电力电子课后习题答案-部分

2-11试列举你所知道的电力电子器件，并从不同的角度对这些电力电子器件进行分类。目前常用的控型电力电子器件有哪些?答：1.按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：（1）半控型器件：晶闸管及其派生器件（2）全控型器件：IGBT,MOSFET，GTO,GTR（3）不可控器件:电力二极管2.按照驱动信号的波形（电力二极管除外）（1）脉冲触发型：晶闸管及其派生器件（2）电平控制型：（全控型器件）IGBT,MOSFET，GTO,GTR3.按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：（1）单极型器件：电力MOSFET，功率SIT,肖特基二极管（2）双极型器件：GTR,GTO,晶闸管，电力二极管等（3）复合型器件：IGBT,MCT,IGCT等4.按照驱动电路信号的性质，分为两类：（1）电流驱动型：晶闸管，GTO，GTR等（2）电压驱动型：电力MOSFET,IGBT等常用的控型电力电子器件：门极可关断晶闸管,电力晶闸管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管。2-15对晶闸管触发电路有哪些基本要求？晶闸管触发电路应满足下列要求：１）触发脉冲的宽度应保证晶闸管的可靠导通；２）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达到1-2A/US。３）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠出发区域之内。４）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。2-18ＩＧＢＴ、ＧＴＲ、ＧＴＯ和电力ＭＯＳＦＥＴ的驱动电路各有什么特点？IGBT驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT是电压驱动型器件，IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。GTR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗；关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。GTO驱动电路的特点是：GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。电力MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。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。1.晶闸管两端并联R、C吸收回路的主要作用有哪些？其中电阻R的作用是什么？答：R、C回路的作用是：吸收晶闸管瞬间过电压，限制电流上升率，动态均压作用。R的作用为：使L、C形成阻尼振荡，不会产生振荡过电压，减小晶闸管的开通电流上升率，降低开通损耗。、8、指出下图中①～⑦各保护元件及VD、Ld的名称和作用。答：①星形接法的硒堆过电压保护；②三角形接法的阻容过电压保护；③桥臂上的快速熔断器过电流保护；④晶闸管的并联阻容过电压保护；⑤桥臂上的晶闸管串电感抑制电流上升率保护；⑥直流侧的压敏电阻过电压保护；⑦直流回路上过电流快速开关保护；VD是电感性负载的续流二极管；Ld是电动机回路的平波电抗器；9、为使晶闸管变流装置正常工作，触发电路必须满足什么要求？答：A、触发电路必须有足够的输出功率；B、触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步；C、触发脉冲要有一定的宽度，且脉冲前沿要陡；D、触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求；10、下图为一单相交流调压电路，试分析当开关Q置于位置1、2、3时，电路的工作情况并画出开关置于不同位置时，负载上得到的电压波形。答：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。11、在下面两图中，一个工作在整流电动机状态，另一个工作在逆变发电机状态。（1）、标出Ud、ED及id的方向。（2）、说明E与Ud的大小关系。（3）、当α与β的最小值均为30度时，控制角α的移向范围为多少？整流电动机状态：电流方向从上到下，电压方向上正下负，反电势E方向上正下负，Ud大于E，控制角的移相范围0°~90°。逆变发电机状态：电流方向从上到下，电压Ud方向上负下正，发电机电势E方向上负下正，Ud小于E，控制角的移相范围90°~150°。1、图为采用双向晶闸管的单相电源漏电检测原理图，试分析其工作原理。答：三相插座漏电，双向晶闸管以I+或III-的方式触发导通，继电器线圈得电，J1,4常开触头闭合，常闭触头断开，切断插座电源；同时J1,2常开触头闭合，常闭触头断开，晶闸管门极接通电源；双向晶闸管导通使指示灯亮，提示插座漏电。正常工作时，双向晶闸管门极无触发信号，不导通，继电器线圈不得电，三相插座带电，指示灯不亮，提示正常工作。3、由下面单结晶体管的触发电路图画出各点波形。答：1、实现有源逆变必须满足哪两个必不可少的条件？答：（1）直流侧必需外接与直流电流Id同方向的直流电源E，其数值要稍大于逆变器输出平均电压Ud，才能提供逆变能量。（2）逆变器必需工作在β90º（α90º）区域，使Ud0,才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。2、晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？答：（1）触发信号应有足够的功率。（2）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。（3）触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。2、PWM逆变电路的控制方法主要有哪几种？简述异步调制与同步调制各有哪些优点？答：（1）PWM逆变电路的常用控制方法有两种，一是计算法；二是调制法。