《电力电子技术》课后习题及答案.docx

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1、模块一基于晶闸管的调光灯电路的制作与调试例11名词解释：控制角（移相角），导通角，移相，移相范围。控制角：也叫触发角或触发延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开始到触发脉冲出现之 间的电角度。导通角是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度。移相：移相是指改变触发脉冲出现的时刻，即改变控制角的大小。移相范围：移相范围是指一个周期内触发脉冲的移动范围，它决定了输出电压的变化范 围。例1-2填空题（1）电力电子器件一般都工作在开关状态，导通时（通态）阻抗 很小，接近于短 路，管压降接近于零，而电流由外电路决定。（2）电力电子器件由通态转为断态（关断过程）的转换过程中产生的损耗，称为关断 损耗。（3）晶闸管承

2、受反向电压时，不管门极是否有触发电流，晶闸管 均不导通。例13晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由什么决定？晶闸管的关断条件是什么？如何实现？晶闸管导通与阻断时其两端电压各为多少？解：晶闸管导通的条件是：晶闸管阳极和阴极之间加正向阳极电压。门极和阴极之间加 适当的正向阳极电压。导通后流过晶闸管的电流由主电路电源电压和负载大小决定。晶闸管的关断条件是：阳极电流小于维持电流。关断晶闸管可以通过降低晶闸管阳极一阴极间电压或增大主电路中的电阻。晶闸管导通时两端电压为通态平均电压（管压降），阻断时两端电压由主电路电源电压 决定。例1-3调试图14所示晶闸管电路，在断开负载Rd测量输出电压Ud

3、是否可调时， 发现电压表读数不正常，接上Rd后一切正常，请分析为什么？解：当S断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管门极加触发信号，此时流过晶闸 管阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管无法导通，电流表上显示的读数只是管子漏电流形成的 电阻与电压表内阻的分压值，所以此读数不准。在S合上以后，Rd介入电路，晶闸管能正 常导通，电压表的读数才能正确显示。例1-5画出图149所示电路电阻Rd上的电压波形。2）单相半波可控整流电路，大电感负载接续流二极管，U2 = 220V, R=10Q,要 求输出整流电压平均值为030V连续可调，试求控制角的范围，选择晶闸管额定电压和额 定电流。六、自我检测题答案1 .填空

4、题1）要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高、触发脉冲要与晶闸管阳极电压 同步。2）尖脉冲、小3） 阳极A、阴极K、门极G；阳明止上极G/阴极K4）阳极和阴极加正向电压，门极接正向电压形成了足够门极电流时晶闸管导通；当晶闸管阳极电流小于维持电流Ih时，导通的晶闸管关断。5）控制角、a o6）普通晶闸管、800V 100A7）正向，正向门极，门极触发8) 1.57； 157； 1.529)温40度以下；阳极2.判断题1) X 2) X 3) V 4) X 5) X 6) V3.选择题1) A 2) D 3) B 4) C 5) A4.问答题1）单结晶体管特 性曲线可分为：截止 区、负阻区、

5、饱和导通 区。4.问答题1）单结晶体管特 性曲线可分为：截止 区、负阻区、饱和导通 区。u(J42)01_LLl3） A:触发信号应有足够的功率。B：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。C：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。4)晶闸管内部短路晶闸管内部短路5)晶闸管内部于5.计算题5.计算题1）当触发角Q为0度时输出电压平均值最大。口同2u ,=-a max。 I 2 J当触发角1二150。时输出电压平均值最小。2）控制角范围是113 180 o额定电压622V （2 倍裕量）、额定电流L23A

6、 （1. 5倍裕量）。模块二直流调速装置安装与调试例21填空(1)单相桥式可控整流电路，电阻性负载情况下品闸管可控移相范围是 0180。(2)有源逆变失败的原因主要有触发电路工作不可靠、晶闸管失去正常导通和阻断能力、 交流电源缺相或突然消失、换相的裕量角缺乏等等。(3)单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差-180 一度。(4)单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角a的最大移相范围是. 0180。例2-2单相桥式全控整流电路带大电感负载时，它与单相桥式半控整流电路中的续 流二极管的作用是否相同？为什么？解：作用不同。全控整流电路电感性负载时，其输出电压波形出现负值，使输出电压平

