(完整版)電力電子期末試題.及答案

1、1 .晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由什么決定？晶閘管的關(guān)斷條件是什么？如何實(shí)現(xiàn)？晶閘管導(dǎo)通與阻斷時(shí)其兩端電壓各為多少？解：晶閘管導(dǎo)通的條件是： 晶閘管陽極和陰極之間加正向陽極電壓。門極和陰極之間加適當(dāng)?shù)恼蜿枠O電壓。導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由主電路電源電壓和負(fù)載大小決定。晶閘管的關(guān)斷條件是：陽極電流小于維持電流。關(guān)斷晶閘管可以通過降低晶閘管陽極一陰極間電壓或增大主電路中的電阻。晶閘管導(dǎo)通時(shí)兩端電壓為通態(tài)平均電壓（管壓降），阻斷時(shí)兩端電壓由主電路電源電壓決定。2 .調(diào)試圖所示晶閘管電路，在斷開負(fù)載Rd測量輸出電壓 Ud是否可調(diào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表讀數(shù)不正常，接上Rd后一切正常，請分析為

2、什么?習(xí)題2圖解：當(dāng)S斷開時(shí)，由于電壓表內(nèi)阻很大，即使晶閘管門極加觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)流過晶閘管陽極電流仍小于擎住電流，晶閘管無法導(dǎo)通，電流表上顯示的讀數(shù)只是管子漏電流形成的電阻與電壓表內(nèi)阻的分壓值，所以此讀數(shù)不準(zhǔn)。在S合上以后，Rd介入電路，晶閘管能正常導(dǎo)通，電壓表的讀數(shù)才能正確顯示。3 .畫出圖1-35所示電路電阻 Rd上的電壓波形。解:圖1-35習(xí)題3圖4 .說明晶閘管型號(hào) KP100-8E代表的意義。解：KP100-8E表示額定電流100A、額定電壓 8級(jí)( 800V、通態(tài)平均電壓組別 E (0.7 <UtW0.8)普通晶閘管。5 .晶閘管的額定電流和其他電氣設(shè)備的額定電流有什么不同？

3、解：由于整流設(shè)備的輸出端所接負(fù)載常用平均電流來衡量其性能，所以晶閘管額定電流的標(biāo)定與其他電器設(shè)備不同，采用的是平均電流，而不是有效值，又稱為通態(tài)平均電流。所謂通態(tài)平均電流是指在環(huán)境溫度為 40c和規(guī)定的冷卻條件下，晶閘管在導(dǎo)通角不小于 170° 電阻性負(fù)載電路中，當(dāng)不超過額定結(jié)溫且穩(wěn)定時(shí)，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值。6 .型號(hào)為KP100 3、維持電流lH=3mA的晶閘管，使用在習(xí)題圖所示的三個(gè)電路中 是否合理？為什么(不考慮電壓、電流裕量)？3)10(c)習(xí)題6圖解：(a)圖的目的是鞏固維持電流和擎住電流概念，擎住電流一般為維持電流的數(shù)倍。本題給定晶閘管的維持電流lH =

4、 3mA,那么擎住電流必然是十幾毫安，而圖中數(shù)據(jù)表明，晶閘管即使被觸發(fā)導(dǎo)通，陽極電流為100V/50KQ=3 mA,遠(yuǎn)小于擎住電流，晶閘管不可能導(dǎo)通，故不合理。(b)圖主要是加強(qiáng)對晶閘管型號(hào)的含義及額定電壓、額定電流的理解。本圖所給的晶閘管額定電壓為300A、額定電流100A。圖中數(shù)據(jù)表明，晶閘管可能承受的最大電壓為311V,大于管子的額定電壓，故不合理。(c)圖主要是加強(qiáng)對晶閘管型號(hào)的含義及額定電壓、額定電流的理解。晶閘管可能通過的最大電流有效值為150A,小于晶閘管的額定電流有效值1.57X100= 157A,晶閘管可能承受的最大電壓150V,小于晶閘管的額定電壓 300V,在不考慮電壓、

