《电力电子技术》课后复习题(附答案)

1电力电子技术课后复习题（全面）1、电力电子技术是一种利用电力电子器件对电能进行控制、转换、和传输的技术。2、电力电子技术包括电力电子器件、电路和控制三大部分。3、电力电子技术的基本转换形式和功能：整流电路----AC/DC----整流器直流斩波----DC/DC----斩波器逆变电路----DC/AC----逆变器交流电路----AC/AC----变频器4、电力电子器件是指在可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。5、广义上，电力电子器件也可分为电真空器件和半导体器件。6、按照器件能够被控制电路信号所控制的程度的程度进行分类：不可控器件---------电力二极管（功率二极管PD）半控型器件---------晶闸管(SCR)全控型器件---------电力晶体管（GTR）7、全控型器件也称自关断器件。代表元件：门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）。8、按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质进行分类：电流驱动型：晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管等。电压驱动型：电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管等。29、按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分类：双极型器件:电力二极管、晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管单极型器件：电力场效应晶体管。复合型器件：绝缘栅双极晶体管。10、功率二极管（PD）又称电力二极管，也称半导体整流器。其基本结构与普通二极管一样。有螺栓型和平板型两种封装。正平均电流IF(AV):电流最大有效值I11．功率二极管的测试：用万用表的Rx100或Rx1测量。【注】严禁用兆欧表测试功率二极管。选择二极管时要考虑耗散功率。不可控器件------功率二极管（电力二极管）12、功率二极管的主要类型：普通二极管、快速恢复二极管、肖特基二极管。13、半控型器件----晶闸管（SCR）是硅晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器。广泛应用于相控整流、逆变、交流调压和直流交3换等领域14、晶闸管是一种大功率半导体器件，其外形结构有塑封型、螺栓型、平板型。是4层半导体器件，由3个PN结，3个电极即阳极A、阴极K和门极G。额定电流小于200A的晶闸管采用螺栓式，大于200A的采用平板式。15、晶闸管在结构上可以用三只二极管来代替，但可以用三只二极管代替吗，为什么？答：16、晶闸管的导通条件：（1）晶闸管主电路加正向电压。（2）晶闸管控制电路加合适的正向电压（触发电压）。晶闸管的关断条件：阳极电流小于维持电流IH（维持晶闸管导通所需的最小阳极电流）。晶闸管的关断方法：减小阳极电流或切断正向电压或加反向电压。【注】晶闸管的导通电压为1V。17、额定电压UTn：通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值GIb2Ic22b2()IIb1Ic11b1()II4作为该器件的额定电压。【例1】：若测得并计算出来的晶闸管的UDRM为835V，URRM为976V，则额定电压为多少？答案：800v,(选择两种较小的电压)UDRM：正向重复峰值电压；URRM：反向重复峰值电压。18、选择晶闸管的额定电压是实际工作时可能承受的最大电压的2~3倍，即：19、晶闸管的额定电流：晶闸管它所允许的流过的最大工频正弦电流的平均值，【注】SCR的额定电流是平均值，而非有效值。20、波形系数Kf:Kf=IT/Id；IT：有效值，Id：平均值。IT：有效值，IT(AV):通态平均电流。例：额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流有效值为157A实际波形的电流有效值等于IT(AV)对应的半波有效值：KfId=1.57IT(AV)。21、实际选择晶闸管时，晶闸管在额定电流时的电流有效值大于其所在电路中可能流过的最大电流的有效值，同时取（1.5--2）倍的安全裕量。22、例：全波电流，Kf=1.1，Id=100A，求SCR的额定电流？TMTnUU)3~2(57.1)2~5.1()(TMAVTII5解：KfId=1.57IT(AV)SCR的额定电流IT(AV)=1.1*100/1.57=70.06A。【例4】一晶闸管接在220V交流电路中，通过晶闸管电流的有效值为50A，问如何选择晶闸管的额定电压和额定电流？解：=（1.5-2）*50A/1.57=47.8A—63.7A【例5】某晶闸管接在220V交流回路中，通过器件的电流有效值为100A，问选择什么型号的晶闸管？解：晶闸管额定电压按晶闸管参数系列取800V，即8级。晶闸管的额定电流按晶闸管参数系列取100A，所以选取晶闸管型号KP100-8E。24、擎住电流IL：是指晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转入通态就去掉触发信号，此时要维持元件导通所需要的最小阳极电流。维持电流IH：指在关断SCR时维持其导通所必需的最小阳极电流。【注】擎住电流IL要比维持电流IH大2—4倍。25、57.1)2~5.1()(TMAVTIITnTM(2~3)(2~3)2220V622~933VUUTT(AV)100(1.5~2)(1.5~2)A=96~127A1.571.57II6例KP50-8G的含义：额定电流：50A，额定电压：800V，管压降：1V26：门极可关断晶闸管(GateTurnOffthyristor)简称GTO。即能导通又能截止。