7、均值降低，因此，负载两端接上续流二极管后，输出电压波形中不再有负值，可以提高输出 平均电压，以满足负载的需要。半控桥电路电感性负载时，由于本身的自然续流作用，即使不接续流二极管，其输出电 压波形也不会出现负值。但是一旦触发脉冲丧失，会使晶闸管失控。因此仍要再负载两端街 上续流二极管，防止失控。例23单相桥式全控整流电路，大电感负载，交流侧电流有效值为220V,负载电阻 Rd为4Q,计算当2 = 60。时，直流输出电压平均值Ud、输出电流的平均值乙；假设在负载 两端并接续流二极管，其Ud、4又是多少？此时流过晶闸管和续流二极管的电流平均值和 有效值又是多少？画出上述两种情形下的电压电流波形。解：

8、不接续流二极管时，由于是大电感负载，故Ud = 0.9。2 cos。= 0.9 x 220 xcos60 = 99V接续流二极管时0.9U20.9U2cs。= o.9 * 220x 2 = J 48.5V= 37.14Rd 47i-a171 d3607i-a闻。一叫37.1 = 21.360180-60 x 37.1 = 12AA_2adVD = - 1 d271_2adVD = - 1 d27160二 -x37.1 = 12.4A18071VD =a)不接续流二极管时波形如图21 (a)所示；接续流二极管时波形如图21 (b)所示。图21例24波形图例24单相桥半控整流电路，对直流电动机供电

9、，加有电感量足够大的平波电抗器和 续流二极管，变压器二次侧电压220V,假设控制角。二 60。，且此时负载电流 =304,计算晶闸管、整流二极管和续流二极管的电流平均值及有效值，以及变压器的二次侧电流右、 容量S。解：由于平波电抗器的电感量足够大，所以可视为大电感负载，整流输出电流的波形为 以水平直线。当二= 60。时，晶闸管的平均电流为7i-a7i-a180。 60。360。-x30 = 10A整流二极管的电流平均值与晶闸管的电流平均值相等品闸管电流有效值为品闸管电流有效值为整流二极管和晶闸管的电流有效值为=IT =17.3A续流二极管的电流平均值为IdVD =-Id = x30 = 10A

10、dVD 7i d 180x 30 = 17.3 A伍0。60。V 180变压器的二次侧电流为x30A = 24.5A电源容量为S = I2U2 =24.5x220 =5390 W例26图2 2 (a)为具有中点二极管的单相半控桥式整流电路。(1) 绘出。=45。时输出电压波形；推导出输出电压”的计算公式;(2) 求出的“最大值和最小值。(b)图2 2例26图解：(1)设在0。期间，VT1、VT2未触发导通，电路在正半周，VD3和VD2导通;输出电压二%；在。兀期间，由于VT1因触发而导通，VD3承受反压而关断，VD2继续导通，那么输 出电压支出。在兀冗+。期间，VT1承受反压而关断，VD3和V

11、D1导通，输出电压二一的；在“，2兀期间，VT2因触发而导通，VD1继续导通，VD3因反压而截止，那么输 出电压二一2%。输出电压波形如图2 2 (b)所示。Ud =f6u? sincotd(cot) + fzOu? sino)td(cot)=1/2(3 + cosa)77J-77-(3) 0a(3)当a=0。时，U LU,=晅力71当。=兀时，Ud =U,dJ max271例27图23 (a)所示，晶闸管的a为60。，试画出晶闸管承受的电压波形，整 流管和续流二极管每周期各导电多少度？并计算晶闸管、整流二极管以及续流二极管的电流 平均值和有效值。电源电压是220V,负载是电感性负载，电阻为5

