电力电子技术项目教程习题答案13.docx

电力电子技术项目教程习题答案13.docx

《电力电子技术项目教程习题答案13.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子技术项目教程习题答案13.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电力电子技术项目教程习题答案13

项目1认识和调试晶闸管单相半波整流控制的调光灯电路

1.1.4思考题与习题

1．晶闸管的导通条件是什么？

怎样使晶闸管由导通变为关断？

解：

导通条件：

（1）晶闸管阳极和阴极之间加正向电压；

（2）晶闸管门极和阴极间加正向电压。

最根本的方法就是必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的程度，也就是将晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流。

可采用的方法有：

将阳极电压减小到零或将晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。

2．晶闸管导通后，去掉门极电压，晶闸管是否还能继续导通？

为什么？

解：

继续导通，导通之后，门极就失去了控制作用。

3．说明晶闸管型号规格KP200-7E代表的含义。

解：

额定电流为200A，额定电压为800V，管压降为0.8V

4．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：

欲使晶闸管触发导通，必须使触发脉冲保持到阳极电流上升到擎住电流IL以上，否则会造成晶闸管重新恢复阻断状态，因此触发脉冲必须具有一定宽度。

5．晶闸管导通时，流过晶闸管的电流大小取决于什么？

晶闸管阻断时，承受的电压大小取决于什么？

解：

取决于电路里负载电阻的大小；取决于电源电压的大小。

6．画出图1-19所示电路电阻Rd上的电压波形。

图1-19习题6图

解：

7．如图1-20，型号为KP100-3，维持电流4mA的晶闸管，在以下电路中使用是否合理？

为什么？

（未考虑电压、电流安全余量）

（a）（b）（c）

图1-20习题7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。

8．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。

9．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？

属于哪个电压等级？

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）。

10.晶闸管电流的波形系数定义为（B）

AKf=IdT/ITBKf=IT/IdT

CKf=IdT·ITDKf=IdT-IT

11.造成在不加门极触发电压，即能使晶闸管从阻断状态转为导通状态的非正常情况有

两个原因，分别是什么？

解：

硬开通；误导通。

12.对于同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL的数值关系是？

解：

对同一晶闸管来说，擎住电流IL要比维持电流IH大2～4倍。

13.简述如何用万用表测试晶闸管的好坏？

解：

见书

14.多个晶闸管相并联和串联时必须考虑的问题分别是什么？

解决办法分别是什么？

解：

串联时要考虑均压的问题，静态均压的方法是在串联的晶闸管上并联阻值相等的电阻Rj，动态均压的方法是在串联的晶闸管上并联等值的电容C。

并联时要考虑均流问题，电阻均流是在在并联的晶闸管中串联电阻，电抗均流是用一个电抗器接在两个并联的晶闸管电路中。

1.2.4思考题与习题

1．单结晶体管管的内部有

（1）个PN结，外部引出（3）个电极，分别是（发射极、第一基极、第二基极）。

2．单结晶体管的伏安特性曲线分为三个区，分别是（截止区、负阻区、饱和区）。

3．单结晶体管导通的条件是：

（Ue=UP）；单结晶体管关断的条件是：

（Ue＜UV）。

4．利用单结晶体管的（负阻）特性和RC电路的（充放电）特性，可以组成自激振荡电路，产生脉冲，用以触发晶闸管。

5．用分压比为0.6的单结晶体管组成振荡电路，若Ubb＝20V，则峰点电压Up为多少？

如果管子的b1脚虚焊，电容两端的电压为多少？

如果是b2脚虚焊（b1脚正常），电容两端电压又为多少？

解：

峰点电压

＝ηUbb＋0.7＝12.7V

如果管子的b1脚虚焊，电容两端的电压为20V

如果是b2脚虚焊（b1脚正常），电容两端电压0.7V

6．简述单结晶体管的测试方法。

解：

将万用表置于R×l00挡或R×1k挡，黑表笔接e，红表笔分别接b1或b2时，测得管子PN结的正向电阻一般应为几千欧至几十千欧，要比普通二极管的正向电阻稍大一些。

再将红表笔接e，黑表笔分别接bl或b2，测得PN结的反向电阻，正常时指针偏向无穷大（）。

一般讲，反向电阻与正向电阻的比值应大于100为好。

7．简述单结晶体管触发电路的工作原理。

解：

见书

8．触发电路要满足哪些条件?

