第二章
2.2 使晶闸管导通的条件是什么?维持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: 使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或者U AK >0
且U GK >0;
维持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,即维持电流。 关断方法有二:一、加反向电压;二、使电流小于维持电流
2.3图2-1中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形,各波形的电流最大值均为m I , 试计算各波形的电流平均值1d I 、2d I 、3d I 与电流有效值1I 、2I 、3I ,和它们的波形系数1f K ,2f K ,3f K 。
题图2.1 晶闸管导电波形
解: a) 1d I
=
4
1
sin()1)0.2722m m m I I t I π
π
ωπ
π=
+≈? 1I
0.48m I =
≈ 111/0.48/0.27 1.78f d m m K I I I I ===
b) 2d I
=41sin ()(1)0.5422
m m m I I td wt I ππ?=+=∏?
2I
0.67m I =
≈ 222/0.67/0.54 1.24f d m m K I I I I ===
c) 3d I =
20
1
1()24
m m I d t I π
ωπ
=
?
3I
12
m I =
333/0.5/0.252f d m m K I I I I ===
2.4. 如果上题中晶闸管的通态平均电流为100A ,考虑晶闸管的安全裕量为1.5,问其允许通过的平均电流和应的电流最大值各为多少?
解:由上题计算结果知:
(额定电流I T(A V)=100A 的晶闸管,允许的电流有效值I=157A ) a)
()11
1.57 1.57*100
58.8()1.5 1.5*1.78
T AV d f I I A K =
=
=
11/58.8/0.27217.78()m d f I I K A ===
b)
()22
1.57 1.57*100
84.4()1.5 1.5*1.24
T AV d f I I A K =
=
=
222/84.4/0.54156.30()m d f I I K A ===
c)
()33
1.57 1.57*100
52.3()1.5 1.5*2
T AV d f I I A K =
=
=
323/52.3/0.25209.2()m d f I I K A ===
2.5.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 和普通晶阐管同为PNPN 结构,由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2,分别具有共基极电流增益1α和2α,由普通晶阐管的分析可得,121=+αα是器件临界导通 的条件。
121>αα+ 两个等效晶体管过饱和而导通;121<αα+不能维持饱和导通而关断。
GTO 之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同:
l) GTO 在设计时2α较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO 关断;
2) GTO 导通时21αα+的更接近于l ,普通晶闸管5.121≥+αα,而GTO 则为05.121≈+αα,GTO 的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利条件;
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。
2.11使用Power MOSFET 应该注意什么问题?.如何防止其因静电感应应起的损坏?
答:电力MOSFET 的栅极绝缘层很薄弱,容易被击穿而损坏。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,应注意以下几点:
①一般在不用时将其三个电极短接;
②装配时人体、工作台、电烙铁必须接地,测试时所有仪器外壳必须接地; ③电路中,栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 ④漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。 2.12 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:
第三章
3.1 具有续流二极管的单相半波相控整流电路,2220,7.5,U V R ==ΩL 值极大,当控制角α为30?和60?时,要求: 1) 作出2,,d d u i i 的波形;
2) 计算整流输出平均电压d U 、输出电流d I 、变压器二次测电流有效值2I ; 3) 计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值; 4) 考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解:30α=?时:
1) 2,,d d u i i 的波形如下页所示。 2) 整流输出平均电压d U
2
d 221sin td t (1cos )221cos 1cos300.450.45*220*92.37()
22
U U V π
α
ωωαπ
πα=
=
+++?
===?
输出电流d I :
d d 92.37
12.32A 7.5
U I R =
==() 变压器:
VT 7.95()2I =I I A =
=== 3)晶闸管的电流平均值和有效值:
dVT d /6
*12.32 5.13()22I I A παππππ
--=
==
VT ()7.95()2I =I I A == 续流二极管的电流平均值和有效值:
dVDR d /6
*12.327.19()22I I A παππππ
++=
==
VDR
9.41()I I A =
== 4)晶闸管承受的最大正反向峰值电压为:
2311()TM U V ==
考虑2倍安全裕量,取晶闸管的额定电压为700V (电压低于100V 时每100V 为一个电压等级)。 通过晶闸管的电流有效值为:VT 7.95I A =
考虑1.5(~2)倍安全裕量,则:
VT
VT(AV) 1.5(~2)*1.57
7.95
1.5(~2)*7.6(~10.1)()
1.57
I
I A ===
同理可得60α=?时:
2) 整流输出平均电压d 74.25()U V = 输出电流d I :d 9.9A I =()
a)
T
u 1b)
i
变压器:
VT 5.72()2I =I A =
3)晶闸管的电流平均值和有效值:
dVT 3.3()I A =
VT 5.72()2I =I A =
续流二极管的电流平均值和有效值:
dVDR 6.6()I A = VDR 8.08()I A =
4
)晶闸管承受的最大正反向峰值电压为:2311()TM U V ===
考虑2倍安全裕量,故取晶闸管的额定电压为700V 通过晶闸管的电流有效值为:VT 5.72I A =
考虑1.5(~2)倍安全裕量,则: V T (A V )5.5~7.3(
)
I A = 3.4 .单相桥式全控整流电路,U 2=100V ,负载中R =20Ω,L 值极大,当α=?30时, 要求:
①作出U d 、I d 和I 2的波形;
②求整流输出平均电压U d 、电流I d 、变压器二次电流有效值I 2; ③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解: ① U d 、I d 和I 2的波形如下图:
② 输出平均电压U d 、I d 和变压器二次电流有效值I 2分别为
2
221
sin cos 0.9cos 0.9*100*cos3077.94()
d U td t U V πα
α
ωωααπ
π
+==
==?=?
