电力电子技术

1 一、 如图所示，试画出负载Rd上的电压波形(不考虑管子的导通压降)。

（题一图）

解：由上述电路图和U2，Ug的波形图可知，因T是一个半控型器件——晶闸管，当Ug是高电平时晶闸管T导通，一直到U2变为负电平时晶闸管截止，与二极管类似，Rd电压波形图如下：

二、GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？

答：GTO能够自动关断，而普通晶闸管不能自动关断的原因是：GTO的导通过程与普通的晶闸管是一样的，有同样的正反馈过程，只不过导通时饱和程度不深。其中不同的是，

在关断时，给门极加负脉冲，即从门极抽出电流，则晶体管V2的济济电流Ib2减小，使Ik和IC2减小，IC2减小又使IA和IC1减小，又进一步减小V2的基极电流，如此形成强烈的正反馈。当两个晶体管发射极电流IA和IK的减小使a1+a2<1时，器件退出饱和而关断。

三、与GTR相比功率MOS管有何优缺点? 2 答：与GTR相比功率MOS管的优缺点有是：功率MOS的显著特点第一个是驱动电路简单，需要的驱动功率小。第二个显著特点是开关速度快，工作频率高，它的热稳定性优于GTR。其缺点有：电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10KV的电力装置。

四、电力电子器件的缓冲电路的作用是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别，各自的功能是什么？

答：电力电子器件的缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压，du/dt或者古流和di/dt,减小器器件的开关损耗。

关断缓冲与开通缓冲在电路上的形式区别有：关断缓冲电路是由电阻和二极管并联再和电容串联所构成，开通缓冲电路是由电阻和二极管串联再和电感并联所构成。

其各自的功能是：关断缓冲电路又称为du/dt抑制电路，用于吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt,减小关断损耗。开通缓冲电路又称为di/dt抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和di/dt,减小器件的开通损耗。

五、有一开关频率为50kHz的库克变换电路，假设输出端电容足够大，使输出电压保持恒定，并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压Ud=10V，输出电压U0调节为5V不变。试求:

(1) 占空比；

(2) 电容器C1两端的电压Uc1；

(3) 开关管的导通时间和关断时间。

解：（1）当电容C1的足够大时使电容电压Uc的脉动足够小时，输出电压Uo与输入电压E的关系如下：

U0=a×Ud/(1-a)

由Ud=10V,Uo=5V,解出占空比a=1/3

(2)由U0=a×Uc, 解出Uc= U0/a=15V

(3)由开关频率f=50kHz, 解出周期T=1/f=1/50k=20us

开关导通时间为Ton=a×T=6.67us

关断时间为Toff=(1-a) ×T=13.33us

六、如图所示的全桥逆变电路，如负载为 RLC串联，R＝10Ω，L＝31.8 mH，C=159 μF，逆变器频率f＝100 Hz，Ud＝110 V、求基波电流的有效值。 3

（题六图）

解：根据电路图可知

基波有效值为U01＝0.9Ud =09×110=99V

负载的阻值E2 =R2+(WL- )2

故E2 =102+（12π×100×0.0318- ）2

=22.3

七、在单相交流调压电路中，当控制角小于负载功率因数角时为什么输出电压不可控？

答：当φ

八、三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4Ω，要求Ud从0~220V之间变化。试求：

(1)不考虑控制角裕量时，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) 由三相全控桥式整流电路带大电感负载，故

Ud=2.34U2=1.35U2’

有： U2=94V U2’ =163V

(2) 4

因此，可以取500V的，晶闸管型号为KP50-5。

第一套

一、填空题（29分）

1、双向晶闸管的触发方式有：I+ 触发：第一阳极T1接 正 电压，第二阳极T2接 负 电压；门极G接正 电压，T2接 负 电压。

I- 触发：第一阳极T1接 正

电压，第二阳极T2接 负

电压；门极G接 负

电压，T2接 正 电压。

Ⅲ+触发：第一阳极T1接

负电压，第二阳极T2接正 电压；门极G接正电压，T2接 负 电压。

Ⅲ-触发：第一阳极T1接

负电压，第二阳极T2接

正电压；门极G接

负电压，T2接 正 电压。

2、由晶闸管构成的逆变器换流方式有 负载 换流和 强迫（脉冲）换流。

3、按逆变后能量馈送去向不同来分类，电力电子元件构成的逆变器可分为 有源 逆变器与 无源 逆变器两大类。

4、有一晶闸管的型号为KK200－9，请说明KK 快速晶闸管 ； 200表示表示 200A ，9表示

900V 。

5、单结晶体管产生的触发脉冲是 尖脉冲 脉冲；主要用于驱动 小 功率的晶闸管；锯齿波同步触发电路产生的脉冲为 强触发脉冲 脉冲；可以触发 大 功率的晶闸管。

6、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，则这个电路中晶闸管的额定电压可选为V2202)25.1(倍；晶闸管的额定电流可选为A57.115)35.1(倍。

