术》，常永田卫华主编
第一章电力电子器件
1-1晶闸管导通的条件是什么？
导通后流过晶闸管的电流山哪些因素决定？
答：
晶闸管的导通条件是：
（1）要有适当的正向阳极电压；
（2）还有有适当的正向门极电压。
导通后流过晶闸管的电流山阳极所接电源和负载决定。
1-2维持晶闸管导通的条件是什么？
怎样使晶闸管山导通变为关断？
答：
维持晶闸管导通的条件是：
流过晶闸管的电流大于维持电流。
利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，可使导通的晶
闸管关断。
1-5某元件测得=840V,试确定此元件的额定电压是多少，属
于哪个电压等级？
答：
根据将"阴和"吶中的较小值按白位取整后作为该晶闸管的额定值，确定此元
件的额定电压为800V,属于8级。
1-11双向晶闸管有哪儿种触发方式？
常用的是哪儿种？
答：
双向晶闸管有I+、I-、III+利II-四种触发方式。
常用的是：
（I+、I1I-）或（I
-、
1-13GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？
答：
因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下儿点不同：
（1）GTO在设
计时①较大，这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断：
（2）GT0导通时的冬+勺更
接近于1,普通晶闸管少+冬》1」5,而GTO则为«>+«2^105,GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；（3）多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
第二章电力电子器件的辅助电路
2-5说明电力电子器件缓冲电路的作用是什么？
比较晶闸管与其它全控型器件缓冲电路的区别，说明原因。
答：
缓冲电路的主要作用是：
（1）减少开关过程应力，即抑制d«/dr,di/df；
（2）改变器件的开关轨迹，使器件工作于安全工作区，避免过电压、过电流损坏:
（3）减少器件的开关损耗。
晶闸管为了限制di/dt,往往在主电路中串接进线电感或桥臂电感。
对关断过电压du/dt的抑制，一般在晶闸管的两端并联RC网络。
晶闸管一般在较低的开关频率下工作。
因此，与全控型器件相比，其缓冲电路要简单的多。
2-6说明常用电力电子器件晶闸管、GTO、GTR、电力MOSFET和IGBT采用哪种过压保护措施？
采用哪种过流保护措施。
答：
半控型器件晶闸管：
过电压保护一般采用阻容吸收电路或具有稳压特性的非线性电阻器件（如硒堆、压敏电阻）来抑制过电压。
过电流保护，⑴快速熔断器保护，
（2）直流快速断路器保护，⑶进线电抗限制保护，（4）电子保护。
全控型器件：
过电压保护，器件开关过程中产生的过电压，一般使用缓冲电路来抑制，其它方面的过电压保护，一般采用阻容吸收电路或具有稳压特性的非线性电阻器件（如硒堆、压敏电阻）来抑制过电压。
过电流保护，以电子保护为主，电器保护为后备保护。
2-9阐述电力电子器件在串联、并联使用中应注意哪些问题？
以晶闸管为例，说明这些问题可能会带来什么损害？
为避免这些情况的出现常采用哪些措施。
答：
电力电子器件串、并联使用时，首先应选用参数和特性尽量一致的器件，还要采用一定的均压、均流措施。
以晶闸管为例，理想的串联希望各器件承受的电压相等。
串联工作时，当晶闸管在阻断状态，山于各器件特性的分散性，而在电路中却流过相等的漏电流，因此，各器件所承受的电压是不同的，阻大的器件承受的电压大，阻小的器件承受的电压小，如不采取措施，可能会使承受电压高的器件先被击穿，而导致其它的串联器件都被击穿。
所以，在串联时，要采用均压描施，晶闸管的均压措施是在器件两端并联电阻和电阻电容器件。
并联时，山于并联的各个晶闸管在导通状态时的伏安特性的差异，但各并联器件却有相等的电压，因而通过并联器件的电流是不等的，低阻抗的器件，通过的电流会大些，如不采取措施，可能会使通过电流大的器件先烧毁，而导致其它器件被烧毁。
所以，在并联时，要采用均流措施。
晶闸管的均流措施是吊联电阻和串联电感等均流
措施。
第三章AC-DC变换技术
3-2三相桥式不可控整流电路任何瞬间均有两个电力二极管导通，整流电压的瞬时值与三相交流相电压、线电压瞬时值有什么关系？
答：
共阴连接的三个二极管中，三相交流相电压瞬时值最正的那一相自然导通，把最正的相电压接到负载的一端；共阳连接的三个二极管中，三相交流相电压瞬时值最负的那一相自然导通，把最负的相电压接到负载的另一端。
因此，任何时刻负载得到的整流电压瞬时值是线电压的最大瞬时值。
3-4单相桥式相控整流电路，6=100V,①电感性负载，其中R=2Q,②反电动势负载,平波电抗器足够大，反电动势E=60V,R=2Q。
当af时，要求：
⑴作出“d、id和B的波形；
（2）求直流输出电压S、电流人、变压器二次侧电流有效值/2；
（3）选择合适的晶闸管。
解：
①电感性负载
（1）血、沐和,2的波形如下图:
（2）S=0.95cosa=0.9X100XcosTr/6=77.97（V）
/d=S/R=77.97/2=38.99（A）
h=Id=38.99（A）
（3）t/DRM=t/RRM=（2~3）Xy/2U1=（2~3）X1.414X100=283-424（V）
/vT=/d/72=27.57（A）
/t（av）=（1.5-2）XZvt/1.57=（1.5-2）X27.57/1.57=26~35（A）
所以选择晶闸管的型号为：
KP3O-3或KP30-4
②反电动势负载
（l）Hd>id和12的波形如下图:
（2）Ud=0.9（72cosa=0.9X100Xcosti/6=77.97（A）