277.94
(0.9.cos )38.97()2
d d U U I A R R α==
== 238.97()d I I A ==
③晶闸管承受的最大反向电压为: 2141.4TM U V == 考虑(2~3)倍安全裕量,晶闸管的额定电压为: U N =(2~3)×141.4=283~424(V)
2
i O
ωt
O
ωt
O
ωt u d i d
i 2
b)
O ωt
O
ωt
u VT
1,4O
ωt
O
ωt I d
I d
I d I d
I d
i VT 2,3i VT 1,4
具体数值可按晶闸管产品系列参数选取(可以取300V ~500V )。 流过晶闸管的电流有效值为:
27.55()VT d I I A == 晶闸管的额定电流为: ()27.55
(1.5~2)*
(1.5~2)*(26.32~35.1) ()1.57 1.57
VT VT AV I I A === 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
3.7.在三相半波整流电路中,如果a 相的触发脉冲消失,试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压U d 的波形。
解:假设α=?0,当负载为电阻时, U d 的波形如下:
当负载为电感时,U d 的波形如下:
3.10三相半波可控整流电路,U 2=100V ,带电阻电感负载,R =50Ω,L 值极大,当α=?60时,求: ①画出,d d u i 和VT1i 的波形;②计算d d dVT U I I 、、和I VT
解: ①,d d u i 和VT1i 的波形如下图所示:
② d d d V T U I I 、、和I VT 分别为:
6d 2263sin()()1.17cos 117*100*cos
58.5()23
U wt d wt U V παπ
α
π
απ
++=
===?(
58.5/511.7()d
d U I A R
=
== 11
*11.7 3.9()33
dVT d I I A ===
6.75()VT d I I A =
== 3.11.在三相桥式全控整流电路中,电阻负载,如果有一个晶闸管不能导通,此时的整流电压U d 波形如何?如果有一个晶闸管被击穿而短路,其他晶闸管受什么影响?
答:假设VTl 不能导通,整流电压波形如下:
假设VT1被击穿而短路,则当晶闸管VT3或VT5导通时,将发生电源相间短路,使得VT3、VT5也可能分别被击穿。
3.12 三相桥式全控整流电路,U 2 =100V ,带电阻电感负载R =50Ω,L 值极大, 当α=?60 时,求:
①画出,d d u i 和VT1i 的波形 ②计算d d d V T U I I 、、和I VT
解:①,d d u i 和VT1i 的波形如下:
② d d dVT U I I 、、和I VT 分别为:
23d 223
6sin()() 2.34cos 2.34*100*cos
117()23
U wt d wt U V παπ
α
π
απ
++=
===?
117/523.4()d d U I A R =
== 11
*23.47.8()33
dVT d I I A ===
13.5()VT d I I A =
== 3.13 单相全控桥,反电动势阻感负载,R =1Ω,L =∞,E =40V , U 2=100V ,L B =0.5mH ,当α=?60时,求d d U I 、与γ的数值,并画出整流电压d u 的波形。
解: 考虑L B
时,有:2
d 221
sin td t cos 0.9cos U U πα
α
ωωααππ
+=
=
=?
d 221
sin td t --0.9cos -d d d U U U U U πα
α
ωωααπ+=
?=
?=?? (1)
d d 2/B U X I π?= (2)
d d ()/I =U E R - (3)
3(2*50)*(0.5*10)0.157B B X wL π-=== (4)
解(1)、(2)、(3)方程组得:
2(0.9cos 2)/(2)44.55()d B B U R U X E R X V παπ=++=
0.455()d U V ?= 4.55()d I A =
由
d B
2
cos cos()X U ααγ-+=
得: cos(60)0.4898(60)γα?+==?,则60.67600.67γ=?-?=?
整流电压的波形图如下图所示:
3.23什么是逆变失败?如何防止逆变失败?
答:逆变运行时,一旦发生换流失败,外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路,或者使变流
器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联,由于逆变电路内阻很小,形成很大的短路电流,称为逆变失败或逆变颠覆。
防止逆变失败的方法有:采用精确可靠的触发电路,使用性能良好的晶闸管,保证交流电源的质量,留出充足的换向裕量角β等。
3.24单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中,当负载分别为电阻负载或电感负载时,要求的晶闸管移相范围分别是多少?
答:单相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是0~?180,当负载为
电感负载时,要求的晶闸管移相范围是0~?90。
三相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是0~?120,当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是0~?90
第四章
4.2 在图4.1所示的Buck 型电路中,已知100i U V =,
10R =Ω,L =∞,C =∞,采用PWM 控制方式。
当
50T s μ=,20on t s μ=,计算输出电压平均值o U 和
输出电流
平均值o I 。
解:)(40100*50
20**A U T t U D U i on i o ====
)(410/40/A R U I o o ===
4.3在图4.1所示的Buck 型电路中,已知12i U V =,5o U V =,开关频率100f kHz =,330C F μ=,采用PWM 控制方式,工作在电流连续模式,计算: (1) 占空比D 和电感纹波电流L i ?;
(2) 当输出电流为1A 时,保证电感电流连续的临界电感值L ; (3)输出电压的纹波o U ?。
解: (1)417.012
5
*===
?=i o i o U U D U D U )(10*19.2910*1001*125*512*6
3
A L
L DT L U U i o i L -=-=-=? (2)当A I o 1=时,若保持电感电流连续必须有:
2
1D
RT L -≥ 又 )(51/5//Ω===?=o o o o I U R R U I
∴ )(10*458.110
*1001*5*2417.01*215
3H RT D L -=-=-≥
即保证电感电流连续的临界电感值L 为:H L μ58.14=
(3))(10*1104.0)10*100(*10*330*8)417.01(*58)1(6
2
362V L
L LCf D U U o --=-=-=? (H L μ58.14=时,mV U 57.7=?)
