电力电子技术习题解答.docx

电力电子技术习题解答习题一1、晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管关新的条件是什么，如何实现？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压(UAK>0)，并在门极施加触发电流(UGK>0)。要使晶闸管由导通转为关断，可利用外加反向电压或由外电路作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。2、有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？答：这是由于晶闸管的阳极电流IA没有到达晶闸管的擎住电流(Il)就去掉了触发脉冲，这种情况下，品闸管将自动返回阻断状态。在具体电路中，由于阳极电流上升到擎住电流需要一定的时间(主要由外电路结构决定)，所以门极触发信号需要保证一定的宽度。3、图1-32中的阴影局部表示流过晶闲管的电流波形，其最大值均为m,试计算各波形的电流平均值、有效值。如不考虑平安裕量，额定电流100A的晶闻管，流过上述电流波形时，允许流过的电流平均值Ai各为多少？图1-32习题3附图解：（八）lda=lmsin(d)d(M)=；2i=0.3183m额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为I57A,那么人=2x157=314(4)：平均值为：1.=1.=100zUn(b) =msin(<r)<(*)=Auas0.6366m11it,11额定电流100A的晶闸管允许流过的电流Ier效值为157A,那么re=2×157222（八）；平均值为：db=0.6366m141.3XA)o(c) /.=-mSin(W)或卅)=-lu0.4775mj-2乃额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为I57A,那么Im=-IH-247.56（八）:0.6342平均值为：ldc=0.4775rt1118.21（八）。3)Itu=y-J：msin()J()=-1.2m=0,2387m211i-2/r24”额定电流100A的晶闸管允许流过的电流效值为157A,那么m=-350.06（八）:0.4485平均值为：1,=0.2387111«83.56(4)«*=*%3)=聂叫额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A,那么h-咀一把444.00（八）；0.3536平均值为：4=0.12511l=55.5(4)。(f) 1.=0.25,额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为I57A,那么：ro=-=314（八）：平均值为：%=0.25x314=78.5（八）4、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而GTO却可以？答：GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，由PNP2和NF2Nz构成两个晶体管V1,V2分别具有共基极电流增益和a2,由普通品闸管得分析可得，+a?=1是器件临界导通的条件。5+。2>1两个晶体管饱和导通；5+a2<l不能维持饱和导通而关断。GTO能关断，而普通品闸管不能是因为GTO在结构和工艺上书以下几点不同：A多元集成结构使每个GTO元的阴极面枳很小，门极和阴极的距离缩短，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。BGTo导通时a+a2更接近1,晶闸管a+a2>1.15,而GTo那么为Q+Q2F.05,饱和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。CGTO在设计时，a2较大，晶体管V2控制灵敏，而aI很小，这样晶体管VI的集电极电流不大，易于从门极将电流抽出，从而使GTO关断.5、GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？答：二者都是电流型驱动型器件，其开通和关断都要求有相应的触发脉冲，要求其触发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。GTR要求在导通期间直提供门极触发电流信号，而GTO当器件导通后可以去掉门极触发电流信号：GTO的电流增益(尤其是关断电流增益很小)小于GTR,无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度，其对触发电流信号(尤其是关断门极负脉冲电流信号)的要求比GTR高。6、试比拟GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异和各自的优缺点.答：见下表S件优点缺点GTR耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低开关速度低，电流驱动型需要驱动功率大，驱动电路更杂，存在2次击穿问题GTO电压、电流容S3:很大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率很大，驱动电路豆杂,开关频率低MOSFET开关速度快，开关损耗小，工作频率高，门极输入阻抗高，热稳定性好，需要的驱动功率小，驱动电路简|丫1，没有2次击穿问题电流容量小，耐压低，通态损耗较大，一般适合于高频小功率场合IGBT开关速度高，开关损耗小，通态压降低，电压、电流容量较高。