12、Q。例2-7图(b)解当=60。时晶闸管导通角整流二极管的导通角续流二极管的导通角解当=60。时晶闸管导通角整流二极管的导通角续流二极管的导通角4 t = 2(k a) = noQ _ 2VD】五Q Q/ o%D=2a=1钎11= 148.5V乙Zd = A = 29. 7AIt =It = 24. 3A1.57= 15. 5A舞乙= 171AVDl(AV)D=J 舞，d=17 1A-IVDVD(AV)匚而= 10. 9A例28直流电动机负载单相全控桥整流电路中，串接平波电抗器的意义是什么？解：由单相全控桥整流电路输出的电压波形是脉动的缺角正弦波，当。增大时，输出电压、电流脉冲加剧，电流的交流

13、分量增大。对直流电动机来说，过大的交流分量将导致电 动机的换向恶化、铁损增加，使电动机过热。乂因为电流使脉动的例29 在单相桥式全控整流电路中，假设U2=220V, E=100V, R=2Q,当B =30。时，能否实现有源逆变？为什么？画出这时的电压电流波形。解 ud = -0.9U2 cosp = -0.9 x 220 x cos30 = -171 AVE=100V,所以无法实现有源逆变。波形如图24所示。图2-4例2 9波形图例210单相全控桥式整流电路，当a 90。时，假设直流侧直流电动机取走，而代之 以一个电阻，晶闸管的导通角还能到达180。吗？晶闸管的输出电压平均值还能出现负值 吗？

14、解：不能。因为实现有源逆变不可缺少的条件时必须具有对晶闸管时正向的直流电源, 当用电阻取代电动机后，在。=90。时，输出电压接近零，而。90。时，输出电压平均 值保持零，电流出现断续，不可能使电压平均值出现负值。例211导致逆变失败的原因是什么？最小逆变角一般取为多少？解：导致逆变失败的原因主要有：（1） 触发电路工作不可靠。例如脉冲丧失、脉冲延迟等。（2） 晶闸管本身性能不好。应该导通时导通不了、应该阻断时无阻断能力。（3） 交流电源故障。例如突然停电、缺相、电压过低。（4） 换相裕量角过小。最小逆变角= 30 35。例212可关断晶闸管GTO有哪些主要参数？其中哪些参数与普通晶闸管相同？哪

15、些 不同？解：可关断晶闸管GTO的主要参数有：断态重复峰值电压、断态不娼妇峰值电压、反 向重复峰值电压和反向不重复峰值电压、开通时间、关断时间等，这些参数定义与普通晶闸 管相同。与普通晶闸管不同的是:（1）最大可关断阳极电流/ATO。也是标称GTO额定电流的参数。与普通晶闸管的额定 电流不同。（2）电流关断增益尸叨。定义为力力.=墟1GM（3）维持电流与擎住电流。GTO的维持电流和擎住电流的含义和普通晶闸管的含义基 本相同。但是，由于GTO的多元集成结构，使得每个GTO远的维持电流和擎住电流不可 能完全相同。因此把阳极电流减小到开始出现某些GTO元不能再维持导通时的值称为整个 GTO的维持电流

16、；而规定所有GTO元都到达其擎住电流的阳极电流为GTO的擎住电流。例213哪些因素影响GTO的导通和关断？解：影响GTO导通的主要因素有：阳极电压、阳极电流、温度和开通控制信号的波形。 影响GTO关断的主要因素有：被关断的阳极电流、负载性质、温度、工作频率、缓冲 电路和关断控制信号波形等。五、自我检测题1.填空题1） 一个单相全控桥式整流电路，交流电压有效值为220V,流过晶闸管的大电流有效值 为15A,那么这个电路中晶闸管的额定电压可选为；晶闸管的额定电流可选 为。2）可关断晶闸管的图形符号是 o3）单相桥式可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 o4）有源逆变指的是把 能量转变成 能量