4.4 在图4.7 所示的Boost 型电路中,已知V U i 50=,
L =∞,C =∞,Ω=20R ,采用PWM 控制方式。
当50T s μ=,20on t s μ=,计算输出电压平均值o U 和输出电流平均值o I 。
解:)(3.13350*40
/2511*/11*11A U T t U D U i on i o =-=-=-=
)(67.620/3.133/A R U I o o ===
第五章
5.l.无源逆变电路和有源逆变电路有何不同? 答:两种电路的不同主要是:
有源逆变电路的交流侧接电阿,即交流侧接有电源。而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。 5.2.换流方式各有那儿种?各有什么特点? 答:换流方式有4种:
1) 器件换流:利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。 2) 电网换流:由电网提供换流电压,只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
3) 负载换流:由负载提供换流电压,当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时,可实现
负载换流。 4) 强迫换流:设置附加换流电路,给欲关断的晶闸管强追施加反向电压换流称为强迫换流。通常
是利用附加电容上的能量实现,也称电容换流。 晶闸管电路不能采用器件换流,根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。器件换流只适用于全控型器件。
5.3.什么是电压型逆变电路?什么是电流型逆变电路?二者各有什么特点?
答:按照逆变电路直流测电源性质分类,直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型 逆变电路,直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。 电压型逆变电路的主要持点是:
1)直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源。直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。
2)直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
3)流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路的主要特点是:
1)侧串联有大电感,相当于电流源。直流侧电流基本无脉动,直流回路呈现高阻抗。
2)中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径,因此交流侧输出电流为矩形波,并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
3)流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流测电惑起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向,因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
5.4.电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么?
答:在电压型逆变电路中,当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通,而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。
第六章
6.1 电阻炉由单相交流调压电路供电,如α=0时为输出功率为最大值,试求功率为最大输出功率的80%,50%时的控制角α。
解: 因电阻炉为纯电阻负载,α=0时导通角为π,电流电压波形均连续,有:
max 1o U U =
=
此时负载输出功率最大,为: 22max 1max
o U U P R R
==
当00max
80%P P =时,2
020max 1/80%/o P U R
P U R
==
o 1U ?=
又
1o U U =
60α=?
同理可得,当00max 50%P P =时,
90α=? 6.2单相交流调压电器,电源为工频220V ,阻感串联作为负载,其中0.5R =Ω,2L mH =。试求:
(1) 控制角α的变化范围;
(2) 负载电流的最大值;
(3) 最大输出功率及此时电源侧的功率因数;
(4) 当/2απ=时,晶闸管电流有效值、晶闸管导通角和电源侧功率因数。
解: (1)阻抗角
3(2*50)*(2*10)
arctan arctan arctan1.25751.50.5
wL R π?-====?
故控制角α的变化范围为:51.5180α?<≤?
(2)α?=时,负载电流连续,此时负载电流的有效值最大,有
0max 220
274()||0.803d U I A Z =
====
(3)当负载电流最大时有最大的输出功率(输出功率指的是有功功率),则:
2max 20max *274*0.537538()o P I R W ===
此时电源侧的功率因数为:
2max max 0max /*/274*0.5/2200.623o o in in P S I
R U I λ====
(4)当/2απ=,51.5?=?时,查(,)f θα?=的函数曲线可得:140θ≈?
负载电流(输出电流)的有效值为:
241.6()o I A =
=
则晶闸管电流有效值为:0170.8()VT I I A ===
电源侧功率因数为:2
0/*/241.6*0.5/2200.55o o in in P S I R U I λ====
电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比,电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力? 答:1.电力二极管大都采用垂直导电结构,使得硅片中通过电流的有效面积增大,显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区,也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体,由于掺杂浓度低,低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么? 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或:uAK>0且uGK>0。 2-3. 维持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:维持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,即维持电流。要使晶闸由导通变为关断,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,即降到维持电流以下,便可使导通的晶闸管关断。 2-4 图2-27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 ,试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解:a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t
