电力电子技术高等教育复习题及答案.pdf

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1、.T(AV m 第 2 章 思考题与习题 2.1 晶闸管的导通条件是什么?导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加 正向触发电压和电流（或脉冲）。导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压UA决定。2.2 晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小 由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电 压反向使阳极电流IA减小，IA下降到维持电流IH以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电

2、源电压UA决定。2.3 温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反 向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增 大，维持电流IH会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。2.4 晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1)Ig=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1)阳极电压上升率 du/dt过高；(3)结温过高。2.5 请简述晶闸管的关断时间定义。答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时 间。即 tq =trr +t gr。2.6 试说明晶闸管有哪些

3、派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。2.7 请简述光控晶闸管的有关特征。答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电 二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。2.8 型号为KP100-3，维持电流IH=4mA的晶闸管，使用在图题 1.8 所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题 1.8 答：（a）因为 I A =100V 50K =2mA I H ，所以不合理。I A(b)因为 了。=200V 10 =20 A ,KP100 的电流额定值为 100，裕量达倍，太大 I A（c）

4、因为=150V 1 =150 A ，大于额定值，所以不合理。2.9 图题 1.9 中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试计算各图的 电流平均值电流有效值和波形系数。1 I 解：图(a)：I)=2 0 sin td(t)I m=1 2 I m .3 IT=2 0 (I m sin t)I T d(t)=2 Kf=I T(AV)=1.57 1 图(b)：IT(AV)=图题 19 0 I m sin td(t)2=Im 1 2 I m IT=0 (I m sin t)I T d(t)=2 Kf=I T(AV)1 =1.11 3T=(I m sin t)3 I T (t)=Im +3

5、 8 0.63I m Kf=I T(AV)=1.26 1 I sin td(t)3 图(d)：IT(AV)=2 3 1 =4 Im 2 1 3 IT=2 (I m sin t)I T d(t)=Im +6 6 0.52I m Kf=I T(AV)1.4 m m 图(e)：IT(AV)=2 =1.78 I m 0 I m d(t)=8 1 4 I 2 d(t)I m IT=2 0 I T=2 2 Kf=I T(AV)1 =2.83 I m 图(f)：IT(AV)=2.2 I d(t)=4 0 .，如不考虑安全裕量，问额定电流 100A 的晶闸管允许流过的平均电流分别 是多少?解：(a)图波形系数

6、为 1.57，则有：1.57 IT(AV)=1.57 100A,IT(AV)=100 A(b)图波形系数为 1.11，则有：1.11 IT(AV)=1.57 100A,IT(AV)=141.4A(c)图波形系数为 1.26，则有：1.26 IT(AV)=1.57 100A,IT(AV)=124.6A(d)图波形系数为 1.78，则有：1.78 IT(AV)=1.57 100A,IT(AV)=88.2A(e)图波形系数为 2.83，则有：2.83 IT(AV)=1.57 100A,IT(AV)=55.5A(f)图波形系数为 2，则有：2 IT(AV)=1.57 100A,IT(AV)=78.5A

7、 2.11 某晶闸管型号规格为 KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?解：KP代表普通型晶闸管，200 代表其晶闸管的额定电流为 200A，8 代表晶闸管的正 反向峰值电压为 800V，D代表通态平均压降为 0.6V U T Pd =U d I d。.0 2 相控整流电路带大电感负载时，虽然Ud存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻Rd 上的Ud与Id的乘积等于负载有功功率。5.6 某电阻性负载要求 024V直流电压，最大负载电流Id=30A，如采用由 220V交流直接 供电和由变压器降压到 60V供电的单相半波相控整流电路，是否两种方案都能满足要求?试 比较两种供电方案的晶闸管的导通

8、角、额定电压、额定电流、电路的功率因数及对电源容 量的要求。解：采用由 220V交流直接供电当=0o 时：Udo=0.45U2=0.45 220=99V 由变压器降压到 60V供电当=0o 时：Ud=0.45U2=0.45 60=27V 因此，只要调节 都可以满足输出 024V直流电压要求。(1)采用由 220V 交流直接供电时：U d =0.45U 2 1+cos 2 121o ，=180o 121o =59o Ud=24V时 U T =2U 2 =311V I T =1 2 2U 2 sin t 2 dt 84 A R R=U d I d=24=0.8 30 I T(AV)=I T 1.5