5、電流裕量的前提下，可以正常工作，故合理。7 .某晶閘管元件測得 Udrm = 840V, Urrm=980V,試確定此晶閘管的額定電壓是多少?解：根據(jù)將Udrm和Urrm中的較小值按百位取整后作為該晶閘管的額定值，將兩者較小的840V按教材表1 2取整得800V,該晶閘管的額定電壓為 8級(jí)（800V）。8 .有些晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，觸發(fā)脈沖結(jié)束時(shí)它又關(guān)斷是什么原因？解：晶閘管的陽極加正向電壓，門極加正向觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。此后陽極電流逐漸上升到擎住電流后，去掉觸發(fā)脈沖，則管子繼續(xù)導(dǎo)通，知道電流升到負(fù)載電流后，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如果陽極電流還沒有升到擎住電流值就去掉門極脈沖，則晶閘管就不

6、能繼續(xù)導(dǎo)通而關(guān)斷。9 .雙向晶閘管額定電流的定義和普通晶閘管額定電流的定義有何不同？額定電流為100A的兩只普通晶閘管反并聯(lián)可以用額定電流為多少的雙向晶閘管代替？解：雙向晶閘管的額定電流用有效值表示，而普通晶閘管的額定電流是用平均值表示的。額定電流100A的普通晶閘管，其通過電流的峰值為 100Ax = =314A,則雙向晶閘管的額定 電流為314/晚=222A。10 .雙向晶閘管有哪幾種觸發(fā)方式？ 一般選用哪幾種？解：雙向晶閘管的觸發(fā)方式有：I+觸發(fā)：T1接正電壓，T2接負(fù)；門極 G接正，T2接負(fù)。I-觸發(fā)：T1接正，T2接負(fù)；門極 G為負(fù)，T2接正。m+觸發(fā)T1接負(fù)，T2接正，門極 G接正

7、，T2接負(fù)。m-觸發(fā)T1接負(fù)，T2接正；門極 G接負(fù)，T2接正。一般選用I+和出-。11 .說明圖所示的電路，指出雙向晶閘管的觸發(fā)方式。解：S置于位置1 :雙向晶閘管得不到觸發(fā)信號(hào)，不能導(dǎo)通，負(fù)載上無電壓S置于位置2:正半周，雙向晶閘管1+觸發(fā)方式導(dǎo)通。負(fù)半周，由于二極管VD反偏, 雙向晶閘管得不到觸發(fā)信號(hào)，不能導(dǎo)通，負(fù)載上得到半波整流電壓。S置于位置3:正半周，雙向晶閘管 I +觸發(fā)方式 導(dǎo)通。負(fù)半周，雙向晶閘管出-觸發(fā)方式導(dǎo)通，負(fù)載上得到近似單相交流電壓。12.可關(guān)斷晶閘管解：可關(guān)斷晶閘管GTO有哪些主要參數(shù)？其中哪些參數(shù)與普通晶閘管相同？哪些不同？GTO的主要參數(shù)有：斷態(tài)重復(fù)峰值電壓、斷

8、態(tài)不娼婦峰值電壓、反向重復(fù)峰值電壓和反向不重復(fù)峰值電壓、開通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間等，這些參數(shù)定義與普通晶閘管相同。與普通晶閘管不同的是：(1)最大可關(guān)斷陽極電流Iato。也是標(biāo)稱GTO額定電流的參數(shù)。 與普通晶閘管的額定 電流不同。(2)電流關(guān)斷增益 off。定義為off -TOI GM(3)維持電流與擎住電流。GTO的維持電流和擎住電流的含義和普通晶閘管的含義基本相同。但是，由于 GTO的多元集成結(jié)構(gòu)，使得每個(gè) GTO遠(yuǎn)的維持電流和擎住電流不可能完全相同。因此把陽極電流減小到開始出現(xiàn)某些GTO元不能再維持導(dǎo)通時(shí)的值稱為整個(gè)GTO的維持電流；而規(guī)定所有 GTO元都達(dá)到其擎住電流的陽極電流為GTO的擎