电力电子技术答案 2-1与信息电子电路中的二极管相比,电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力?答:1.电力二极管大都采用垂直导电结构,使得硅片中通过电流的有效面积增大,显着提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区,也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体,由于掺杂浓度低,低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2.使晶闸管导通的条件是什么?答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极 电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或:uAK>0且uGK>0 2-3 .维持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:维持晶 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,即维持电流。 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,即降到维持电流以下,便可使导通的晶闸管关断。 2-4图2-27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,试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值丨1、I 2、I 3。 2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少这时,相应的电流最大值I m1、I m2 I m3各为多少 解:额定电流算结果知I T(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计 解:a)I d1= 24 Im sin( t) 罟"Em I—(Im sin t)2d(wt) 11= 2 410.4767Im 2 b) J—(Imsin t)2d(wt) d2= I 2= Im <2 Im sin td (wt) ( 1) 4 2 Im 3 1 4 2 0.67411m 0.5434 Im c) 丄2Im d( d3= 2 0 t) 1 Im 4 3= 1 2Im2d( t) 2 0 i Im
电子电力课后习题答案 第一章电力电子器件 1.1 使晶闸管导通的条件是什么? 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。 或者U AK >0且U GK >0 1.2 维持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:维持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,即维持电流。 1.3 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 ,试计算各波形的电流平均值I d1 、I d2 、I d3 与电流有效值I 1 、I 2 、I 3 。 解:a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I 1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I 2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t c) I d3= ?= 2 Im 4 1 ) ( Im 2 1π ω π t d I 3= Im 2 1 ) ( Im 2 1 2 2= ?t dω π π 1.4.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2 、I d3 各为多 少?这时,相应的电流最大值I m1、I m2 、I m3 各为多少? 解:额定电流I T(AV) =100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) I m1 35 . 329 4767 .0 ≈ ≈ I A, I d1 ≈0.2717I m1 ≈89.48A
电力电子技术课后习题答案2014
第一章电力电子器件 1.1 使晶闸管导通的条件是什么? 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或者U AK >0且U GK>0 1.2 维持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:维持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,即维持电流。 1.3 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 ,试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解:a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t c) I d3= ?= 2 Im 4 1 ) ( Im 2 1π ω π t d I3= Im 2 1 ) ( Im 2 1 2 2= ?t dω π π 1.4.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解:额定电流I T(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) I m1 35 . 329 4767 .0 ≈ ≈ I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A b) I m2 , 90 . 232 6741 .0 A I ≈ ≈ I d2A I m 56 . 126 5434 .0 2 ≈ ≈
3章交流-直流变换电路课后复习题 第1部分:填空题 1.电阻负载的特点是电压与电流波形、相位相同;只消耗电能,不储存、释放电能,在单相半波可控整流电阻性负载电路中,晶闸管控制角α的最大移相范围是0?≤a≤ 180?。 2.阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用,使得流过电感的电流不发生突变,在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中,晶闸管控制角α的最大移相范围是0? ≤a≤ 180? 2 ,续流二极管承受的最大反向电压 2 (设U2为相电压有效值)。 3.单相桥式全控整流电路中,带纯电阻负载时,α角移相范围为0?≤a≤ 180?,单 2和 2 ;带阻感负载时, α角移相范围为0?≤a≤ 90?,单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为 2 2U 2 ;带反电动势负载时,欲使电阻上的电流不出现断续现象,可在主电路中直流输出 侧串联一个平波电抗器(大电感)。 4.单相全控桥反电动势负载电路中,当控制角α大于不导电角δ时,晶闸管的导通角θ = 180?-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时,晶闸管的导通角 θ = 0?。 5.从输入输出上看,单相桥式全控整流电路的波形与单相全波可控整流电路的波形基 本相同,只是后者适用于较低输出电压的场合。 6. 2 ,随负载 加重U d 逐渐趋近于0.9 U2,通常设计时,应取RC≥ 1.5~2.5T,此时输出电压为U d ≈ 1.2 U2(U2为相电压有效值)。 7.电阻性负载三相半波可控整流电路中,晶闸管所承受的最大正向电压U Fm 2 ,晶闸管控制角α的最大移相范围是0?≤a≤90?,使负载电流连续的条件为a≤30?(U2为相电压有效值)。 8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差120?,当它 带阻感负载时,α的移相范围为0?≤a≤90?。 9.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中,共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是 电压最高的相电压,而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是电压最低的相电压;这种电路 α 角的移相范围是0?≤a≤120?,u d波形连续的条件是a≤60?。 10*.电容滤波三相不可控整流带电阻负载电路中,电流i d断续和连续的临界条件是C Rω 3 =,电路中的二极管承受的最大反向电压为 2 U2。 11.实际工作中,整流电路输出的电压是周期性的非正弦函数,当 α 从0°~90°变化时, 整流输出的电压u d 的谐波幅值随 α 的增大而增大,当 α 从90°~180°变化时,整流输出的电压u d的谐波幅值随 α 的增大而减小。 12.三相桥式全控整流电路带阻感负载时,设交流侧电抗为零,直流电感L为足够大。当 α =30°时,三相电流有效值与直流电流的关系为I I d,交流侧电流中所含次谐波次数为 6k±1,k=1,2,3…,其整流输出电压中所含的谐波次数为 6k, k=1,2,3…。 13.对于三相半波可控整流电路,换相重迭角的影响,将使输出电压平均值减小。