Id=（S-E）/R=（77.97—60）/2=9（A）
Ii=Id=9（A）
（3）Udrm=Urrm=（2~3）Xy/2U2=（2~3）X1.414X100=283-424（V）
ZvT=/d/71=9/1.414=6.363（A）
It（av）=（1.5-2）X/VT/1.57=（1.5-2）X6363/1.57=6.1-8.1（A）
所以选择晶闸管的型号为：
KP10-3或KP10-4
3-8三相半波可控整流电路带大电感负载，电感阻值为10Q,变压器二次侧相电压有效值为220Vo求当a=45。
时，输岀电压及电流的平均值S和/d、流过晶闸管的电流平均值/刖和有效值衍，并画岀输岀电压“、电流k的波形。
如果在负载两端并接了续流二极管，再求上述数值及波形。
解：
（1）不接续流二极管时
Ud=1.17f/2cosa=1.17x220xcos45°=181.98V
181^8=182A
瓦io
A.=1/.=1x18.2=6
刃33
It=（Jd=石x18.2=10.5A
输出电压Hd、电流id的波形
0of
（2）接续流二极管时
Ud=0.675t/2l+cos（-+a）=0.675x220x[1+cos（30°+45°）]=186.9V
型丿=18.1A
10
输岀电压“d、电流id的波形
铁rxrxnxDcz
61
3・10三相桥式全控整流电路带大电感性负载，i/.=100V,R尸10G,求a=45。
时,
输出电压电流Us以及变压器二次侧电流有效值流过晶闸管的电流有效值人处
解：
Ud=2.345cosa=2.34XiOOXcos45°=165.4（V）
/d=t/d//?
=165.4/10=16.5（A）
I2=72/3Zd=7^/3x16.5=13.5（A）
ZvT=/d/a/3=16.5/>/3=9.52（A）
3-11三相半波可控整流电路带反电动势负载，为保证电流连续串接了电感量足够大的电抗器，U2=\00V,Rd=g,L,=\mH,E=5OV,求a=30°时的输出电压S、电流乙以及换相重叠角了。
解：
Lr=\mH,XT=a>Lr=2^/Lz=2x3.14x50x1x10~?
=0.314Qt考虑厶t时，有:
匕=l・17tAcosa—虫人
■2/r
j_5-E
代入已知条件得:
3x0314
t/=1.17xl00xcos30°--一-一I{d2x3.14"
!
5（）
打L
解方程组得:
2XI
又•:
cost?
一cos（a+/）=〜」&
■
即得出
.•j=41.28。
—30°=11.28。
3・12三相桥式相控整流电路，反电动势负载，E=200V,平波电抗器厶值足够
大，S=220V
（1）£b=0,a=;r/3,画出“d、i/vtk,d波形，计算S和/d的值；
（2）LB=lmH,a=7r/3,计算％Id、丫的值;
解：
（1）当厶B=0时：
S=2.345cosa=2.34X220Xcosti/3=257.4（V）
Id=（Ud-E）/R=（257.4-200）/1=57.4（A）
Md>MVTl、id的波形如下:
（2）Lr=\mH,Xy.=eyLz.=2^L;=2x3.14x50xlxl0"3=0.314Q,考虑S时，W：
3v
S=2・34^Acosa—^■厶
I_5-e
代入已知条件得:
3x0314
S=2・34x220xcos6（T——-一I（l
3.14
；_匕一200
打L
解方程组得:
2X1
又•:
cosa—cos（cr+/）="
即得出
2x0314x442
cos（60"+/）=cos60°-=0.448
a/6x220
."=63.38"_60“=3.38“
3-13单相桥式相控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波?
其中幅值最大的是哪一次?
变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波?
其中主要的是哪儿次？
答：
单相桥式相控整流电路，其整流输出电压中含有2k（k=\.2、3…）次谐波，其
中幅值最大的是2次谐波。
变压器二次侧电流中含有2W+14=1、2、3……）次即奇次谐波，其中主要的有3次、5次谐波。
3-14三相桥式相控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波?
其中幅值最大的是哪一次?
变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波?
其中主要的是哪儿次？
答：
三相桥式相控整流电路的整流输出电压中含有"4=1、2、3……）次的谐波,
其中幅值最大的是6次谐波。
变压器二次侧电流中含有6灶1伙=1、2、3……）次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。
第四章DC-AC变换技术
4-2、换流方式有哪儿种？
各有什么特点？
答：
换流方式有器件换流、电网换流、负载换流和强迫换流四种。
器件换流：
利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
电网换流：
山电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流：
山负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超过负载电压时，可实现负载换流。
强迫换流：
设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。
4-4在图4-28的两图中，一个工作在整流电动状态，另
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