GTO的电气符号：电力晶体管（GTR）又称大功率晶体管，是一种耐高压、大电流的双极型晶体管，按英文直译为巨型晶体管。电力晶体管（GTR）的结构与小功率晶体管相似，由3层半导体、2个PN结组成，也有NPN、PNP两种类型。主要特性：耐高压、电流大、开关特性好。通常采用至少由两个晶体管按达林顿管接法组成的单元结构，而集成电路工艺将许多这种单元并联而成。27、二次击穿：处于工作状态的GTR，当其集电极反偏电压UCE逐渐增大到最大电压BUCEO时，集电极电流IC急剧增大，但此时集电结的电压基本保持不变，这叫一次击穿，如图4-6所示。发生一次击穿时，如果有外接电阻限制电流IC的增大，一般不会引起GTR的特性变坏。如果继续增大UCE，又不限制IC的增长，则当IC上升到A点（临界值）时，UCE突然下降，而IC继续增大（负阻效应），这时进入低压大电流段，直到管子被烧坏，这个现象称为二次击穿。【注】二次击穿是GTR突然损坏的主要原因之一，发生二次击穿的必须同时具备的3个条件：高电压、大电流和持续时间。28、安全工作区SOA（SafeOperationArea）是指在输出特性曲线＋AKG7图上GTR能够安全运行的电流电压的极限范围。【注】书上P31安全工作区的四个参数：USB:二次击穿电压ISB:二次击穿电流PSB:二次击穿功率ICM:29、功率场效应晶体管又称为电力场效应晶体管（MOSFET），分结型和绝缘栅型两种类型。30、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）IGBT也是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。31、单向可控整流电路：(1)电阻性负载：输出直流电压平均值Ud：输出直流电流平均值Id：输出电压有效值：2cos145.0)(sin22122UttdUUd2cos145.02ddddRURUI42sin2)())sin(2(21222UtdtUU8输出电流有效值：电源供给的有功功率P、视在功率S和功率因数：【注】晶闸管的最大移相范围是0º～180º。[例1]单相半波可控整流电路，电阻性负载，Rd=5Ω，由220V交流电源直接供电，要求输出平均直流电压50V，求晶闸管的控制角α、导通角θ、电源容量S及功率因数cosϕ，并选用晶闸管KP。P34解：32、电感性负载的特点：电感对电流变化有电抗拒，使得流过的电流不能突变。（平波电抗器）33、(2)电感性负载电路：变压器T起变换电压和电气隔离的作用。42sin22ddRURUIUIRIPd2IUS242sin242sin2cos2222UUIUUIIUUISP9【注】晶闸管的最大移相范围是0º--90º。33、(3)带续流二极管的电感性负载：输出直流电压平均值：输出直流电流平均值：晶闸管的电流平均值和有效值：续流二极管的电流平均值和有效值：【注】晶闸管的最大移相范围仍是0º--180º。34、单相全控桥式整流电路：(1)电阻性负载：负载电压平均值Ud：负载电流平均值Id：负载电压有效值U：负载电流有效值I：晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT：电源供给的有功功率P、视在功率S和功率因数：2cos145.02UUddddRUIdTdKItdiI221dTKItdiI2212dDdDItdiI2212dDDItdiI22122)2cos1(U0.9tdsinU2π1U22dt)2cos1(RU0.9RUIdddπ2sin2π-πUtdsinU2π1U222）（t2sin2122dRUIIddTII21221IIT22UIRIP22IUS2sin21cos222IUUISP10【注】：晶闸管承受的最大反向电压为√2U2，承受的最大正向电压为√2/2U2。晶闸管的最大移相范围仍是0º--180º。(2)大电感性负载:负载电压平均值:负载电流的平均值:晶闸管的电流平均值和有效值:负载消耗的有功功率:(3)带续流二极管的大电感性负载:输出直流电压平均值:输出直流电流的平均值:晶闸管的电流平均值和有效值:续流二极管的电流平均值和有效值:cos9.0cos22)(sin21222UUttdUUdcos9.02ddddRURUIddTII21dTII21ddRRIUIUP2cos19.02UUddddRUIdTdTItdiI221dTII2dDdDIdtiI022dDDIdtiI02221135、单相桥式半控整流电路：（1）电阻性负载：负载电压、电流平均值：晶闸管的电流平均值和有效值：源供给的有功功率、功率因数：（2）电感性负载：输出直流电压平均值：输出直流电压平均值：晶闸管的电流平均值和有效值:续流二极管的电流平均值和有效值:【注】：自然续流现象：u2过零变负时，由于电感的作用，会使VT1继续导通，但二极管由VD4换流到了VD3。负载电流经VT1、Rd、VD3续流，而没有经过电源，因此负载上得到的电压近似为零，这就是单相桥式半控整流电路的自然续流现象。失控现象：在实际运行中有时会出现一个VT一直导通，另两个二极2cos19.0cos2sin2122UUttdUUddddRUIddDdKIII21IIIDK2122UIRIP222cosIUUISP2cos19.02UUddddRUIddDdTIII2dDTIII2ddVDIIdVDII12管轮流导通，电路不用触发就工作的异常现象，称为失控。为了避免失控情况，在负载侧并联一个续流二极管D。晶闸管的移相范围是：0~180。（3）带续流二极管的电感性负载：输出直流电压平均值：输出直流电压平均值：晶闸管的电流平均值和有效值：续流二极管的电流平均值和有效值：【注】晶闸管承受的最大正反电压均为U22整流二极管和续流二极管承受的最大反向电压为U22晶闸管的移相范围是0~180。【例1.4】某电感性负载采用带续流管的单相半控桥电路供电，如图所示。已知：电感线圈的内阻Rd=5，输入交流电压U2=220V，控制角=60°。试求晶闸管与续流管的电流平均值及有效值，并选择整流电路中的电子元器件。书上P51.2cos19.02UUddddRUI