17、后送给 装置。5）造成逆变失败的原因有、等几种。2.判断题1）在单相桥式半控整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路出故障时会出现失 控现象。（）2）逆变角太大会造成逆变失败。（）3）有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。（）4）在单相全控桥整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。（）5）逆变失败，是因主电路元件出现损坏，触发脉冲丧失，电源缺相，或是逆变角太小造成 的。（）6）触发普通晶闸管的触发脉冲，也能触发可关断晶闸管。（）7）有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。（）8）在单相桥式半控整流电路中，带大电感负载，不带续流二极管时，输出电压波形中 没有负面积。（）3 .选择题1

18、）单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差 度。A、180 , B、60 , c、360 , D、1202）单相桥式全控整流电阻性负载电路中，控制角a的最大移相范围是（）A、90B、120C、150D、1803）单相桥式全控整流电感性负载电路中，控制角。的最大移相范围是（）A、90B、120C、150D、1804）变流器工作在逆变状态时，控制角a必须在 度。A、 0 -90 ； B、 30 -120 ； C、 60 -150 ； D、 90 -1505）单相全控桥式整流电路带电阻负载，当触发角a二0。时，输出的负载电压平均值 为 OA、0. 45U2；B、0. 9U2；C、 1. 1

19、7U2；D、2. 34U2；4 .问答题1）实现有源逆变必须满足哪两个必不可少的条件？2）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？3）说明可关断晶闸管GTO的开通和关断原理。与普通晶闸管相比拟有何不同？4）单相半控桥能否实现有源逆变？为什么？5 .画图题1）单相桥式半控整流电路，电阻性负载。当控制角a =90。时，画出：负载电压Ud、晶 闸管VT1电压UVT1、整流二极管VD2电压UVD2，在一周期内的电压波形图。2）设单相桥式整流电路有源逆变电路的逆变角为4= 60。，试画出输出电压人的波形 图。6 .计算题1）单相半控桥电路，对恒温电炉供电。电炉的电阻为34Q,直接由220

20、V交流电 网输入，试选择晶闸管的型号，并计算电炉的功率。2）在单相桥式全控整流电路中，U2 = 220V, E=120V, R=1Q,当B =60时，能否 实现有源逆变？为什么？求这时电动机的制动电流多大？画出这时的电压电流波形。3）某一电阻负载，要求。100V连续可调，30 V以上时要求负载电流能到达20A,采 用单相桥式半控整流电路，如果由220V交流电直接供电，试计算晶闸管导通角、电流平均 值和有效值，交流侧电流有效值和对电源容量的要求。并选择晶闸管型号。六、自我检测题答案L填空题1）（1.5 2倍通220V、（32倍）悬 A2)2)A4)直流，交流，电网的5)逆变桥晶闸管或元件损坏，供

21、电电源缺相，逆变角太小，触发脉冲丧失或未按时到 达2 .判断题1) V 2) V 3) X 4) X 5) V 6) X 7) V 8) V3 .选择题1) A 2) D 3) A 4) D 5) B4 .问答题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。逆变器必需工作在B 90)区域，使Ud 0,才能把直流功率逆变为交流功率 返送电网。2)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。逆变失败 后果是严重的，会在逆变桥与逆变电源

22、之间产生强大的环流，损坏开关器件。产生逆变失败 的原因：一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丧失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等。3)见教材4)不能6.计算题5 .画图题1) KP5-7 P=1.42Kw2)可以实现，21A3) a =116, L=38A, S=4500W, KP50-4解:解:图1-5习题1-3图例16说明晶闸管型号KP100-8E代表的意义。解：KP100.8E表示额定电流100A、额定电压8级（800V、通态平均电压组别E （0.7 VUt09，其中在输出最大时，U2d 22=220V, Ud=24V,那么计算得0七121。, 0t=18O -121 =59品闸管承受的最大电压为Utm= 2=311V模块五 中频感应加热电源的安装与维护习题答案例5-1在晶闸管两端并联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？解：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。例52三相半波可控整流电路，如果三只晶闸管共用一套触发电路，如图5 1所示, 每隔120。同时给三只晶闸管送出脉冲，电路能否正常工作？此时电路带