其中调制法又可分为两种，一是异步调制法；二是同步调制法。（2）通常异步调制法是保持载波频率不变，信号频率根据需要而改变时，载波比是变化的。优点是：信号频率较低时载波比较大，一周期内脉冲数较多，输出较接近正弦波。（3）同步调制时，保持载波比为常数，并在变频时使载波和信号波保持同步变化。优点是：信号波一周内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的，对称性好。3、什么是逆变失败？逆变失败后有什么后果？形成的原因是什么答：（1）逆变失败指的是：逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件末关断，该导通的器件末导通。从而使逆变桥进入整流状态，造成两电源顺向联接，形成短路。（2）逆变失败后果是严重的，会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流，损坏开关器件。（3）产生逆变失败的原因：一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等。2、根据对输出电压平均值进行控制的方法不同，直流斩波电路可有哪三种控制方式？并简述其控制原理。答：（1）第一种调制方式为：保持开关周期不变，改变开关导通时间ton称为脉宽调制。简称“PWM”调制。（2）第二种调制方式为：保持开关导通时间ton不变，改变开关周期，称为频率调制。简称为“PFM”调制。（3）第三种调制方式为：同时改变周期T与导通时间ton。使占空比改变，称为混合调制。3、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？答：电压型逆变器当交流侧为阻感性负载时，需要向电源反馈无功功率。直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂开关器件都反并联了反馈二极管。1、对晶闸管的触发电路有哪些要求？答：为了让晶闸管变流器准确无误地工作要求触发电路送出的触发信号应有足够大的电压和功率；门极正向偏压愈小愈好；触发脉冲的前沿要陡、宽度应满足要求；要能满足主电路移相范围的要求；触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压取得同步。2、正确使用晶闸管应该注意哪些事项？答：由于晶闸管的过电流、过电压承受能力比一般电机电器产品要小的多，使用中除了要采取必要的过电流、过电压等保护措施外，在选择晶闸管额定电压、电流时还应留有足够的安全余量。另外，使用中的晶闸管时还应严格遵守规定要求。此外，还要定期对设备进行维护，如清除灰尘、拧紧接触螺钉等。严禁用兆欧表检查晶闸管的绝缘情况。3、晶闸管整流电路中的脉冲变压器有什么作用？答：在晶闸管的触发电路采用脉冲变压器输出，可降低脉冲电压，增大输出的触发电流，还可以使触发电路与主电路在电气上隔离，既安全又可防止干扰，而且还可以通过脉冲变压器多个二次绕组进行脉冲分配，达到同时触发多个晶闸管的目地。6、晶闸管的过电流保护常用哪几种保护方式？其中哪一种保护通常是用来作为“最后一道保护”用？答：晶闸管的过电流保护常用快速熔断器保护；过电流继电器保护；限流与脉冲移相保护和直流快速开关过电流保护等措施进行。其中快速熔断器过电流保护通常是用来作为“最后一道保护”用的。3.单相桥式全控整流电路，VU1002，负载中2R，L值极大，当30时，要求：（1）作出du、di和2i的波形；（2）求整流输出平均电压dU、平均电流dI，变压器二次电流有效值2I；解：（1）作图。（2）cos9.02UUd当30时，VUUd7830cos1009.0cos9.02ARUIdd39278AIId3924.在图1所示的降压斩波电路中，已知VE200，10R，L值极大，VEM30。（1）分析斩波电路的工作原理；（2）采用脉宽调制控制方式，当sT50，ston20时，计算输出电压平均值oU、输出电流平均值oU。解：（1）参考书上简要说明。（2）根据公式得VETtEtttUonoffonono802005020AREUIMOo5103080计算题（每小题10分，共计20分）1、单相半波可控整流电路，电阻性负载。要求输出的直流平均电压为50～92V之间连续可调，最大输出直流电流为30A，由交流220V供电，求①晶闸管控制角应有的调整范围为多少？②选择晶闸管的型号规格（安全余量取2倍，dTII=1.66）。解：①单向半波可控整流电路的UL=0.45U221COS当UL=50V时COSα=20452UUL—1=220045502—1≈0则α=90°当UL=92V时COSα=20452UUL—1=220045922—1=0.87则α=30°∴控制角α的调整范围应为0～90°②由dTII=1.66知I=1.66Id=1.66×30=50A为最大值∴IT(AV)=2×57.1TMI=2×57.150=64A取100A又Uyn=2UTM=2×2×220=624V取700V晶闸管的型号为：KP100-7。2、一台由220V供电的自动恒温功率为1kW的电炉，采用单相半控桥整流电路。通过计算选择晶闸管和续流二极管的型号。解：电炉电阻丝的电阻Rd=dPU22=1000220220≈48Ω当α=0°时晶闸管与整流管的电流有效值才最大为ITm=IDm=RdU22241SIn=48220200241=3.2A选择晶闸管和整流管的型号IT(AV)=(1.5～2)57.1TmI=(1.5～2)57.12.3=34A取5A(电流系列值)UTn=(2～3)UTM=(2～3)2×220=625～936V所以，晶闸管的型号为KP5-8同理，整流管的型号为ZP5-83，某感性负载采用带续流二极管的单相半控桥整流电路，已知电感线圈的内电阻Rd=5Ω，输入交流电压U2=220V，控制角α=60°。试求晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值。解：首先求整流使出电压的平均值Ud=0.921COS=0.9×220×26010COS=149V再求负载电流Id=Ud/Rd=(149/5)≈30A晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值分别为IdT=00360180Id=3036060180000=10AIT=00360180Id=00036060180×30