9、住電流。13 .名詞解釋控制角(移相角)導(dǎo)通角 移相移相范圍控制角 ：控制角 也叫觸發(fā)角或觸發(fā)延遲角，是指晶閘管從承受正向電壓開始到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)之間的電角度。導(dǎo)通角e :是指晶閘管在一周期內(nèi)處于導(dǎo)通的電角度。移相：是指改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻，即改變控制角的大小。移相范圍：是指一個(gè)周期內(nèi)觸發(fā)脈沖的移動(dòng)范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。14 .有一單相半波可控整流電路，帶電阻性負(fù)載 Rd=10Q,交流電源直接從 220V電網(wǎng)獲得，試求:(1)輸出電壓平均值 Ud的調(diào)節(jié)范圍；(2)計(jì)算晶閘管電壓與電流并選擇晶閘管。解：(1)輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍：099V(2) KP20-715 .單相半波整流電路，如

10、門極不加觸發(fā)脈沖；晶閘管內(nèi)部短路；晶閘管內(nèi)部斷開，試 分析上述3種情況下晶閘管兩端電壓和負(fù)載兩端電壓波形。解：(1)晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖，即晶閘管呈阻斷狀態(tài)，可視作開路，所以輸出電壓 和晶閘管兩端電壓波形如習(xí)題圖15 (a)所示。(2)晶閘管內(nèi)部短路，顯然晶閘管兩端電壓為零，此時(shí)輸出電壓和晶閘管兩端電壓波 形如習(xí)題15圖b)所示。(3)晶閘管內(nèi)部開路，輸出電壓和晶閘管兩端電壓波形如習(xí)題15 (c)所示。習(xí)題15圖16 .畫出單相半波可控整流電路，當(dāng)=60。時(shí)，以下三種情況的 Ud、iT及Ut的波形。1)電阻性負(fù)載。2)大電感負(fù)載不接續(xù)流二極管。3)大電感負(fù)載接續(xù)流二極管。解：(1)波形如圖(

11、a)電阻性負(fù)載波形圖(c)電感性負(fù)載接續(xù)流二極管L為勵(lì)磁電感，發(fā)電機(jī)滿17 .中小型發(fā)電機(jī)采用的單相半波晶閘管自激勵(lì)磁電路如圖,載時(shí)相電壓為220V,要求勵(lì)磁電壓為 40V,勵(lì)磁繞組內(nèi)阻為 2Q,電感為0.1H,試求滿足勵(lì)磁要求時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角及流過晶閘管與續(xù)流二極管的電流平均值和有效值。U d 0.45U 21 cos240cos0.45 22010.192= 101 °9r= 180 - 101= 19°也= 180 +101 °= 281由于co Ld=2TtfLd=2X3.14X50X0.1=31.4a,所以為大電感負(fù)載，各電量分別計(jì)算如下Ud 40Id

12、 20ARd2I dT180360Id寸I dD180360180 Id 9.4A, 360,180 101I d20 15.6A3602)U TMU DM180360.2U2Id 11.6A311V311V3)選擇晶閘管和續(xù)流二極管得型號(hào)Um (23)U tm(23)311V622 933VIt9.4IT(AV) (1.52)訪(1.52)高A 9 12A取UTn=700V, IT(AV) =10A；選擇晶閘管型號(hào)為KP107。UDn (2 3)U DM (2 3) 311V622 933VID11.6ID(AV) g (1.52)許A 16.8 22A取U Dn = 700V , I D(

13、AV) = 20A ;選擇晶閘管型號(hào)為ZP20- 1。4)是續(xù)流二極管開路造成的。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈為大電感負(fù)載，所以輸出電壓Ud始終為零或電壓很低。18 .某電阻性負(fù)載要求 024V直流電壓，最大負(fù)載電流 Id=30A,如用220V交流直接供電與用變壓器降壓到60V供電，都采用單相半波整流電路，是否都能滿足要求？試比較兩種供電方案所選晶閘管的導(dǎo)通角、額定電壓、額定電流值以及電源和變壓器二次側(cè)的功率因數(shù)和對電源的容量的要求有何不同、兩種方案哪種更合理（考慮2倍裕量）？解：（1）采用220V電源直接供電，當(dāng)=0°時(shí)Ud0= 0.45U2=99V采用整流變壓器降至 60V供電，當(dāng) =0。

