电力电子电路(1)

考试试卷( 1 )卷三、简答题（共3小题，22分）1、晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。

门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。

导通后的晶闸管管压降很小。

（3分）使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－维持电流ＩＨ以下。

其方法有二：（1）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压；（2）增加负载回路中的电阻。

2、电压型逆变电路的主要特点是什么？（8分）(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；（2分）(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；（3分）(3) 阻感负载时需提供无功。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

（3分）3、简述实现有源逆变的基本条件，并指出至少两种引起有源逆变失败的原因（7分）（1）外部条件：要有一个能提供逆变能量的直流电源，且极性必须与直流电流方向一致，其电压值要稍大于Ud；（2分）（2）内部条件：变流电路必须工作于β<90°区域，使直流端电压Ud的极性与整流状态时相反，才能把直流功率逆变成交流功率返送回电网。

这两个条件缺一不可。

（2分）当出现触发脉冲丢失、晶闸管损坏或快速熔断器烧断、电源缺相五、计算题（共 1 小题，共20分）1、电路如图所示，单相全控桥式整流电路接大电感负载，R=4Ω，U2=220V。

（1）触发角为60°时，(a) 试求U d、I d、晶闸管电流平均值I dVT、晶闸管电流有效值I VT、变压器副边电流有效值I2；（b）作出u d、i d、i VT2、i2的波形图（图标清楚，比例适当）。

（2）当负载两端接有续流二极管时，（a）试求U d、I d、I dVT、I VT、I VD、I dVD、I2；（b）作出u d、i d、i VT2、i VD、i2的波形图（图标清楚，比例适当）。

晶闸管导通的条件是什么由导通变成关断的条件是什么答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正朝阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或： u AK>0且 u GK>0。

要使晶闸管由导通变成关断，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凑近于零的某一数值以下，即降到保持电流以下，即可使导通的晶闸管关断。

1.2晶闸管非正常导通方式有几种（常有晶闸管导通方式有 5 种，见课本 14 页，正常导通方式有：门级加触发电压和光触发）答：非正常导通方式有：(1)Ig=0 ，阳极加较大电压。

此时漏电流急剧增大形成雪崩效应，又经过正反响放大漏电流，最后使晶闸管导通；(2)阳极电压上率 du/dt 过高；产生位移电流，最后使晶闸管导通(3)结温过高；漏电流增大惹起晶闸管导通。

试说明晶闸管有那些派生器件。

答：晶闸管派生器件有：（1）快速晶闸管，（2）双向晶闸管，（3）逆导晶闸管，（4）光控晶闸管GTO 和一般晶闸管同为PNPN结构，为何GTO能够自关断，而一般晶闸管不可以答:GTO 和一般晶闸管同为PNPN 结构 , 由 P1N1P2 和 N1P2N2构成两个晶体管V1、 V2 分别拥有共基极电流增益α 1和α２，由一般晶闸管的解析可得，α 1 + α 2 = 1 是器件临界导通的条件。

α 1 +α 2 ＞ 1两个等效晶体管过饱和而导通；α 1 +α 2 ＜ 1 不可以保持饱和导通而关断。

GTO 之因此能够自行关断 , 而一般晶闸管不可以, 是因为GTO 与一般晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不一样：1 ） GTO 在设计时α 2较大 , 这样晶体管T2 控制敏捷 , 易于 GTO 关断 ;2)GTO 导通时α 1 + α2的更凑近于 l,一般晶闸管α 1 + α 2 ≥ , 而 GTO 则为α 1+α 2 ≈， GTO 的饱和程度不深 , 凑近于临界饱和 , 这样为门极控制关断供给了有益条件;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。

电力电子电路按实现电能变换时电路的功能可分为整流电路(将交流电能转换为直流电能)、逆变电路(将直流电能转换为交流电能)、交流变换电路(包括交流调压电路和变频电路)、直流变换电路(改变直流电能的大小和方向)。