二、判断题（２0分）对打（√），错打（×）

1、两个以上晶闸管串联使用，是为了解决自身额定电压偏低，不能胜用电路电压要求，而采取的一种解决方法，但必须采取均压措施。 （ √ ）

2、逆变失败，是因主电路元件出现损坏，触发脉冲丢失，电源缺相，或是逆变角太小造成的。 （ √ ）

3、 变流装置其功率因数的高低与电路负载阻抗的性质，无直接关系。 （ √ ）

4、并联与串联谐振式逆变器属于负载换流方式，无需专门换流关断电路。 （ √ ）

5、触发普通晶闸管的触发脉冲，也能触发可关断晶闸管。 （ × ） 5 6、三相半波可控整流电路，不需要用大于60º小于120º的宽脉冲触发，也不需要相隔60º的双脉冲触发，只用符合要求的相隔120º的三组脉冲触发就能正常工作。 （ √ ）

7、变频调速装置是属于无源逆变的范畴。 （ √ ）

8、有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。 （ √ ）

9、双向晶闸管额定电流的定义，与普通晶闸管的定义相同。 （ √ ）

10、用稳压管削波的梯形波给单结晶体管自激振荡电路供电，目的是为了使触发脉冲与晶闸管主电路实现同步。 （ × ）

三、问答题（21分）

1、实现有源逆变必须满足哪两个必不可少的条件？

2、晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？

3、实现正确触发的同步定相的方法步骤有哪些？

解：

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β<90º（α>90º）区域，使Ud< 0,才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。

2、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。

3、A：根据不同触发电路与脉冲移相范围的要求，确定同步信号电压us与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系。

B：根据整流变压器TS的接法与钟点数，以电网某线电压作参考矢量，画出整流变压器二次侧也就是晶闸管阳极电压的矢量。再根据A确定同步信号US与晶闸管阳极电压的相位关系，画出对应的同步相电压矢量和同步线电压的矢量。

C：根据同步变压器二次线电压矢量位置，定出同步变压器TS的钟点数和接法。只需把同步变压器二 6 次电压Usu、Usv、Usw分别接到VT1，VT3，VT5管的触发电路；Us(-U)、Us(-v)、Us(-w)分别接到VT4、VT6、VT2的触发电路，与主电路的各个符号完全对应，即能保证触发脉冲与主电路同步。

四、画图题（10分）

请利用六块锯齿波同步触发电路的X、Y控制端，来组成六路互相相差60°的双窄脉冲触发系统图，并画出其脉冲输出波形的相互关系图。

解：

五、计算题（20分）

在图示交流调压电路中，已知U2＝220V负载电阻RL＝10Ω，当触发角α＝90°时，计算RL吸收的交流电功率是多少？并画出RL上的电压波形图。导通区用阴影线表示。

2.4KW

第二套

一、填空（每空1分，30分）

1、普通晶闸管的图形符号是 ，三个电极分别是 阳极A ， 阴极K 和 门极G 晶闸管的导通条件是 阳极加正电压， 阴极接负电压，门极接正向电压形成了足够门极电流时晶闸管导通 ；关断条件是 当晶闸管阳极电流小于维持电流IH时，导通的晶闸管关断 。

2、可关断晶闸管的图形符号是 ； 7 电力场效应晶体管的图形符号是

绝缘栅双极晶体管的图形符号是 ；电力晶体管的图形符号是 ；

3、单相交流调压在电阻性负载电路的移相范围在 0º—180º 变化，在阻感性负载时移相范围在 φ—180º 变化。

4、变流电路的换流方式有 器件换流 、 电网换流 、 负载换流 、 强迫换流 等四种。

5、提高变流置的功率因数的常用方法有 减小触发角 、 增加整流相数 、 采用多组变流装置串联供电 、 设置补偿电容 。

6、绝缘栅双极型晶体管是以 电力场效应晶体管栅极为栅极 作为栅极，以 以电力晶体管集电极和发射极 作为发射极与集电极复合而成。

7、在电力晶闸管电路中，常用的过电流保护有 快速熔断器 ； 电路串电抗器 ； 过流时快速移相 ；和 直流快速开关 等几种。

8、晶闸管的换相重叠角与电路的 触发角α 、 变压器漏抗XB 、 平均电流Id 、 电源相电压U2 等到参数有关。

二、判断题,（20分）（对√、错×）

1、半控桥整流电路，大电感负载不加续流二极管，电路出故障时可能会出现失控现象。 （ √ ）.

2、采用两组反并联晶闸管变流桥的可逆系统，供直流电动机四象限运行时，其中一组逆变器工作在整流状态，那么另一组就工作在逆变状态。 （ × ）

3、晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。 （ × ）

4、逆变角太大会造成逆变失败。 （× ）

5、并联谐振负载的逆变器负载必须是呈电容性电路。 （ √ ）

6、给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。 （ × ）

7、有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。 （ × ）

8、在单相全控桥电路中晶闸管的额定电压选取相电压U2。 （ × ）

9、在三相半波可控整流电路中，输出电压波形的脉动频率为300Hz。 （ × ）

10、变频调速实际是改变电动机内旋转磁场的速度，达到改变输出转速的目的。 （ √ ）