解：

（1）触发信号常采用脉冲形式；

（2）触发脉冲要有足够的功率；（3）触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡；（4）触发脉冲与晶闸管阳极电压必须同步；（5）满足主电路移相范围的要求。

9．根据图1-28的单结晶体管触发电路，画出u2、uZ、uC、uG及ud的波形。

解：

1.3.4思考题与习题

1．什么叫可控整流电路？

解：

把输入的交流电变换成大小可调的单一方向直流电,此过程成为可控整流。

2．可控整流电路由（主电路）和（触发电路）组成。

3．从晶闸管开始承受正向阳极电压，到触发脉冲出现之间的电角度称为（控制角），用（α）表示。

4．在单相半波可控整流电路电阻性负载中，控制角的范围是（0°～180°）。

5．在单相半波可控整流电路接有续流二极管的电感性负载中，控制角的范围是（0°～180°）。

6．单相半波可控整流电路，大电感性负载接续流二极管的作用？

解：

去掉输出电压的负半周面积，即提高输出电压平均值。

7．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图（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图（c）所示。

8．单相半波可控整流电路，电阻性负载，电源电压U2为220V，要求的直流输出电压为50V，直流输出平均电流为20A，试计算：

（1）晶闸管的控制角；

（2）输出电流有效值；

（3）电路功率因数；

（4）晶闸管的额定电压和额定电流，并选择晶闸管的型号。

解：

（1）Ud＝50V，，

（2）查表得

（3）cosφ=0.508

（4）额定电流为：

取50A。

额定电压为：

取700V。

故选择KP50-7型号的晶闸管。

9．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

10．画出单相半波可控整流电路，当α=60°时，以下三种情况的u2、ug、ud、id及uT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：

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

11．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。

12．单相半波可控整流电路，大电感负载接续流二极管，电源电压220V，负载电阻R=10Ω，要求输出整流电压平均值为0～30V连续可调。

试求控制角的范围，选择晶闸

管型号并计算变压器次级容量。

解：

控制角范围是113º～180º。

额定电压622V（2倍裕量）、额定电流1.23A（1.5倍裕量）。

13．在例题1-4电路中，如电路原先运行正常，突然发现电机电压很低，经检查，晶闸管触发电路以及熔断器均正常，试问是何原因？

解：

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。

项目2认识和调试晶闸管单相桥式全控整流控制的调光灯电路

2.1.4思考题与习题

1．简述锯齿波同步触发电路的基本组成。

解：

锯齿波同步触发电路由同步环节、锯齿波形成及脉冲移相环节、脉冲形成放大和输出环节、双脉冲形成环节和强触发环节组成。

2．锯齿波同步触发电路中如何实现触发脉冲与主回路电源的同步？

解：

根据触发电路的同步电压us与对应晶闸管阳极电压uu之间的相位关系、整流变压器的解法，确定同步变压器的解法来实现。

3．锯齿波触发电路中如何改变触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的？

解：

改变控制电压Uc就可以改变ub4的波形与横坐标（时间）的交点，也就改变了V4转为导通的时刻，即改变了触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的。

4．锯齿波触发电路中输出脉冲的宽度由什么来决定？

解：

脉冲宽度由C3反向充电的时间常数（τ3=C3R14）来决定

5．项目实施电路中，如果要求在Uct=0的条件下，使=90°，如何调整?

解：

（1）将Uct调为0；

（2）调节Ub，示波器观察同步电压与脉冲之间的相位为90°。

6．试述锯齿波触发电路中强触发环节的工作原理。

解：

变压器二次侧30V电压经桥式整流，电容和电阻π形滤波，得到近似50V的直流电压，当V8导通时，C6经过脉冲变压器、R17（C5）、V8迅速放电，由于放电回路电阻较小，电容C6两端电压衰减很快，N点电位迅速下降。

当N点电位稍低于15V时，二极管VD10由截止变为导通，这时虽然50V电源电压较高，但它向V8提供较大电流时，在R19上的压降较大，使R19的左端不可能超过15V，因此N点电位被钳制在15V。

当V8由导通变为截止时，50V电源又通过R19向C6充电，使N点电位再次升到50V，为下一次强触发做准备。

2.2.4思考题与习题

1．TCA785触发电路有哪些特点?