14、時(shí)Ud0= 0.45U2=27V所以只要適當(dāng)調(diào)節(jié)角，上述兩種方案均滿足輸出024V直流電壓的要求。（2）采用220V電源直流供電，因?yàn)閁d 0.45U2其中在輸出最大時(shí)，U2= 220V, Ud=24V,則計(jì)算得"121°&= 180° - 121 ° = 59°晶閘管承受的最大電壓為Utm =U2= 311V考慮2倍裕量，晶閘管額定電壓UTn=2UTM =622V流過晶閘管的電流有效值是It =5 冗Rd2 九sin 24兀其中， =121140.8則 It=84A考慮2倍裕量，則晶閘管額定電流應(yīng)為TtIT(AV)1.5784 21.

15、57107A因此，所選晶閘管的額定電壓要大于622V,額定電流要大于107A。電源提供的有功功率P I 2Rd842 0.8 5644.8W電源的視在功率：S U2I2U2I 220 84 18.48W，、一，一皿P電源側(cè)功率因數(shù)：cos 0.305S1 cos(3)米用整流變壓器降至 60V供電，U2 = 60V, Ud=24V,由Ud 0.45U 22計(jì)算得 =39° , 底=180 ° 39 = 141 °晶閘管承受的最大電壓為Utm= J2 U2= 84.9V考慮2倍裕量，晶閘管額定電壓UTn=2UTM=169.8V流過晶閘管的電流有效值是IT=U芻J一

16、sin2-51.4ARd 2九 4冗考慮2倍裕量，則晶閘管額定電流應(yīng)為TT(AV)工 51.4 2 65.5A1.571.57因此，所選晶閘管的額定電壓要大于169.8V ,額定電流要大于 65.5A。電源提供的有功功率：P I2Rd 51.42 0.8 2113.6W電源的視在功率：S U2I2 U2I 60 51.4 3.08WP 電源側(cè)功率因數(shù)：cos 0.685S通過以上計(jì)算可以看出，增加了變壓器后，使整流電路的控制角減小，所選晶閘管的額定電壓、額定電流都減小，而且對電源容量的要求減小，功率因數(shù)提高。所以，采用整流變 壓器降壓的方案更合理。33.單相交流調(diào)壓電路如圖，U2= 220V,

17、 L=5.516mH , R=1，試求：1）控制角a的移相范圍。2）負(fù)載電流最大有效值。3）最大輸出功率和功率因數(shù)?？诩o(jì)習(xí)題34圖解：1）單相交流調(diào)壓電感性負(fù)載時(shí)，控制角”的移相范圍是L 250 5.51660R 所以控制角a的移相范圍是60兀。arctan arctan2）因“= 時(shí)，電流為連續(xù)狀態(tài)，此時(shí)負(fù)載電流最大。220V(1.732)2110A3）最大功率P U 21 cos U 21 cos(220 110cos 60)W 12.1kWcos coscos 600.51、請?jiān)谡_的空格內(nèi)標(biāo)出下面元件的簡稱:電力晶體管GTR ;可關(guān)斷晶閘管GTO ;功率場效應(yīng)晶體管MOSFET ;絕緣