按电能转换次数可分为基本变换电路和组合变换电路。

前者经一次转换即可实现所需电能的变换，又称直接变换电路；后者经多次转换以实现所需电能的变换，又称间接变换电路。

按组成电路的器件可分为不控型变换电路(由不控型器件组成，电路对变换的电能无控制能力)、半控型变换电路(由半控型器件组成，只能在电路具备关断晶闸管的条件下才能正常工作)、全控型变换电路(由自关断器件组成，比半控型电路具更佳的技术经济指标，但开关容量低于半控型)。

电力电子电路按控制方式可分为4种：①相控电路。

控制信号的变化表现为控制极脉冲相位的变化。

②频控电路。

信号的变化表现为控制极脉冲重复频率的变化。

③斩控电路。

控制信号的变化表现为控制极脉宽的变化。

④组合控制电路。

采用上述3种控制方式组合而成的控制方式。

按电路中开关器件的工作频率可分为开关元件按电网频率(50或60赫)工作的低频电路和开关元件以远高于电网频率的载波频率工作的高频电路。

电力电子电路经历了20世纪30年代由气体闸流管和汞弧整流管组成的低频变流电路和由高频电子管组成的变流电路(统称第一代电力电子电路)，60年代由晶闸管组成的半导体变流电路(第二代电力电子电路)，80年代由可关断晶闸管(GTO)和双极型功率晶体管(GTR)等新型器件组成的第三代电力电子电路。

由于它们具有控制极关断和工作频带较宽的优点，使电力电子电路具有更佳的技术和经济性能，获得了更为广泛的应用。

电力电子电路正沿4个方向发展：①采用新型器件。

②采用新的控制方式和手段。

③采用新的电路结构。

④采用新的分析方法和调试手段。

特点与传统的旋转式变流电路相比，静止式变流电路具有无磨损、低噪声、高效率、易于实现自动控制和生产、无须专门的地基建设等优点，因而在国际范围已基本上取代了前者。

电力电子技术复习资料填空题1. 电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

（1）2. 电力电子技术是应用在电力变换领域的电子技术。

（1）3. 电能变换的含义是在输入与输出之间，将电压、电流、频率、相位、相数的一项以上加以改变。

4. 在功率变换电路中，为了尽量提高电能变换的效率，所以器件只能工作在开关状态，这样才能降低损耗。

5. 电力电子技术的研究内容包括两大分支：电力电子器件制造技术和变流技术。

6.半导体变流技术包括用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构电力电子装置和电力电子系统的技术。

7. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

8.处理信息的电子器件一般工作于放大状态，而电力电子器件一般工作在开关状态。

9.主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。

10.电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。

11.按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控器件、全控器件。

12. 按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型、电压驱动型。

13. 电力二极管的工作特性可概括为 单向导电性 。

14.电力二极管的主要类型有 普通二极管 、快恢复二极管 、 肖特基二极管 。

15. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为 1K Hz 以下的整流电路。

其反向恢复时间较长，一般在 5μs 以上。

16. 快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较长，一般在 5μs 以下。

17.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在 10～40ns ns之间18.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为 维持电流 。

晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为 擎住电流 。

对同一晶闸管来说，通常L I 约为H I 的称为 2~4 倍。

一．1．电力电子技术通常可分为电力电子器件制造技术和变流技术两个分支。

2．在电流型逆变器中，输出电压波形为正弦波，输出电流波形为矩形波。

3．PWM逆变电路的控制方法有计算法和调制法两种。

其中调制法又可以分为异步调制和同步调制两种。

4．为减少自身损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态，当器件的工作频率较高时，开关损耗会成为主要的损耗。