第2章电力电子器件 与信息电子电路中的二极管相比,电力二极管具有怎样的结构特点才能使它具有耐受 高电压和大电流的能力 解:1. 电力二极管是垂直导电结构,使得硅片中通过电流的有效面积增大,提高通流 能力 2.电力二极管在P区和N区多了一层低掺杂区,可以承受很高的电压而不致被击穿; 3.具有电导调制效应。 使晶闸管导通的条件是什么 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。 或者U AK >0且U GK>0 维持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:维持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 持电流。 图2-27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Im, 试计算各波形的电流平均值I d1,I d2,I d3与电流有效值I1,I2,I3 解:a) Id1= Im I1== b) Id2== Im I2= Im c) Id3== Im I3== Im .上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为 多少这时,相应的电流最大值Im1,Im2,Im3各为多少 解:额定电流I T(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) Im1=I/=, ≈≈89.48A b) Im2=I/ = Id2= = c) Im3=2I=314 Id3= = 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之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO与普通晶闸管在设计和 工艺方面有以下几点不同:
班级姓名学号 第2/9章电力电子器件课后复习题 第1部分:填空题 1. 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。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中,直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 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。 5. 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、 半控型器件和全控型器件。 6.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:电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 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。 9. 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5s以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管,其反向恢复时间较短,一般在5s以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10~40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为:承受反向电压时,不论是否触发,晶 闸管都不会导通;承受正向电压时,仅在门极正确触发情况下,晶闸管才能导通;晶闸管一旦导通, 门极就失去控制作用。要使晶闸管关断,只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选 用时,一般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.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I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有:快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 普通晶闸管关断时间数百微秒,快速晶闸管数十微秒,高频晶闸管10 微秒左右。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。17. 双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。
0-1.什么是电力电子技术? 电力电子技术是应用于电力技术领域中的电子技术;它是以利用大功率电子器件对能量进行变换和控制为主要内容的技术。国际电气和电子工程师协会(IEEE)的电力电子学会对电力电子技术的定义为:“有效地使用电力半导体器件、应用电路和设计理论以及分析开发工具,实现对电能的高效能变换和控制的一门技术,它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。” 0-2.电力电子技术的基础与核心分别是什么? 电力电子器件是基础。电能变换技术是核心. 0-3.请列举电力电子技术的 3 个主要应用领域。 电源装置;电源电网净化设备;电机调速系统;电能传输和电力控制;清洁能源开发和新蓄能系统;照明及其它。 0-4.电能变换电路有哪几种形式?其常用基本控制方式有哪三种类型? AD-DC整流电;DC-AC逆变电路;AC-AC交流变换电路;DC-DC直流变换电路。 常用基本控制方式主要有三类:相控方式、频控方式、斩控方式。 0-5.从发展过程看,电力电子器件可分为哪几个阶段? 简述各阶段的主要标志。可分为:集成电晶闸管及其应用;自关断器件及其应用;功率集成电路和智能功率器件及其应用三个发展阶段。集成电晶闸管及其应用:大功率整流器。自关断器件及其应用:各类节能的全控型器件问世。功率集成电路和智能功率器件及其应用:功率集成电路(PIC),智能功率模块(IPM)器件发展。 0-6.传统电力电子技术与现代电力电子技术各自特征是什么? 传统电力电子技术的特征:电力电子器件以半控型晶闸管为主,变流电路一般 为相控型,控制技术多采用模拟控制方式。 现代电力电子技术特征:电力电子器件以全控型器件为主,变流电路采用脉宽 调制型,控制技术采用PWM数字控制技术。 0-7.电力电子技术的发展方向是什么? 新器件:器件性能优化,新型半导体材料。高频化与高效率。集成化与模块化。数字化。绿色化。 1-1.按可控性分类,电力电子器件分哪几类? 按可控性分类,电力电子器件分为不可控器件、半控器件和全控器件。 1-2.电力二极管有哪些类型?各类型电力二极管的反向恢复时间大约为多少? 电力二极管类型以及反向恢复时间如下: 1)普通二极管,反向恢复时间在5us以上。 2)快恢复二极管,反向恢复时间在5us以下。快恢复极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长,后者在100ns 以下,甚至达到20~30ns,多用于高频整流和逆变电路中。 3)肖特基二极管,反向恢复时间为10~40ns。 1-3.在哪些情况下,晶闸管可以从断态转变为通态? 维持晶闸管导通的条件是什么? 1、正向的阳极电压; 2、正向的门极电流。两者缺一不可。阳极电流大于维持电流。
电力电子课后答案 第二章 2.2 使晶闸管导通的条件是什么?维持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: 使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或者U AK >0且U GK >0; 维持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,即维持电流。 2.3图2-1中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形,各波形的电流最大值均为m I , 试计算各波形的电流平均值1d I 、2d I 、3d I 与电流有效值1I 、2I 、3I ,和它们的波形系数1f K ,2f K ,3f K 。 题图2.1 晶闸管导电波形 解: a) 1d I = 4 1 2sin()(1)0.27222 m m m I I t I π π ωπ π= +≈? 1I 24 131(sin )()0.4822 42m m m I I t d wt I ππ ?π π = +≈? 111/0.48/0.27 1.78f d m m K I I I I === b) 2d I =412 sin ()(1)0.5422 m m m I I td wt I ππ?=+=∏? 2I 24 21 31(sin )()0.67242m m m I I t d wt I π π ?π π = +≈? 222/0.67/0.54 1.24f d m m K I I I I === c) 3d I = 20 1 1()24 m m I d t I π ωπ = ? 3I 220 1 1()22 m m I d t I π ωπ = ? 333/0.5/0.252f d m m K I I I I === 2.4. 如果上题中晶闸管的通态平均电流为100A ,考虑晶闸管的安全裕量为1.5,问其允许通