解：

TCA785具有温度适用范围宽，对过零点时识别更加可靠，输出脉冲的整齐度更好，移向范围更宽，输出的脉冲的宽度可手动自由调节等特点。

2．TCA785触发电路的移相范围和脉冲宽度与哪些参数有关?

解：

输出脉冲宽度由12脚外接电容的大小决定。

3．简述TCA785触发电路工作原理。

解：

见教材

2.3.4思考题与习题

1．在单相全控桥式可控整流电感性负载（无续流二极管）电路中，控制角的范围是？

电感性负载（有续流二极管）电路中，控制角的范围是？

解：

0°<α<90°，0°<α<180°

2．单相全控桥式可控整流电路中，若有一只晶闸管因过电流而烧成短路，结果会怎样？

若这只晶闸管烧成断路，结果又会怎样？

解：

若有一晶闸管因为过流而烧成断路，则单相桥式全控整流电路变成单相半波可控整流电路。

如果这只晶闸管被烧成短路，会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重时使输入变压器因过流而损坏。

3．在单相全控桥式可控整流电路带大电感负载的情况下，突然输出电压平均值变得很小，且电路中各整流器件和熔断器都完好，试分析故障发生在何处？

解：

续流二极管断路。

4．画出单相全控桥式可控整流电路，当α=60°时，以下三种情况的u2、ug、ud、id及uT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：

见教材

5．图2-26所示电路，已知电源电压220V，电阻电感性负载，负载电阻Rd=5Ω，晶闸管的控制角为60°。

（1）试画出晶闸管两端承受的电压波形。

（2）晶闸管和续流二极管每周期导通多少度？

（3）选择晶闸管型号。

图2-26习题5图

解：

（1）晶闸管两端承受的电压波形如图。

（2）

（3）

项目3认识和调试交流调压控制的调光灯电路

3.1.4思考题与习题

1．双向晶闸管额定电流参数是如何定义的？

额定电流为100A的双向晶闸管若用普通晶闸管反并联代替，普通晶闸管的额定电流应选多大？

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。

2．画出双向晶闸管的图形符号，并指出它有哪几种触发方式？

一般选用哪几种？

解：

双向晶闸管有4种触发方式：

①Ⅰ+触发方式。

主极为T2正，T1为负；门极电压G为正，T1为负。

特性曲线在第Ⅰ象限。

②Ⅰ-触发方式。

主极T2为正，T1为负；门极电压G为负，T1为正。

特性曲线在第Ⅰ象限。

③Ⅲ+触发方式。

主极T2为负，T1为正；门极电压G为正，T1为负。

特性曲线在第Ⅲ象限。

④Ⅲ-触发方式。

主极T2为负，T1为正；门极电压G为负，T1为正。

特性曲线在第Ⅲ象限。

常采用的触发方式为Ⅰ+和Ⅲ−。

3．说明图3-6所示的电路，指出双向晶闸管的触发方式。

图3-6习题3图

解：

Q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

Q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。

Q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。

3.2.4思考题与习题

1．什么是交流调压？

解：

交流调压是将幅值固定的交流电能转化为同频率的幅值可调的交流电能。

2．单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，问控制角α的有效移相范围有多大？

解：

30°<α<180°

3．单相交流调压主电路中，对于电阻-电感负载，为什么晶闸管的触发脉冲要用宽脉冲或脉冲列？

解：

当α＜φ时，若开始给VS1管以触发脉冲，VS1管导通。

如果触发脉冲为窄脉冲，当uG2出现时，VS1管的电流还未到零，VS1管关不断，VS2管不能导通。

当VS1管电流到零关断时，uG2脉冲已消失，此时VS2管虽已受正压，但也无法导通。

到第三个半波时，uG1又触发VS1导通。

这样负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电路不能正常工作。

因而电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。

4．图3-15单相交流调压电路，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。

图3-15习题4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