2022年最全电力电子技术西安交大练习题及答案 .docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录第 1 章电力电子器件 1 第 2 章整 流 电路 4 第 3 章 直 流 斩 波 电路 20 第 4 章交 流 电 力 控 制 电 路 和 交 交 变 频 电路 26 第 5 章 逆 变 电路 31 第 6 章 PWM 控 制 技术 35 第 7 章软开关技术 40 第 8 章组合变流电路 42 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 1 章 电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么?答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承担正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉
2、冲); 或: uAK0 且 uGK0;2. 维护晶闸管导通的条件是什么?怎样才能使晶闸管由导通变为关断?答:维护晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流,即维护 电流;要使晶闸管由导通变为关断,可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下,即降到维护电流以下,便可使导通的晶闸管关断;3. 图 1-43 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,各波形的电流最大值均为I m,试运算各波形的电流平均值2 I d1、Id2、I d3 与电流有效值0 I1、I 2、I 3;204b 5 4 2 20 4 a c图 1-43 晶闸管导电波形名师归纳总结
3、解: a I d1=1 2p p I m sinwtd wt =I m 2 2 1 0.2717 Im Id1、Id2、Id3 各为24I 1=1 p I m sin wt d wt = I m 2p 4 2 3 10.4767 I m4 2pb Id2 =1 p p I m sinwtd wt = 4 I m 21 0.5434 Im2I 2 =1 p 2p Im sin wt d wt =p 42 I m310.6741I242pc I d3= 1 p 1Im0 2 I m d wt = 24 I 3 = p 1 2 I m d wt = 2 2p 0 1Im2 4. 上题中假如不考虑安全
4、裕量,问 100A 的晶闸管能送出的平均电流第 2 页,共 46 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 多少?这时,相应的电流最大值Im1、I m2、 Im3 各为多少 . 解:额定电流 a b c I TAV =100A 的晶闸管,答应的电流有效值I =157A,由上题运算结果知Im1I329.35,Id1 0.2717 I m1 89.480.4767 I m2I232.90, I d2 0.5434 I m2 126.56 0.6741 I m3=2 I = 314, I d3=1Im3=78.545. GTO 和一般晶闸管同为PNPN 结构,为什
5、么 GTO 能够自关断, 而一般晶闸管不能?答: GTO 和一般晶闸管同为 PNPN 结构,由 P1N1P2 和 N1P2N2 构成两个晶体管 V1、V 2,分别具有共基极电流增益 a1 和 a 2 ,由一般晶闸管的分析可得,a1 + a 2 =1 是器件临界导通的条件; a1 + a 2 1,两个等效晶体管过饱和而导通;a 1 + a 2 1,不能维护饱和导通而关断;GTO 之所以能够自行关断,而一般晶闸管不能,是由于 工艺方面有以下几点不同:GTO 与一般晶闸管在设计和1 GTO 在设计时 a 2 较大,这样晶体管 V2 掌握灵敏,易于 GTO 关断;2 GTO 导通时的 a1 + a 2
6、 更接近于 1,一般晶闸管 a1 + a 2 1.15,而 GTO 就为a 1 + a 2 1.05,GTO 的饱和程度不深, 接近于临界饱和, 这样为门极掌握关断供应了有利条件;3 多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小,门极和阴极间的距离大为缩短,使得P2 极区所谓的横向电阻很小,从而使从门极抽出较大的电流成为可能;6. 如何防止电力 MOSFET 因静电感应应起的损坏?答:电力 MOSFET 的栅极绝缘层很薄弱,简洁被击穿而损坏;MOSFET 的输入电容是低泄漏电容,当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过20 的击穿电压,所以为防止MOSFET 因静电感应而引起的损坏,应留意以下几点:
7、一般在不用时将其三个电极短接; 装配时人体、工作台、电烙铁必需接地,测试时全部仪器外壳必需接地; 电路中,栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 漏、源极间也要实行缓冲电路等措施吸取过电压;7. IGBT 、GTR、 GTO 和电力 MOSFET 的驱动电路各有什么特点?答: IGBT 驱动电路的特点是:驱动电路具有较小的输出电阻,IGBT 的驱动多采纳专用的混合集成驱动器;IGBT 是电压驱动型器件,名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - GTR 驱动电路的特点是:驱动电路供应的驱动电流有足够陡的前沿,并有肯定的过冲
8、,这样可加速开通过程,减小开通损耗,关断时,驱动电路能供应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 要求其驱动电路供应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洁;用;8. 全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么?试分析 RCD 缓冲电路中各元件的作答:全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压,du/
9、dt 或过电流和di/dt,减小器件的开关损耗;RCD 缓冲电路中,各元件的作用是:开通时,Cs 经 Rs 放电, Rs 起到限制放电电流的作用;关断时,负载电流经 VD s 从 Cs 分流,使 du/dt 减小,抑制过电压;9. 试说明 IGBT 、GTR、 GTO 和电力 MOSFET 各自的优缺点;解:对 IGBT 、GTR、 GTO 和电力 MOSFET 的优缺点的比较如下表:器件优点缺点开关速度高, 开关损耗小,具有耐脉IGBT冲电流冲击的才能,通态压降较低,开关速度低于电力MOSFET, 电输入阻抗高, 为电压驱动,驱动功率压,电流容量不及GTO小名师归纳总结 GTR耐压高,电流大