5．单相桥式全控整流电路，在交流电源一个周期里，输出电压脉动 3 次。

6．在PWM控制电路中，载波频率与调制信号频率之比称为载波比，当它为常数时的调制方式称为同步调制。

7．有源逆变指的是把直流能量转变成交流能量后送给电网的装置。

8．SPWM脉宽调制型变频电路的基本原理是：对逆变电路中开关器件的通断进行有规律的调制，使输出端得到一系列幅值相等脉冲列来等效正弦波。

9．具有自关断能力的电力半导体器件称为全控型器件。

10．晶闸管的伏安特性指的是阳极电压和阳极电流的关系。

11．改变频率的电路称为变频电路，变频电路可以分为交交变频电路和交直交变电路两种类型，前者又称为直接变频电路，后者又称为间接变频电路。

12．三相桥式全控整流电路中带大电感负载，控制角α的范围是 0°到90°。

13．直流斩波电路是一种变换电路。

14．在单相半控桥式带电感性负载电路中，在负载两端并联一个续流二极管的作用是防止失控现象产生。

15．三相全控桥式整流电路带电阻负载，当触发角α=0°时，输出的负载电压平均值为2.34U2 。

16.单相桥式全控整流电路电阻性负载的移相范围为________，三相桥式全控整流电路电阻性负载的移相范围为_____0°~120°_______.17．对于单相全波电路，当控制角0<α<90°时，电路工作在_____整流_______状态，当控制角90°<α<180°时，电路工作在_____逆变_______状态。

电力电子技术试题1、请在空格内标出下面元件的简称：电力晶体管GTR；可关断晶闸管GTO ；功率场效应晶体管MOSFET；绝缘栅双极型晶体管IGBT；IGBT是MOSFET 和GTR 的复合管。

2、晶闸管对触发脉冲的要求是要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。

3、多个晶闸管相并联时必须考虑均流的问题，解决的方法是串专用均流电抗器。

4、在电流型逆变器中，输出电压波形为正弦波波，输出电流波形为方波波。

5、型号为KS100-8的元件表示双向晶闸管晶闸管、它的额定电压为800V伏、额定有效电流为100A安。

6、180°导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在_同一桥臂上的上、下二个元件之间进行；而120º导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在_不同桥臂上的元件之间进行的。

7、当温度降低时，晶闸管的触发电流会增加、、正反向漏电流会下降、；当温度升高时，晶闸管的触发电流会下降、、正反向漏电流会增加。

8、在有环流逆变系统中，环流指的是只流经两组变流器之间而不流经负载的电流。

环流可在电路中加电抗器来限制。

为了减小环流一般采用控制角α= β的工作方式。

9、常用的过电流保护措施有快速熔断器、串进线电抗器、接入直流快速开关、控制快速移相使输出电压下降。

（写出四种即可）10、逆变器按直流侧提供的电源的性质来分，可分为电压型型逆变器和电流型型逆变器，电压型逆变器直流侧是电压源，通常由可控整流输出在最靠近逆变桥侧用电容器进行滤波，电压型三相桥式逆变电路的换流是在桥路的本桥元件之间元件之间换流，每只晶闸管导电的角度是180º度；而电流型逆变器直流侧是电流源，通常由可控整流输出在最靠近逆变桥侧是用电感滤波，电流型三相桥式逆变电路换流是在异桥元件之间元件之间换流，每只晶闸管导电的角度是120º度。

11、直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有降压斩波电路；升压斩波电路；升降压斩波电路。

项目1 认识和调试晶闸管单相半波整流控制的调光灯电路1.1.4 思考题与习题1．晶闸管的导通条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？解：导通条件：(1)晶闸管阳极和阴极之间加正向电压；(2)晶闸管门极和阴极间加正向电压。

最根本的方法就是必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的程度，也就是将晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流。

可采用的方法有：将阳极电压减小到零或将晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。

2．晶闸管导通后，去掉门极电压，晶闸管是否还能继续导通？为什么？解：继续导通，导通之后，门极就失去了控制作用。

3．说明晶闸管型号规格KP200-7E代表的含义。

解：额定电流为200A，额定电压为800V，管压降为0.8V4．有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？解：欲使晶闸管触发导通，必须使触发脉冲保持到阳极电流上升到擎住电流IL以上，否则会造成晶闸管重新恢复阻断状态，因此触发脉冲必须具有一定宽度。

5．晶闸管导通时，流过晶闸管的电流大小取决于什么？晶闸管阻断时，承受的电压大小取决于什么？解：取决于电路里负载电阻的大小；取决于电源电压的大小。

6．画出图1-19所示电路电阻R d上的电压波形。

图1-19习题6图解：7．如图1-20，型号为KP100-3，维持电流4mA的晶闸管，在以下电路中使用是否合理？为什么？（未考虑电压、电流安全余量）（a) （b) （c)图1-20习题7图解：（a）图的目的是巩固维持电流和擎住电流概念，擎住电流一般为维持电流的数倍。

