电力电子 综合练习题

13、本章典型例题分析例2.1晶闸管导通和关断的条件是什么？解：晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。例2.2单相正弦交流电源，其电压有效值为220V，晶闸管和电阻串联相接，试计算晶闸管实际承受的正、反向电压最大值是多少？考虑2倍安全裕量，晶闸管的额定电压如何选取？解：晶闸管所承受的正、反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值：2202=311V；考虑2倍安全裕量，则晶闸管额定电压不低于2×311=622V，可取为700V。例2.3晶闸管额定电流和额定电压的确定方法?要点:晶闸管额定电流按实际计算的通态平均电流的1.5~2.0倍选取,额定电压按实际电路中所承受的最大电压值的2.~3倍选取.例2.4晶闸管是晶体闸流管的简称,常用的有平板型与螺栓型两种；晶闸管KP10-12G的含义是:P—普通晶闸管,10—额定电流为10A,12—额定电压为1000V.例2.5GTR及GTO的驱动电流波形的后沿一般都有一个较大的负电流,这个负电流的作用是有利于这些功率器件的:()A、导通B、关断C、寿命D、饱和例2.6晶闸管的触发电路产生的触发信号应有：（）A、足够大的触发功率B、足够小的触发功率C、尽可能缓的前沿D、尽可能窄的宽度例2.7驱动电路是电力电子器件主电路与哪种电路之间的接口？A、缓冲电路B、保护电路C、控制电路D、滤波电路例2.8功率晶体管GTR的安全工作区SOA由哪几条曲线所限定？答：功率晶体管的SOA由集电极最大允许电流ICM、集射间最大电压UCEM、集2电结最大允许功耗曲线PCM及二次击穿功率曲线PSB所组成。例2.9晶闸管主电路对触发电路的要求是什么？答：1）触发脉冲的参数应符合要求。触发脉冲的主要参数有脉冲幅值、宽度和前沿陡度。2）触发脉冲与主电路电源电压必须同步3）触发脉冲的移相范围应满足变流装置的要求4）触发脉冲的频率有可调性5）防止干扰与误触发4、本章作业2.1．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？答：晶闸管导通情况下，随着主回路电源电压的降低，主回路电流降低到某一数值以下时晶闸管就关断了。2.2．晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小取决于什么？晶闸管关断后，其承受的电压大小取决于什么？答：晶闸管导通后，流过晶闸管的电流完全由主电路的电源电压和回路电阻所决定。晶闸管关断后，其承受的电压大小取决于电源电压。2.3．什么信号可用做晶闸管的门极触发信号？答：处于晶闸管可靠触发区内的触发电压和电流可可用做晶闸管的门极触发信号。2.4．晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。晶闸管导通情况下，只要仍有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管仍保持导通。在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。2.5教材P42页,第3题:答案：mmdIttdII27.0)(sin2141mmItdtII48.0)()sin(214213mmmdIttdIttdII54.0))(cos)(sin(2142452mmmItdtItdtII67.0))()cos()()sin((214245222mmdItdII25.0)(21203mItdIIm5.0)(2120232.6教材P42页,第4题答案：78.127.048.01mmfIIk24.154.067.02mmfIIk225.05.03mmfIIk100A的晶闸管能输出的平均电流:AId2.8878.110057.11AId4.12624.110057.12AId5.78210057.13AIm7.32627.02.881AIm6.25638.05.972AIm31425.05.7813、本章典型例题分析例3.1接有续流二极管的单相半波可控整流电路，带大电感负载，R=5Ω，变压器二次侧电压U2=220V。试计算当触发角α分别为30°和60°时，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值和有效值；问在什么情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？解：1）当α=30°时，VUUd4.92230cos122045.02cos145.01ARUIdd5.1854.92流过晶闸管的电流平均值为AIIddT7.75.18360301802流过晶闸管的电流有效值为AIIdT9.165.18360301802流过续流二极管的电流平均值为AIIddD8.105.18360301802流过续流二极管的电流有效值为AIIdD1.145.1836030180242）当α=60°时，VUUd3.74260cos122045.02cos145.01ARUIdd9.1453.74流过晶闸管的电流平均值为AIIddT59.14360601802流过晶闸管的电流有效值为AIIdT6.89.14360601802流过续流二极管的电流平均值为AIIddD9.99.14360601802流过续流二极管的电流有效值为AIIdD2.129.143606018023）要使IdD＞IdT，由公式知，只需满足2＞2，即＞0°例3.2在单相桥式全控整流电路中，如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，该电路的工作情况将如何？如果这只晶闸管被烧成短路，该电路的工作情况又会如何？（思考，在三相桥式整流电路共阴极组短路一只晶闸管，又会是什么情况？怎么样保护之？）