第二章: 1.晶闸管的动态参数有断态电压临界上升率du/dt和通态电流临界上升率等,若 du/dt过大,就会使晶闸管出现_ 误导通_,若di/dt过大,会导致晶闸管_损坏__。 2.目前常用的具有自关断能力的电力电子元件有电力晶体管、可关断晶闸管、 功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管几种。简述晶闸管的正向伏安特性 答: 晶闸管的伏安特性 正向特性当IG=0时,如果在器件两端施加正向电压,则晶闸管处于正向阻断状态,只有很小的正向漏电流流过。 如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo,则漏电流急剧增大,器件开通。 随着门极电流幅值的增大,正向转折电压降低,晶闸管本身的压降很小,在1V左右。 如果门极电流为零,并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下,则晶闸管又回到正向阻断状态,IH称为维持电流。 3.使晶闸管导通的条件是什么 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或:uAK>0且uGK>0。 4.在如下器件:电力二极管(Power Diode)、晶闸管(SCR)、门极可关断晶闸管 (GTO)、电力晶体管(GTR)、电力场效应管(电力MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)中,属于半控型器件的是 SCR 。 5.晶闸管的擎住电流I L 答: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。 6.晶闸管通态平均电流I T(AV) 答:晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下,稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。 7.晶闸管的控制角α(移相角) 答:从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。
《电力电子技术》习题及解答 思考题与习题 什么是整流它与逆变有何区别 答:整流就是把交流电能转换成直流电能,而将直流转换为交流电能称为逆变,它是对应于整流的逆向过程。 单相半波可控整流电路中,如果: (1)晶闸管门极不加触发脉冲; (2)晶闸管内部短路; (3)晶闸管内部断开; 试分析上述三种情况负载两端电压u d和晶闸管两端电压u T的波形。 答:(1)负载两端电压为0,晶闸管上电压波形与U2相同; (2)负载两端电压为U2,晶闸管上的电压为0; (3)负载两端电压为0,晶闸管上的电压为U2。
某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电,在流过负载电流平均值相同的情况下,哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些 答:带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。由于具有电感,当其电流增大时,在电感上会产生感应电动势,抑制电流增加。电阻性负载时整流输出电流的峰值大些,在流过负载电流平均值相同的情况下,为防此时管子烧坏,应选择额定电流大一些的管子。 某电阻性负载的单相半控桥式整流电路,若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断,试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。 解:设α=0,T 2被烧坏,如下图: 相控整流电路带电阻性负载时,负载电阻上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率,为什么带大电感负载时,负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率,为什么 答:相控整流电路带电阻性负载时,负载电阻上的平均功率d d d I U P =不等于负载有功功率UI P =。因为负载上的电压、电流是非正弦波,除了直流U d 与I d 外还有谐波分量Λ ,,21U U 和Λ,,21I I ,负载上有功功率为Λ+++=22212P P P P d >d d d I U P =。
王兆安《电力电子技术》(第4版)课后习题解 第1章 电力电子器件 1.1 使晶闸管导通的条件是什么? 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极注入正向触发电流。 1.2 维持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:维持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(即维持电流),即H A I I >。 要使晶闸管由导通变为关断,可通过外加反向阳极电压或减小负载电流的办法,使流过晶闸管的电流降到维持电流值以下,即H A I I <。 1.3 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m I 。 试计算各波形的电流平均值1d I ,2d I ,3d I 与电流有效值1I ,2I ,3I 。 解:a ) m m m d I I t d t I I 2717.0)12 2( 2)()(sin 214 1≈+= = ?π ωωπ ππ m m m I I t d t I I 4767.021432)()sin (214 21≈+= =? π ω?πππ b ) m m m d I I t d t I I 5434.0)12 2 ( )()(sin 1 4 2≈+= = ? π ωωπ ππ m m m I I t d t I I 6471.0214322)()sin (1 4 22≈+= = ? π ω?π ππ c ) ? = =20 3 4 1)(21π ωπ m m d I t d I I m m I t d I I 2 1)(21 20 2 3= = ? ωπ π 1.4 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶阐管能送出的平均电流1d I 、2d I 、3d I 各为多少?这时,相应的电流最大值1m I 、2m I 、3m I 各为多少? 解:额定电流A I AV T 100)(=的晶闸管,允许的电流有效值A I 157=,由上题计算结果知: a ) A I I m 35.3294767.01≈≈ A I I m d 48.892717.011≈≈ b ) A I I m 90.2326741 .02≈≈ A I I m d 56.1265434.022≈≈ c ) A I I m 31423== A I I m d 5.784 1 33== 1.5 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 和普通晶阐管同为PNPN 结构,由211P N P 和221N P N 构成两个晶体管1V 、2V ,分别具有共基极电 流增益1α和2α,由普通晶阐管的分析可得,121=+αα是器件临界导通的条件。121> αα+两个等效晶体管过饱和而导通;121< αα+不能维持饱和导通而关断。 GTO 之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点 图1-43 晶闸管导电波形