本题给定晶闸管的维持电流I H＝3mA，那么擎住电流必然是十几毫安，而图中数据表明，晶闸管即使被触发导通，阳极电流为100V/50KΩ＝3 mA，远小于擎住电流，晶闸管不可能导通，故不合理。

（b）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。

本图所给的晶闸管额定电压为300A、额定电流100A。

图中数据表明，晶闸管可能承受的最大电压为311V，大于管子的额定电压，故不合理。

1、脉冲宽度调制理论（PWM）技术：P7答：是利用电力半导体器件的开通和关断产生一定形状的电压脉冲序列，经过低通滤波器后实现电能变换，并有效地控制和消除谐波的一种技术。

2、零电压开通、零电流关断：P7答：如果在电力电子变换电路中采取一定措施，如改变电路结构和控制策略，使开关器件被施加驱动信号而开通过程中其端电压为零，这种开通称为零电压开通。

若使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中其承载的电流为零，这种关断称为零电流关断。

3、晶闸管闸流特性：P22答：当门极没有加上正向电压（Ig=0）时，尽管阳极已加正向电压，晶闸管仍处于正向阻断状态，在门极正向电压的触发（Ig＞0）下，晶闸管立即导通。

这种门极电流对晶闸管的正向导通所起的的控制作用称为闸流特性。

4、晶闸管的开关特性：P24 答：是指通态和断态转换过程中电流和电压的变化情况。

5、相控整流电路：P127答：利用晶闸管的单向可控导电性，控制其控制其控制角能把交流电能变成大小可调的直流电源，以满足各种直流负载的要求，这种整流电路称为相控整流电路。

6、交流电子开关：P207 答：是将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关，起接通和断开电路的作用。

7、软开关：P7 答：如果开关器件在开通过程中端电压很小，在关断过程中其电流很小，这种开关过程的功率损耗也不大，把这种开关称为软开关。

8、不间断电源（UPS）:P10 答：是计算机、通信系统以及不能中断电力场合所必需的一种高可靠性能的电源。

交流电输入经整流器变成直流，一部分能量给蓄电池组充电，另一部分能量经逆变器变成交流电，经转换开关送到负载。

这种装置称为不间断电源（UPS）。

9、电力电子器件：P13 答能实现电能的变换和控制的电子器件称为电力电子器件：10、硬开通：P23 答：Ig=0时，逐渐增大阳极电压，Ua,只有很小的正向电流，晶闸管正向阻断。

随着阳极电压的增加，当达到正向转折电压Ubo时，漏电流突然剧增，晶闸管由正向阻断突变为正向导通状态。

单相全波桥式整流电路设计1. 引言单相全波桥式整流电路是一种常见的电力电子电路，用于将交流电转换为直流电。

本文将介绍单相全波桥式整流电路的设计原理和实现步骤。

2. 设计原理单相全波桥式整流电路由四个二极管和一个负载组成。

其原理是利用二极管的正向导通特性，将交流电信号的负半周和正半周分别转换为直流电信号。

在正半周，二极管D1和D2导通，而D3和D4截止；在负半周，D3和D4导通，而D1和D2截止。

这样，通过四个二极管的交替导通和截止，就能实现对交流电信号的整流。

3. 电路图下图是单相全波桥式整流电路的电路图示意图。

+----- RL -----+| |V1 |+---|>---+ || | +------|<--+| | D1| |+-----|>------ RL| D4 | |V_in --| +------|<--+| D3 || || |<-----|>-----+GND -|---|| | D2+---|>---+| |GND GND4. 设计步骤步骤1：确定负载电阻首先要确定负载电阻的大小，根据应用的需求和负载电流的要求，选择合适的负载电阻。