答：如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，则该单相桥式全控整流电路将作为单相半波可控整流电路工作；如果这只晶闸管被烧成短路，则会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重情况下甚至可能使整流变压器因过流而损坏。因此，在设计电路时，在变压器二次侧与晶闸管之间应串联快速熔断丝，起到过流保护的作用。在三相桥式整电路中，发生上述现象，道理是一样的，保护措施也一样。例3.3单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是什么？在何种情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？答：单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是：为感性负载中电感储存的能量提供一条专门的释放回路，以避免发生一只晶闸管持续导通而两只二极管轮流导通的“失控现象”。由公式知，流过续流二极管的电流平均值ddDII，流过晶闸管的电流平均值ddTII2要使IdD＞IdT，则只需满足＞2，即＞35例3.4单相全控桥式整流电路，带阻感负载，R=1Ω，L值很大，即满足ωLR，U2=100V，当α=600时，求：1）作出输出电压ud、输出电流id、变压器二次侧电流i2的波形；2）求整流输出平均电压Ud、电流Id和二次侧电流有效值I2；3）考虑两倍的安全裕量，选择晶闸管的额定电压和额定电流值。解：1)波形略2）Ud=0.9U2Cosα=0.9×100×Cos60°=45VId=Ud/R=45/1=45AI2=Id=45A3）晶闸管可能承受的最大电压为UTM=22U=141V，考虑2倍安全裕量,其值为282V，选额定电压为300V的晶闸管流过晶闸管的电流有效值为IT=21Id=31.82A考虑2倍安全裕量时晶闸管的平均电流为ITAV=2IT/1.57=40.54A，选额定电流为50A的晶闸管4、本章作业3.1．单相桥式全控整流电路，带大电感负载，U2=220V，R=2Ω，求晶闸管的额定电流和额定电压。解：晶闸管可能承受的最大电压为UTM=22U=311V，选额定电压为350V的晶闸管。Ud=0.9U2=0.9×220=198VId=Ud/R=198/2=99A流过晶闸管的电流有效值为IT=21Id=70.01A晶闸管的平均电流为ITAV=IT/1.57=44.6A，选额定电流为50A的晶闸管。3.2．单相半波可控整流电路中，如晶闸管：1）不加触发脉冲；2）内部短路；3）内部断路，试分析晶闸管两端与负载电压波形。解：1）3）同为关断状态，2）为导通状态，见课本P50。3.3．某单相可控整流电路，分别给阻性负载和蓄电池反电动势负载供电，在流6过负载电流平均值相同的条件下，哪一种负载下晶闸管的额定电流应选大一些？为什么？解：反电动势负载时晶闸管额定电流应选大一些。因为反电动势负载时，晶闸管的导通角θ比电阻性负载时小。反电动势负载的电流波形系数Kf比电阻负载时大。3.4．某单相桥式全控整流电路，带大电感负载，变压器二次侧电压U2=220V，R=2Ω，触发角α=30°时，求：1）画出输出电压ud、输出电流id和变压器二次侧电流i2波形；2）计算整流电路输出平均电压Ud、平均电流Id及变压器二次电流有效值I2；3）考虑2倍安全裕量，选择晶闸管的额定电压、额定电流值。解：1)波形略，见教材2）Ud=0.9U2Cosα=0.9×220×Cos30°=171.5VId=Ud/R=171.5/2=85.75AI2=Id=85.75A3）晶闸管可能承受的最大电压为UTM=22U=311V，考虑2倍安全裕量,其值为622V，选额定电压为650V的晶闸管。流过晶闸管的电流有效值为IT=21Id=60.6A考虑2倍安全裕量时晶闸管的平均电流为ITAV=2IT/1.57=77.2A，选额定电流为80A的晶闸管。4.1．无源逆变与有源逆变有什么不同？答：交流侧接电网，为有源逆变；交流侧接负载，为无源逆变。随负载要求的不同，无源逆变电路输出的频率与电压既可以是恒定的，也可以是可变的。4.2．什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？从电路组成和工作波形上看，这二者各有什么特点？答：电压型逆变电路因其直流侧电源为电压源，所以，直流电压无脉动，直流回路呈低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。交流侧输出电流波形则取决于负载的性质。为给感性（滞后）的负载电流提供流通路径，逆变桥的各桥臂必须并联无功反馈二极管。电流型逆变电路因其直流侧电源为电流源，所以，直流电流无脉动，直流回路呈7高阻抗。交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。交流侧输出电压波形则取决于负载的性质。由于电流源电流的单向性，逆变桥的各桥臂不必并联无功反馈二极管。4.3．电压型逆变电路中，与开关管反并联的二极管的作用是什么？答：为给感性（滞后）的负载电流提供流通路径，逆变桥的各桥臂必须并联无功反馈二极管。4.4试分析教材单相桥式电压型逆变电路的工作原理及波形、单相桥式电流型电路的工作原理及波形第三部分综合练习题练习一一、填空题1．晶闸管是四层三端器件，三个引出电极分别为：阳极、阴极和极。2．一只额定电流为100A的普通晶闸管，其允许通过的电流有效值为A。3．具有自关断能力的电力电子器件称为器件。4．三相全控桥式整流电路中，采用共阴极组接法的三只晶闸管，要求其触发脉冲以1200为间隔，依次在电源电压的半周触发各晶闸管。5．在考虑变压器漏抗影响时，整流电路输出电压的平均值将________。6．三相全控桥式整流电路输出的电压波形在一个周期内脉动次。7．采用时间比控制方式改变斩波器负载两端的平均电压，对斩波器触发脉冲的调制方法有三种，分别是；；。8．降压斩波器中，电源电压Ud=50V，导通比为0.8，则负载电压平均值ULD为。9．电流型逆变电路直流侧为，输出电流波形为。10．根据调制脉冲的