电力电子技术第五版课后习题及答案 第二章电力电子器件 2-1与信息电子电路中的二极管相比,电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力? 答:1.电力二极管大都采用垂直导电结构,使得硅片中通过电流的有效面积增大,显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区,也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体,由于掺杂浓度低,低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2.使晶闸管导通的条件是什么? 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或:uAK>0且uGK>0。 2-3.维持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:维持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,即维持电流。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,即降到维持电流以下,便可使导通的晶闸管关断。 2-4图2-27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Imπ4π4π25π4a)b)c)图1-43
图2-27晶闸管导电波形 解:a)I d1=π21ππωω4 )(sin t td I m=π2m I(122+)≈0.2717I m I1=π π ωωπ42)()sin(21 t d t I m=2m Iπ 2143+≈0.4767I m b)I d2= π1ππωω4)(sin t td I m=πm I(122+)≈0.5434I m I 2=ππωωπ42)()sin(1t d t I m=2 2m Iπ2143+≈0.6741I m c)I d3=π2120)(πωt d I m=4 1I m I3=2 02)(21πωπt d I m=2 1I m2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解:额定电流I T(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I =157A,由上题计算结果知 a)I m1≈4767 .0I≈329.35,I d1≈0.2717I m1≈89.48 2/16b)I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434I m2≈126.56c)I m3=2I=314, I d3=41
《电力电子技术》第1章课 后习题答案 -标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
1.1 晶闸管导通的条件是什么由导通变为关断的条件是什么 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,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,即降到维持电流以下,便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 1.3 (常见晶闸管导通方式有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,又通过正反馈放大漏电流,最终使晶闸管导通; (2) 阳极电压上率du/dt过高;产生位移电流,最终使晶闸管导通 (3) 结温过高;漏电流增大引起晶闸管导通。 1.3 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 1.4 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和普通晶闸管同为 PNPN 结构,由 P1N1P2 和 N1P2N2 构成两个晶体管 V1、V2 分别具有共基极电流增益α1 和α2,由普通晶闸管的分析可得,α1 + α 2 = 1 是器件临界导通的条件。α1 + α 2>1 两个等效晶体管过饱和而导通;α1 + α 2<1 不能维持饱和导通而关断。 GTO 之所以能够自行关断,而普 通晶闸管不能,是因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同:
电力电子技术习题集 标* 的习题是课本上没有的,作为习题的扩展 习题一 * 试说明什么是电导调制效应及其作用。 答:当PN结通过正向大电流时,大量空穴被注入基区(通常是N型材料),基区的空穴浓度(少子)大幅度增加,这些载流子来不及和基区的电子中和就到达负极。为了维持基区半导体的电中性,基区的多子(电子)浓度也要相应大幅度增加。这就意味着,在大注入的条件下原始基片的电阻率实际上大大地下降了,也就是电导率大大增加了。这种现象被称为基区的电导调制效应。 电导调制效应使半导体器件的通态压降降低,通态损耗下降;但是会带来反向恢复问题,使关断时间延长,相应也增加了开关损耗。 1.晶闸管正常导通的条件是什么,导通后流过的电流由什么决定?晶闸管由导通变为关断 的条件是什么,如何实现? 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压(U AK>0),并在门极施加触发电流(U GK>0)。 2.有时晶闸管触发导通后,触发脉冲结束后它又关断了,是何原因? 答:这是由于晶闸管的阳极电流I A没有达到晶闸管的擎住电流(I L)就去掉了触发脉冲,这种情况下,晶闸管将自动返回阻断状态。在具体电路中,由于阳极电流上升到擎住电流需要一定的时间(主要由外电路结构决定),所以门极触发信号需要保证一定的宽度。 * 维持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:维持晶闸管导通的条件是使其阳极电流I A大于能保持晶闸管导通的最小电流,即维持电流I H。 要使晶闸管由导通转为关断,可利用外加反向电压或由外电路作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下,便可使导通的晶闸管关断。 3.图1-30中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形,其最大值均为I m,试计算各波形的 电流平均值、有效值。如不考虑安全裕量,额定电流100A的晶闸管,流过上述电流波形时,允许流过的电流平均值I d各位多少? (f) 图1-30 习题1-4附图 解:(a)m m m m I 11 I sin()()2I0.3185I 22 da I t d t π ωω πππ ==== ? m I 2 a I==
电力电子技术试题(第一章) 一、填空题 1、普通晶闸管内部有PN结,,外部有三个电极,分别是极极和极。 1、三个、阳极A、阴极K、门极G。 2、晶闸管在其阳极与阴极之间加上电压的同时,门极上加上电压,晶闸管就导通。 2、正向、触发。 3、、晶闸管的工作状态有正向状态,正向状态和反向状态。 3、阻断、导通、阻断。 4、某半导体器件的型号为KP50—7的,其中KP表示该器件的名称为,50表示,7表示。 4、普通晶闸管、额定电流50A、额定电压700V。 5、只有当阳极电流小于电流时,晶闸管才会由导通转为截止。 5、维持电流。 6、当增大晶闸管可控整流的控制角α,负载上得到的直流电压平均值会。 6、减小。 7、按负载的性质不同,晶闸管可控整流电路的负载分为性负载,性负载和负载三大类。 7、电阻、电感、反电动势。 8、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时,负载两端的直流电压平均值会,解决的办法就是在负载的两端接一个。 8、减小、并接、续流二极管。 9、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角、电流波形不连续、呈状、电流的平均值。要求管子的额定电流值要些。 9、小、脉冲、小、大。 10、单结晶体管的内部一共有个PN结,外部一共有3个电极,它们分别是极、极和极。 10、一个、发射极E、第一基极B1、第二基极B2。 11、当单结晶体管的发射极电压高于电压时就导通;低于电 压时就截止。 11、峰点、谷点。 12、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压,保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的被触发,才能得到稳定的直流电压。 12、同步、时刻。 13、晶体管触发电路的同步电压一般有同步电压和电压。 13、正弦波、锯齿波。 14、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用与一个或几个的叠加,利用改变的大小,来实现移相控制。 14、正弦波同步电压、控制电压、控制电压。 15、在晶闸管两端并联的RC回路是用来防止损坏晶闸管的。 15、关断过电压。 16、为了防止雷电对晶闸管的损坏,可在整流变压器的一次线圈两端并接一个或。 16、硒堆、压敏电阻。 16、用来保护晶闸管过电流的熔断器叫。 16、快速熔断器。 二、判断题对的用√表示、错的用×表示(每小题1分、共10分) 1、普通晶闸管内部有两个PN结。(×) 2、普通晶闸管外部有三个电极,分别是基极、发射极和集电极。(×) 3、型号为KP50—7的半导体器件,是一个额定电流为50A的普通晶闸管。() 4、只要让加在晶闸管两端的电压减小为零,晶闸管就会关断。(×) 5、只要给门极加上触发电压,晶闸管就导通。(×) 6、晶闸管加上阳极电压后,不给门极加触发电压,晶闸管也会导通。(√) 7、加在晶闸管门极上的触发电压,最高不得超过100V。(×) 8、单向半控桥可控整流电路中,两只晶闸管采用的是“共阳”接法。(×) 9、晶闸管采用“共阴”接法或“共阳”接法都一样。(×) 10、增大晶闸管整流装置的控制角α,输出直流电压的平均值会增大。(×) 11、在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安全。(√) 12、为防止“关断过电压”损坏晶闸管,可在管子两端并接压敏电阻。(×) 13、雷击过电压可以用RC吸收回路来抑制。(×) 14、硒堆发生过电压击穿后就不能再使用了。(×) 15、晶闸管串联使用须采取“均压措施”。(√)