9、7 =84 1.57 54 A 取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 622V 和 108A。电源提供有功功率 P=I 2 R=842 0.8=5644.8W 电源提供视在功率 S=U 2 I 2 =84 220=18.58kVA 电源侧功率因数 PF=P 0.305 S(2)采用变压器降压到 60V 供电：U d =0.45U 2 1+cos 2 39o ，=180o 39o =141o Ud=24V时,U T =2U 2 =84.4V.0 2 I T =1 2 2U 2 sin t2 dt 51.38 A R R=U d I d=24=0.8 30 I T(AV)=I T

10、1.57 =51.38 32.7 A 1.57 取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 168.8V 和 65.4A。变压器二次侧有功功率 P=I 2 R=51.382 0.8=2112W 变压器二次侧视在功率 S=U 2 I 2 =60 51.38=3.08kVA 电源侧功率因数 PF=P 0.68 S 5.7 某电阻性负载，Rd=50,要求Ud在 0600V可调，试用单相半波和单相全控桥两种整 流电路来供给，分别计算：(1)晶闸管额定电压、电流值；(2)连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6Amm2)；(3)负载电阻上消耗的最大功率。U 解：（1）单相半波=0o 时,2

11、=U d =0.45 600 0.45 =1333V I d,=U d Rd=600 50 =12 A 晶闸管的最大电流有效值 I T =1.57 I d=18.8 A 晶闸管额定电流为 IT(AV)I T 1.57 =12(A)晶闸管承受最大电压为 U RM 2U 2=1885V 取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 4000V 和 30A。所选导线截面积为 S I J=18.8 6=3.13mm 2 负载电阻上最大功率 PR =I T U 2 R=17.7kW 600 U d 600 U（2）单相全控桥=0o 时,2=d =0.9 0.9=667V I d =,Rd 50=

12、12 A 负载电流有效值 I=1.11I d=13.3A (Kf=1.11)晶闸管的额定电流为 IT(AV)I T 1.57 I=6(A)IT=2.晶闸管承受最大电压为 U RM 2U 2=1885V 取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 4000V 和 20A。所选导线截面积为 S I J=13.3 6 2.22mm 2 负载电阻上最大功率 PR =I 2 R=8.9kW 5.8 整流变压器二次侧中间抽头的双半波相控整流电路如图题 5.8 所示。(1)说明整流变压器有无直流磁化问题?(2)分别画出电阻性负载和大电感负载在=60时的输出电压Ud、电流id的波形，比较与 单相全控

13、桥式整流电路是否相同。若已知U2=220V，分别计算其输出直流电压值Ud。（3）画出电阻性负载=60时晶闸管两端的电压uT波形，说明该电路晶闸管承受的最大 反向电压为多少?图题 5.8 解：（1）因为在一个周期内变压器磁通增量为零，所以没有直流磁化。（2）其波形如下图所示，与单相全控桥式整流电路相同。电阻性负载：U d =0.9U 2 1+cos 2 0.9 220 (1+cos 600)=2 =148.5V 感性负载：U d =0.9U 2 cos=99V ./3 =2 d(5.9 带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前 15处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分

14、别为 10和 20时负载两端的电压 ud波形。解：三相半波相控整流电路触发脉冲的的最早触发时刻在自然换流点，如触发脉冲左移 到自然换流点之前 15处，触发脉冲宽度为 10时，不能触发晶闸管，ud=0。触发脉冲宽度 为 15时，能触发晶闸管，其波形图相当于=0时的波形。2.10 三相半波相控整流电路带大电感负载，Rd=10，相电压有效值U2=220V。求=45 时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流IdT和有效电流IT，画出ud、iT2、uT3的波形。1 5 +U =6+解：6 2U 2 sin td(t)=1.17U 2 cos 因为：U 2=220V，=450 Ud=1.17 U 2 co

15、s 45o =182V U d I d =Rd T =182V 10 1 =18.2 A I dT=I d 2 T=I d 3 1=6.1A I T =I d =2 I d =10.5 A 3.ud、iT2、uT3波形图如下所示：5.11 在图题 2.11 所示电路中，当=60时，画出下列故障情况下的ud波形。(1)熔断器 1FU 熔断。(2)熔断器 2FU 熔断。(3)熔断器 2FU、3FU 同时熔断。图题 2.11 解：这三种情况下的波形图如下所示：(a)(b).d d R=d I d (c)5.12 现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载，负载电流Id都是 40A，问流