步骤2：选择二极管根据负载电流和电压要求，选择合适的二极管。

需要考虑二极管的额定电流、反向电压和导通压降。

步骤3：计算滤波电容为了实现更稳定的直流输出，通常需要在桥式整流电路的输出端添加一个滤波电容。

滤波电容的大小可以根据负载电流和纹波电压的要求来计算。

步骤4：确定输入电压根据应用的需求，确定输入电压的大小。

需要根据输入电压来选择适当的二次侧变压器，以及设计适合的电源适配器。

步骤5：进行电路布局和连线根据设计要求，进行电路布局和连线。

需要注意电路的隔离和保护，尽量减小电路中的干扰和损耗。

5. 总结单相全波桥式整流电路是一种常见的电力电子电路，用于将交流电转换为直流电。

本文介绍了单相全波桥式整流电路的设计原理和实现步骤。

三相桥式整流电路工作原理(一)三相桥式整流电路工作原理什么是三相桥式整流电路？三相桥式整流电路是一种经典的电力电子电路，常见于工业、家庭用电等领域。

其作用是将三相交流电信号转换为直流电信号，用于电动机的驱动或直流电源的供电。

三相桥式整流电路的原理三相桥式整流电路由六个二极管和一个负载组成。

其中，三个二极管连接在三相交流电源的三个输出端上，使得交流电源的三个输出信号两两并联。

另外三个二极管则分别与负载相连，作为整流器使用。

负载一端接直流电源，另一端接地。

工作过程当三相交流电源输出信号与整流电路相连时，三个二极管中两个永远处于导通状态，此时交流电压源从两个方向流入负载。

当一个二极管被关闭时，另一个二极管就会被打开，随后修改连接的磁路方向，使得交流电从其他两个二极管流入负载。

通过这种交替开关的方式，三相桥式整流电路可以保持电流单向流动，因此实现了直流信号的输出。

而且，整流电路中的损耗极小，效率高。

使用场景三相桥式整流电路通常用于三相交流马达的驱动以及需要使用直流电源的场合。

在以上应用中，整流电路可以将交流输入转换为直流输出，以满足设备的需求。

总结三相桥式整流电路是一种既简单又高效的电力电子电路。

其使用范围广泛，可应用于工业、家庭用电等多个领域。

优缺点优点1.整流电路的损耗极小，效率较高，因此节省了能量。

2.电路结构简单，易于实施放大或缩小。

3.输出直流电压具有比较高的稳定性和纹波小。

缺点1.初始成本较高，特别是对于高功率应用的电源来说。

2.整流器中的二极管会产生一定的电压降，会降低电路的效率。

3.电容器等其他器件的使用会增加电路的成本。

常见的三相桥式整流电路•半波三相桥式整流电路•全波三相桥式整流电路•无中性线三相桥式整流电路结论三相桥式整流电路是典型的电力电子电路，其原理、工作过程及应用场景等方面都非常值得我们关注。

了解这些内容不仅可以帮助我们深入理解原理，还可以帮助我们在实践中更好地使用整流电路。

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U A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I A减小，I A下降到维持电流I H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源电压U A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I H会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。

2.15 什么叫GTR的一次击穿?什么叫GTR的二次击穿?答：处于工作状态的GTR，当其集电极反偏电压U CE渐增大电压定额BU CEO时，集电极电流I C急剧增大（雪崩击穿），但此时集电极的电压基本保持不变，这叫一次击穿。

发生一次击穿时，如果继续增大U CE，又不限制I C，I C上升到临界值时，U CE突然下降，而I C继续增大（负载效应），这个现象称为二次击穿。

2.16怎样确定GTR的安全工作区SOA?答：安全工作区是指在输出特性曲线图上GTR能够安全运行的电流、电压的极限范围。

按基极偏量分类可分为：正偏安全工作区FBSOA和反偏安全工作区RBSOA。

正偏工作区又叫开通工作区，它是基极正向偏量条件下由GTR的最大允许集电极功耗P CM以及二次击穿功率P SB，I CM，BU CEO四条限制线所围成的区域。

反偏安全工作区又称为GTR的关断安全工作区，它表示在反向偏置状态下GTR关断过程中电压U CE，电流I C限制界线所围成的区域。