电力电子技术课后题答案 第一章 1.1 电力技术、电子技术和电力电子技术三者所涉及的技术内容和研究对象是什么?三者的技术发展和应用主要依赖什么电气设备和器件? 答:电力技术涉及的技术内容:发电、输电、配电及电力应用。 其研究对象是:发电机、变压器、电动机、输配电线路等电力设备,以及利用电力设备来处理电力电路中电能的产生、传输、分配和应用问题。其发展依赖于发电机、变压器、电动机、输配电系统。其理论基础是电磁学(电路、磁路、电场、磁场的基本原理),利用电磁学基本原理处理发电、输配电及电力应用的技术统称电力技术。 电子技术,又称为信息电子技术或信息电子学,研究内容是电子器件以及利用电子器件来处理电子电路中电信号的产生、变换、处理、存储、发送和接收问题。其研究对象:载有信息的弱电信号的变换和处理。其发展依赖于各种电子器件(二极管、三极管、MOS管、集成电路、微处理器电感、电容等)。 电力电子技术是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。它涉及电力电子变换和控制技术技术,包括电压(电流)的大小、频率、相位和波形的变换和控制。研究对象:半导体电力开关器件及其组成的电力开关电路,包括利用半导体集成
电路和微处理器芯片构成信号处理和控制系统。电力电子技术的发展和应用主要依赖于半导体电力开关器件。 答案1.2 为什么三相交流发电机或公用电网产生的恒频、恒压交流电,经电压、频率变换后再供负载使用,有可能获得更大的技术经济效益? 答:用电设备的类型、功能千差万别,对电能的电压、频率、波形要求各不相同。为了满足一定的生产工艺和流程的要求,确保产品质量、提高劳动生产率、降低能源消耗、提高经济效益,若能将电网产生的恒频、恒压交流电变换成为用电负载的最佳工况所需要的电压、频率或波形,有可能获得更大的技术经济效益。例如:若风机、水泵全部采用变频调速技术,每年全国可以节省几千万吨以上的煤,或者可以少兴建上千万千瓦的发电站。若采用高频电力变换器对荧光灯供电,不仅电-光转换效率进一步提高、光质显著改善、灯管寿命延长3~5倍、可节电50%,而且其重量仅为工频电感式镇流器的10%。高频变压器重量、体积比工频变压器小得多,可以大大减小钢、铜的消耗量。特别在调速领域,与古老的变流机组相比,在钢铜材消耗量、重量、体积、维护、效率、噪音、控制精度和响应速度等方面优势明显。
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)
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:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或:u AK >0且u GK >0。 2. 维持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:维持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,即维持电流。 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,即降到维持电流以下,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 ,试计算各波形的电流平均值 I d1、I d2、I d3123π4 π4 π2 5π4a) b) c) 图1-43 图1-43 晶闸管导电波形 解:a) I d1= π21?π πωω4 )(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1= ? π π ωωπ 4 2)()sin (21 t d t I m = 2m I π 21 43+ ≈0.4767 I m b) I d2 = π1?π πωω4)(sin t td I m =πm I (12 2+)≈0.5434 I m I 2 = ? π π ωωπ 4 2)()sin (1 t d t I m = 22m I π 21 43+ ≈0.6741I m c) I d3=π21?20 )(π ωt d I m =41 I m I 3 = ? 20 2 )(21π ωπ t d I m = 2 1 I m 4. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值 I m1、I m2、I m3各为多少? 解:额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管,允许的电流有效值I =157A ,由上题计算结果知 a) I m1≈ 4767.0I ≈329.35, I d1≈0.2717 I m1≈89.48 b) I m2≈ 6741 .0I ≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314, I d3= 4 1 I m3=78.5 5. 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 和普通晶闸管同为PNPN 结构,由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α,由普通晶闸管的分析可得,1α+2α=1是器件临界导通的条件。1α+2α>1,两个等效晶体管过饱和而导通;1α+2α<1,不能维持饱和导通而关断。 GTO 之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同:
………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 电子科技大学二零零九至二零一零学年第二学期期末考试 电力电子技术课程考试题 A 卷(120 分钟)考试形式:闭卷考试日期201 年月日课程成绩构成:平时10 分,期中10 分,实验10 分,期末70 分 一、填空题(本大题共十二小题每空一分,共44分) 1.请在空格内标出下面元件的简称:电力晶体GTR ;可关断晶闸管__SCR___;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.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___方___波。 3.180°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。 4.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。 5.为了减小变流电路的开、关损耗,通常让元件工作在软开关状态,软开关电路种类很多,但归纳 起来可分为零电流开关与零电压开关两大类。 6.直流斩波电路在改变负载的直流电压时,常用的控制方式有等频调宽控制;等宽调频控制;脉宽 与频率同时控制三种。 7.通常变流电路实现换流的方式有器件换流,电网换流,负载换流,强迫换流四种。 8.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I H时,导通的晶闸管关断。 9.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。 10.造成逆变失败的原因有逆变桥晶闸管或元件损坏,供电电源缺相,逆变角太小,触发脉冲丢失或 未按时到达等几种。 11.锯齿波触发电路的主要环节是由同步环节;锯齿波形成;脉冲形成;整形放大;强触发及输出环