10、, 开关特性好, 通流开关速度低,为电流驱动,所需第 4 页,共 46 页驱动功率大,驱动电路复杂,存才能强,饱和压降低在二次击穿问题GTO电压、电流容量大,适用于大功率场电流关断增益很小,关断时门极负脉冲电流大,开关速度低,驱合, 具有电导调制效应,其通流才能动功率大,驱动电路复杂,开关很强频率低电力开关速度快, 输入阻抗高, 热稳固性电流容量小,耐压低,一般只适好,所需驱动功率小且驱动电路简用于功率不超过10kW 的电力电MOSFET单, 工作频率高, 不存在二次击穿问子装置题- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 第 2 章 整流电路1. 单相半波可控
11、整流电路对电感负载供电,时的负载电流 Id,并画出 ud 与 id 波形;L 20mH,U 2100V,求当 0 和 60 解: 0 时,在电源电压u2 的正半周期晶闸管导通时,负载电感L 储能,在晶闸管开头 L 释放能量,晶闸管连续导通时刻, 负载电流为零; 在电源电压u2 的负半周期, 负载电感导通;因此,在电源电压u2 的一个周期里,以下方程均成立:L d i d d t2U 2 sin wt考虑到初始条件:当wt0 时 id 0 可解方程得:id2U 2 1 wLcoswt Id1 2p2U 2 1 wLcoswtdwt2p 0= 2U 2 =22.51A wLud 与 id 的波形如
12、下图:u20 2 wtud0 2 wtid0 2 wtL 储能,电感L 贮存的当 60时,在 u2 正半周期 60 180 期间晶闸管导通使电感能量在 u2 负半周期 180 300 期间释放, 因此在 u2 一个周期中 成立:考虑初始条件:当L d i d d t2U 2 sin wtwt60 时 i d0 可解方程得:i d 2U 2 1 wL 2coswt60 300 期间以下微分方程名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其平均值为I d 5p 1 3p 2p 32U 2 1 wL 2coswtdwt =2U 2
13、 =11.25A 2wL此时 ud 与 id 的波形如下图:u20 a + +wt ud+ +wt idwt2图 2-9 为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该变压器仍有直流磁化 问题吗?试说明:晶闸管承担的最大反向电压为 2 2U 2 ;当负载是电阻或电感时,其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同;答:具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,该变压器没有直流磁化的问题;正负半周内上下绕组内电流的方向 由于单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中,相反,波形对称,其一个周期内的平均电流为零,故不会有直流磁化的问题;以下分析晶闸管承担最大反向电压及输出电压和电流波形的情形; 以晶闸管
14、 VT 2 为例;当 VT 1 导通时,晶闸管并联,所以 VT 2 承担的最大电压为 2 2U 2 ;VT 2 通过 VT 1 与 2 个变压器二次绕组 当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角 a 相同时, 对于电阻负载:(0 )期间无晶闸管导通,输出电压为 0;( )期间,单相全波电路中 VT 1 导通,单相全控桥电路中 VT 1、VT 4 导通,输出电压均与电源电压 u2 相等; 期间,均无晶闸管导通,输出电压为 0; 2 期间,单相全波电路中 VT 2 导通,单相全控桥电路中 VT 2、 VT 3 导通,输出电压等于 u2;对于电感负载: ( )期间,单相全波电路中 VT 1
15、导通,单相全控桥电路中VT 1、VT4 导通,输出电压均与电源电压 u2 相等;( 2 )期间,单相全波电路中 VT 2 导通,单相全控桥电路中 VT 2、VT 3 导通,输出波形等于 u2;可见,两者的输出电压相同,加到同样的负载上时,就输出电流也相同;名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3单相桥式全控整流电路,U 2100V,负载中R2 ,L 值极大,当 30 时,要求:作出 ud、i d、和 i2 的波形;求整流输出平均电压 U d、电流 Id,变压器二次电流有效值 I 2;考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和
16、额定电流;解: ud、i d、和 i 2 的波形如下图:u2O wt ud输出平均电压awtO i dI dwti2 aId O U d、电流 I d,变压器二次电流有效值I2 分别为Ud0.9 U2 cos 0.9 100 cos30 77.97(V)I dUd / R77.97/ 238.99(A)I 2Id 38.99(A)晶闸管承担的最大反向电压为:2 U2100 2 141.4(V)考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为:U N( 23) 141.4283424(V)详细数值可按晶闸管产品系列参数选取;流过晶闸管的电流有效值为:I VTId2 27.57(A)晶闸管的额定电流为:I N(
17、1.52) 27.571.572635(A)详细数值可按晶闸管产品系列参数选取;4单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画出整流二极管在一周内承担的电压波形;解:留意到二极管的特点:承担电压为正即导通;因此,二极管承担的电压不会显现正的部分;在电路中器件均不导通的阶段,沟通电源电压由晶闸管平稳;整流二极管在一周内承担的电压波形如下:名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - u20 2 wtuVD20 wtuVD40 U2=100V,负载中wtE=60V ,当5单相桥式全控整流电路,R=2 ,L 值极大,反电势a=30 时,要求
18、:作出 ud、 id 和 i 2 的波形;I 2;求整流输出平均电压Ud、电流 I d,变压器二次侧电流有效值考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流;解: ud、i d 和 i 2 的波形如下图:u2O wtud整流输出平均电压O awtI 2 分别为i d Idi2 aI d IdO wtUd、电流 I d,变压器二次侧电流有效值Ud0.9 U2 cos 0.9 100 cos30 77.97A I d UdE/R77.9760/29A I2 Id 9A 晶闸管承担的最大反向电压为:2 U2100 2 141.4(V)流过每个晶闸管的电流的有效值为:故晶闸管的额定电压为:I VTId
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