18、柵雙極型晶體管IGBT : IGBT是MOSFET和GTR的復(fù)合管。2、晶閘管對觸發(fā)脈沖的要求是要有足夠的驅(qū)動(dòng)功率觸發(fā)脈沖前沿要陡幅值要高 和 觸發(fā)脈沖要與晶閘管陽極電壓同步3、多個(gè)晶閘管相并聯(lián)時(shí)必須考慮均流的問題,解決的方法是 用專用均流電抗器。4、在電流型逆變器中，輸出電壓波形為 正弦波、輸出電流波形為方波5、型號(hào)為KS100-8的元件表示雙向晶閘管晶閘管、它的額定電壓800V伏、額定有效電流為 100A 。6、180。導(dǎo)電型三相橋式逆變電路，晶閘管換相是在同一橋臂t的上、下二個(gè)元件之間進(jìn)行；而120o導(dǎo)電型三相橋式逆變電路，晶閘管換相是在 不同橋臂上的元件之間進(jìn)行的。7、當(dāng)溫度降低時(shí)，晶

19、閘管的觸發(fā)電流會(huì) 增加、正反向漏電流會(huì) 下降,:當(dāng)溫度升高時(shí)，晶閘管的觸發(fā)電流會(huì) 下降、正反向漏電流會(huì) 增加。2、由晶閘管構(gòu)成的逆變器換流方式有負(fù)載 換流和 強(qiáng)迫（脈沖）換流。3、按逆變后能量饋送去向不同來分類，電力電子元件構(gòu)成的逆變器可分 為 有源 逆變器與無源逆變器兩大類。4、有一品閘管的型號(hào)為 KK2009,請說明KK 快速晶閘管 ；200表示表 示 200A, 9 表示 900V 。5、單結(jié)晶體管產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖是 尖脈沖脈沖:主要用于驅(qū)動(dòng) 小功率的晶 閘管；鋸齒波同步 觸發(fā)電路 產(chǎn)生的脈 沖為 強(qiáng)觸發(fā)脈沖 脈沖;可以觸 發(fā)大功率的品閘管。吐乙涵1、普通晶閘管的圖形符號(hào)是 ,三個(gè)電極分別

20、是 陽極A , 陰極K 和 門極G 晶閘管的導(dǎo)通條件是 陽極加正電壓， 陰極接負(fù)電壓，門極接正 向電壓形成了足夠門極電流時(shí)品閘管導(dǎo)通；關(guān)斷條件是 當(dāng)山閘管陽極電流小于維持電流Ih時(shí)，導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。4、變流電路的換流方式有器件換流、電網(wǎng)換流、負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流等四種。5、提高變流置的功率因數(shù)的常用方法有減小觸發(fā)角、增加整流相數(shù)、采用多組變流裝置串聯(lián)供電、 設(shè)置補(bǔ)償電容。7、在電力晶閘管電路中，常用的過電流保護(hù)有快速熔斷器： 電路串電抗器；過流時(shí)快速移相；和直流快速開關(guān)等幾種。8、晶閘管的換相重疊角與電路的 觸發(fā)角a、 變壓器漏抗 Xb、 平均電流 Id 、 電源相電壓U 等參數(shù)有關(guān)。2、單相

21、全波可控整流電路中，品閘管承受的最大反向電壓為2v2U2 。三相半波可控整流電路中，品閘管承受的最大反向電壓為 、壇Uz 。（電源相電壓為 U2）3、要使三相全控橋式整流電路正常工作， 對晶閘管觸發(fā)方法有兩種，一是用 于60o小于 120。的寬脈沖觸發(fā);二是用脈沖前沿相差 60o的雙窄脈沖 觸發(fā)。4、在同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路中，鋸齒波底寬可達(dá)2400度;實(shí)際移相才能達(dá) 0o-180o 度。6、軟開關(guān)電路種類很多，大致可分成 零電壓 電路、零電流電路兩大類。8、逆變器環(huán)流指的是只流經(jīng) 兩組反并聯(lián)的逆變橋、而不流經(jīng) 負(fù)載 的電流, 環(huán)流可在電路中加 采用串聯(lián)電抗器 來限制。10、絕緣柵雙極型晶