门极输入阴抗高，驱动功率小，驱动电路简单开关速度不及电力MoSFET,电压、电流容量不及GTOo习题二1、单相桥式全控整流电路接电阻性负就，要求输出电压在0100V连续可调，输出电压平均值为30V时，负我电流平均值到达20A,系统采用220V的交流电压通过降压变压器供电，且晶闸管的最小拄制角Uniin=30°»(设降压变压器为理想变压器)试求I(1)变压器二次侧电流有效值人(2)考虑平安裕量，选择晶闸管电压、电流定额；(3)作出-时，d、id和变压器二次侧的波形.解：由题意可知负载电阻K=5=迎=1.5欧，Itl20单相全控整流的直流输出电压为Ud=包l+8Sa)11直流输出电压最大平均值为100V,且此时的最小控制角为nin=300,带入上式可求得(1)T=田(曲;叫吃=.启+臂N79.33件+等11un=30°时>/=78.18(4)(2)晶间管的电流有效值和承受电压峰值分别为考虑3倍余量，选器件耐压为I68X3=5OOV:额定电流为(55.281.57)X3=100A(3)2、试作出图27(第44页)所示的单相桥式半控整流电路带大电感负藏，在a=30时的d、小v/VlM的波形。并计算此时输出电压和电流的平均值。解：输出电压和电流的平均值分别为：3、单相桥式全控整流电路，S=100V,负载中A=2d/,值极大，反电动势E=60V,当a=30。时，试求：(1)作出d、id和i2的波形I(2)求整流输出电压平均值“、电流d,以及变压器二次侧电流有效值，2解:整流输出电压平均值3、电流d,以及变压器二次侧电流有效值/2分别为：4、某一大电感负或采用单相半控桥式整流接有续流二极管的电路,负栽电阻R=4S1,电源电压5=220V,a=113,求：(1)输出直流平均电压和输出直流平均电流；(2)流过晶闸管(整流二极管)的电流有效值；(3)流过续流二极管的电流有效值。解：UJ电路波形图见第2题“后Q嬴*甯21.43（八）5、三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？如果不是,它们在相位上差多少度？试作出共阳极接法的三相半波可控的整流电路在=30'时的"d、ivn、“VTI的波形。解：a、b两相的自然换相点不是同一点，它们在相位上差多少】80度，见下列图,共阳极接法的三相半波可控的整流电路在=30°时的如、vr“vn的波形如下列图6、三相半波可控整流电路带大电感性负载，=113,R=2iltS=220V,试计算负裁电流并按裕量系数2确定晶网管的额定电流和电压.解：U4=1.171.2cos=1.17×220×0.5=128.7(V)按裕量系数2确定晶闸管的电流定额为：×247.3050（八）；电压定额为：6t.×2l()7712(X)(V)7、三相桥式全控整流电路，S=100V,带阻感性负藏，R=SClt/.值极大，当a=60。，试求：(1)作出Nd、id和iv的波形；(2)计算整流输出电压平均值小、电流d,以及流过晶闻管电流的平均值dv和有效值v11(3)求电源例的功率因数；(4)估算晶闸管的电压、电流定额。解：(2)Ud=2.34Ujcosa=2.34×100×0.5=117(V)(3)由功率因数的定义知：=-cos>l=0.955cosa=0.955*0.5=0.4775(4)按2倍余量估算，晶闸管的电压定额为：6(2×2=×l×2489.90500(V)；晶闸管的电流定额为：-12-×2=-×2l7.2l2(XA)1.571.578、三相桥式不控整流电路带阻感性负载，R=5O,1.=OC,S=220V,XH=O.3。，求仇、/vd、Z2和7的值，并作出"d、和h的波形.解：三相桥式不控整流电路相当于三相桥式全控整流电路在触发角为0度时的情况，那么代入最联立求解上述2个方程可得:'Uj=486.9O(Voj=97.38（八）二极管的电流平均值为：w,=g=等=32,46（八）变压器二次侧电流有效值为：A=后79.51（八）2I由cosa-cos(a+/)="可得6U2I-cos=-=.?x97,38().1084：cos/=0.8916；26.93o6t,6×220d、IVDl和i2的波形的波形如下：9、请说明整流电路工作在有源逆变时所必须具备的条件.答：(1)外部条件直流侧应有能提供逆变能量的直流电动势，其极性与晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧的平均电压。(2)内部条件变流器直流侧输出直流平均电压必须为负值，即ft>112,(lj<0,以上两条件必须同时满足，才能实现有源逆变。10、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：当变流器工作于逆变工况时，一旦由于触发脉冲丧失、突发电源缺相或断相等原因造成换流失败，将使输出电压Ud进入止半周，与EM顺向连接，由于回路电阻很小，造成很大的短路电流，这种情况叫逆变失败或逆变颠覆。为了保证逆变电路的正常工作，必须】)选用可靠的触发器，2)正确选择晶闸管的参数，3)采取必要的措施，减小电路中d“/dr和d"d的影响，以免发生误导通，4)保证交流电源的质量，5)逆变角。的角度有一最小限制，留出充足的换向余量角。11、三相全控桥式变流器，足够大、RENA、3=200V、EM=-300V,电动机运行于发电制动状态，制动过程中的负载电流为66A,问此时变流器能否实现有源逆变？假设能求此时的逆变角4解：电动机处于发电制动状态可以提供逆变能量，满足布源逆变的外部条件，可以实现书源逆变。三相全控桥式变流器处于有源逆变时有：Ud=2,34U2cosa=2,34U2cos(11-)(1)而=%h，即66=4；0°，S=220.8(V)将S=-220.8(y)带入(1)式可得：-220.8=2.34X200XCoS(万一")：=61.85°或=118.15°>9(T“12、三相全控桥式变流器，带反电动势阻感负栽，R=IQ,1.=x,S=220V,1.e=ImH,当Em=-400V,“=60二时求、Ai和;，的值，及此时送回电网的有功功率是多少？解：Ud=2.34U,cos-y7rf=2.34U,sarf代入量联立求解上述2个方程可得：=EE)I4=109.69（八）由换流重叠角公式可得：cosa-cos(+力=与氏=20342y9=j2796(,