16、过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大?解：设=0o 单相半波：IdT=Id=40A I T =1.57 I dT=62.8 A 1 (Kf=1.57)单相桥式：IdT=2 Id=20A I T =1 1 I 2 d =28.3 A 三相半波：IdT=3 Id=13.3A 当=00 时 U=1.17U 2 U 2=U/1.17 o o 30 o 时 U 2 1 T 2(2 +3 3 cos 2)2 =I d 1.17 1 (2 +2 3 3)23.5 A 2 5.13 三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4，要求Ud从 0220V之间变 化。试求：(1)不考虑控制角裕量

17、时，整流变压器二次线电压。(2)计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取 2 倍裕量，选择晶闸管型号。解：（1）因为U=2.34U 2 cos ；不考虑控制角裕量，=0o 时 U U =d =94V 2 2.34 U 2l =3U 2 =168.2V （2）晶闸管承受最大电压为 取 2 倍的裕量,URM=460.6V 6U 2 =230.3.d 6 6 1 晶闸管承受的平均电流为IdT=3 Id I d 又因为=U d Rd=220V 4 =55 A 所以IdT=18.33A，取 2 倍的裕量IdTmax=36.67(A)选择 KP505 的晶闸管。5.14 单结晶体管触发电路中，作为Ubb的削

18、波稳压管 Dw 两端如并接滤波电容，电路能否 正常工作?如稳压管损坏断开，电路又会出现什么情况?答：在稳压管 Dw 两端如并接滤波电容后，电路能否正常工作。如稳压管损坏断开，单 结晶体管上峰值电压太高，不利于单结晶体管工作。5.15 三相半波相控整流电路带电动机负载并串入足够大的电抗器，相电压有效值 U2=220V，电动机负载电流为 40A，负载回路总电阻为 0.2，求当=60时流过晶闸管的电 流平均值与有效值、电动机的反电势。1 解：电流平均值为：IdT=3 Id=40/3=13.3 IT =电流有效值为：I d =0.511I 3 =23A 设电动机的反电势为ED，则回路方程为：U d =

19、E D +I d RL 1 5 +U d =6 2U 2 sin td(t)=1.17U 2 cos=128.7V 而 2 /3 6+所以 E D=128.7 40 0.2=120.7V 5.16 三相全控桥电路带串联Ld的电动机负载，已知变压器二次电压为 100V，变压器每 相绕组折合到二次侧的漏感L1为 100H，负载电流为 150A，求：(1)由于漏抗引起的换相压降；(2)该压降所对应整流装置的等效内阻及=0时的换相重叠角。U =3 X 1 I d=3 2 50 100 10 150=1.5V 解：(1)(2)2 2 =cos 1(cos 21 I d )6U 2 =cos 1(1 2

20、50 100 10 6 100 150)11o.等效内阻 r=1.5V 150 A =0.01 5.17 晶闸管装置中不采用过电压、过电流保护，选用较高电压和电流等级的晶闸管行 不行?答：晶闸管装置中必须采用过电压、过电流保护，而不能用高电压、高电流的晶闸管代 替，因为在电感性负载装置中，晶闸管在开关断过程中，可能会出现过冲阳极电压，此时极 易损坏晶闸管。当未采取过电流保护，而电路过载或短路时更易损坏晶闸管。5.18 什么是有源逆变？有源逆变的条件是什么？有源逆变有何作用？答：如果将逆变电路交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电，反送到 电网上去称为有源逆变。有源逆变的条件：（1）

21、一定要有直流电动势，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流 器直流侧的平均电压；（2）变流器必须工作在 2 的区域内使Ud0。有源逆变的作用：它可用于直流电机的可逆调速，绕线型异步电动机的串级调速，高压电流输电太阳能发 电等方面。5.20 无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？答：有源逆变电路是把逆变电路的交流侧接到电网上，把直流电逆变成同频率的交流反 送到电网去。无源逆变电路的交流侧直接接到负载，将直流电逆变成某一频率或可变频率的 交流供给负载。5.21 有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？为什么？答：最小有源逆变角受晶闸管的关断时间tq折合的电角度 、换相重叠角 以及安全裕量角 的限制。如果不能满足这些因素的要求的话，将导致逆变失败。