22、體管是以 電力場效應(yīng)晶體管柵極為柵極 作為柵極,以 以 電力晶體管集電極和發(fā)射極 作為發(fā)射極與集電極復(fù)合而成。1、晶閘管的圖形符號(hào)是-,三個(gè)電極分別是 陽極A、陰極K、和口I極G，雙向晶閘管的圖形符號(hào)是，它的三個(gè)極分是 第一陽極T1、第二陽極T2、和門極G 。4、從品閘管開始承受正向電壓起到晶閘管導(dǎo)通之間的電角度稱為角，用 a 表小o5、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路鋸齒波底寬可達(dá)240o度:正弦波觸發(fā)電路的理想移相范圍可達(dá)1800度，實(shí)際移相范圍只有1500 06、一般操作過電壓都是瞬時(shí)引起的尖峰電壓， 經(jīng)常使用的保護(hù)方法是 阻容保護(hù) 而對于能量較大的過電壓，還需要設(shè)置非線性電阻保護(hù)，目前常用的

23、方法有 壓敏 電阻和硒堆。7、交流零觸發(fā)開關(guān)電路就是利用過零觸發(fā) 方式來控制晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷的。二、 判斷題（對，、錯(cuò)X）2、在用兩組反并聯(lián)晶閘管的可逆系統(tǒng)，使直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行時(shí)，其中 一組逆變器工作在整流狀態(tài)，那么另一組就工作在逆變狀態(tài)。（X ）3、品閘管串聯(lián)使用時(shí)，必須注意均流問題。（X ）5、并聯(lián)諧振逆變器必須是略呈電容性電路。（V ）6、給晶閘管加上正向陽極電壓它就會(huì)導(dǎo)通。（X ）7、有源逆變指的是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能送給負(fù)載。（X ）10、變頻調(diào)速實(shí)際上是改變電動(dòng)機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場的速度達(dá)到改變輸出轉(zhuǎn)速的目的。1、兩個(gè)以上品閘管串聯(lián)使用，是為了解決自身額定電壓偏低，不能勝用電路

24、電壓要求，而采取的一種解決方法，但必須采取均壓措施。（V ）2、逆變失敗，是因主電路元件出現(xiàn)損壞，觸發(fā)脈沖丟失，電源缺相，或是逆變角太 小造成的。 （V ）3、變流裝置其功率因數(shù)的高低與電路負(fù)載阻抗的性質(zhì)，無直接關(guān)系。（V ）4、并聯(lián)與串聯(lián)諧振式逆變器屬于負(fù)載換流方式，無需專門換流關(guān)斷電路。（V ）5、觸發(fā)普通晶閘管的觸發(fā)脈沖，也能觸發(fā)可關(guān)斷晶閘管。（乂 ）6、三相半波可控整流電路，不需要用大于 60o小于120o的寬脈沖觸發(fā)，也不需 要相隔60o的雙脈沖觸發(fā)，只用符合要求的相隔120o的三組脈沖觸發(fā)就能正常工 作。 （，）7、變頻調(diào)速裝置是屬于無源逆變的范疇。（V ）8、有源逆變裝置是把逆變

25、后的交流能量送回電網(wǎng)。（V ）9、雙向品閘管額定電流的定義，與普通品閘管的定義相同。（V ）10、用穩(wěn)壓管削波的梯形波給單結(jié)晶體管自激振蕩電路供電，目的是為了使觸 發(fā)脈沖與晶閘管主電路實(shí)現(xiàn)同步。（x ）1、半控橋整流電路，大電感負(fù)載不加續(xù)流二極管，電路出故障時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)失 控現(xiàn)象。（，）.3、品閘管并聯(lián)使用時(shí)，必須注意均壓問題。（x ）4、無源逆變指的是不需要逆變電源的逆變電路。（X ）6、直流斬波電路只能實(shí)現(xiàn)降低輸出直流電壓的作用（x ）7、無源逆變指的是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能回送給電網(wǎng)。（X ）8、在三相半波可控整流電路中，品閘管承受的最大反壓為近倍相電壓U20（義）9、三相全控橋整流電路中，輸出電壓的脈動(dòng)頻率為150Hz。（ X ）4、逆變角太小會(huì)造成逆變失敗。（V ）5、設(shè)置補(bǔ)償電容可以提高變流裝置的功率因數(shù)。（V ）8、在單相全控