_电力电子技术期末复习题及其答案x

第一章复习题

使晶闸管导通的条件是什么？ 答：当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。

　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：( 1)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)若要使已导通的晶闸管关断， 只能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。

GT 0和普通晶闸管同为 PNPN吉构，为什么 GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？

答：(1) GTO在设计时，a2较大，这样晶体管 v2控制灵敏，易于 GTO关断；

GTO导通时a1+a2的更接近于1,普通晶闸管a1+a2> 1.5，而GTO则为约等于1.05 ,

GTO勺饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制提供了有利条件；

多元集成结构每个 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。

如何防止电力 MOSFE因静电感应引起的损坏？

答：( 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。

5」GBT,GTR,GTO和电力MOSFET勺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是电压驱动型器件，IGBT 的驱动多采用专用的混合集成驱动器。

GTR 驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿,并有一定的过冲, 这样可加速开通过程, 减小开通损耗, 关断时, 驱动电路能提供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要求其驱动电路提供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MOSFE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

单。

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用。

du/dt 或过电流和

du/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 VDs从Cs分流，使du/dt减小，抑制过电压。

试说明IGBT,GTR,GTO和电力 MOSFE各自的优缺点。

常卩1

忧点

ICJ&T

开黄速度高?幵关损耗小，具有 剋毗冲电泣沖击的能力.通态 阪馨校饥输人囲抗籟?为电压 崩动團动功举小

开黄邃度低丁电力MOSFEE

屯冠电断釋就肛绘GTO

tiTH

超唯高?啓就犬?片英特性 血流絵力蛊*谊和压降低

幵关煌2饥为电藏郭1

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GTO

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咚力MOSFET

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（第7题答案）

1请在正确的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、 在电力晶闸管电路中， 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 、过电流继电器。（写出四种即可）

5、 晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常用的有普通晶闸管与门极可断晶闸管。

6、 电力电子器件一般都工作在开关 状态。

7、 为了保证晶闸管可靠与迅速地关断， 通常在管子阳极电压降为 0之后，加一段时间 反

向电压。

2-3倍，使其有一定的电压裕量。8

2-3倍，使其有一定的电压裕量。

1.5-2 倍。9

1.5-2 倍。

10、在螺栓式晶闸管上有螺栓的一端是阳极

利用外加电压和11、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

利用外加电压和

11、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

管的导通条件是承受正向电压，仅在门极有触发电流的情况下，关断条件 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一下。

丁2_和—门极G_;双向晶闸管的的触发方式有

III

I- 、 III + 、

15、 一般操作过电压都是瞬时引起的尖峰电压， 经常使用的保护方法是 RC过电压抑制电路

而对于能量较大的过电压还需要设置非线性电阻保护， 目前常用的方法有雪崩二极管和金_

氧化物压敏电阻 。

16、 在电力晶闸管电路中， 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 、过电流继电器。（写出四种即可）

17、 给晶闸管阳极加上一定的正向电压在门极加上正向电压， 并形成足够的门极电流, 晶体

管才能导通。

18、 对变流电路实施过电压保护时，过电压保护用到的主要原件有：电阻、

电感。

第二章复习题

Mlild?IvnW

SBlUA IdTffln

②Ikk kk LIT刑h i分别如下

Ud=2.34U2cosff =234 XI OftX cos 60°=I17(V}

Id=Ud/R=U7/5=23.4(A)

bz 二RW二2343二7￡(A)

1、 双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要不同？

答：双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比， 在采用相同晶闸管的条件下， 双

反星形电路的输出电流可大一倍。

2、 指出造成逆变失败的几种主要原因？

答：（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶体管分配脉冲，如脉冲丢失、脉 冲延时等，致使晶闸管不能正常换相，使交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。

（2） 晶闸管发生故障，在应该阻断期间，器件失去阻断能力，或在应该导通期间，器 件不能导通，造成逆变失败。

（3） 在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，由于直流电动势 Em的存在，晶闸 管仍可导通，此时交流器的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压， 因此直流 电动势将通过晶闸管使电路短路。

换相的裕量角不足，引起换相失败，应考虑变压器漏抗引起重叠角对逆变电路换 相的影响。

3、 实现有源逆变必须满足哪两个必不可少的条件？

答：(1)要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流 侧的平均电压。

(2)要求晶闸管的控制角 a>n /2，使Ud为负值。

4、 晶闸管触发的触发脉冲需要满足哪几项基本要求？

答：、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。

5、 实现正确触发的同步定相的方法步骤有哪些？

答：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。

6、 单相桥式半控整流电路，电阻性负载。当控制角a =90o时，

画出：负载电压 Ud、

画出：负载电压 Ud、晶闸管VT1电压Uvti、整流二极管 VD2电压Uvd2,在一周期内的电压波 形图

趴

7、晶闸管对触发电路有哪些要求?

I眼?、触戻电略必須有足够的输出功率： 氐融发脉冲必须G i :回路电泅电压怎持同步；

U制股脉冲要冇一定的磋度，H脉冲前沿要陡「

D.融发麻冲的協棚范圈应能满足i一电路的要求匸

8、三相半波整流电路，将整流变压器的二次绕组均分为两段，每段的电动势相同，接成两 折接法，其分段布置及矢量图如图所示，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？

解：三相半波可控整流电路，当变压器二次绕组分成两组，按本题图示曲折接线，及矢量 图所示。变压器二次绕组中，同一相的两个绕阻的电流， 方向相反大小相等，因而形成的磁

通，方向也相反、磁通量大小也会相等。 这样变压器铁心中就不会存在直流磁通， 自然就不

会被直流磁化了。

9、 什么是逆变失败？逆变失败后有什么后果？形成的原因是什么？

解：逆变失败指的是：逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件末关断，该导通

的器件末导通。从而使逆变桥进入整流状态， 造成两电源顺向联接，形成短路。逆变失败后

果是严重的，会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流， 损坏开关器件。产生逆变失败的

原因：一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等。

10、 实现有源逆变必须满足哪些必不可少的条件？ ( 6分)

答1、 实现有源逆变必须外接一直流电源，其方向与晶闸管电流方向相同，其数值要稍

大于逆变桥电压，才能提供逆变能量。另外变流器必须工作在B <90o, (a >900)区域，使

Ud<0,才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。

11、 根据对输出电压平均值进行控制的方法不同，直流斩波电路可有哪三种控制方式？并 简述其控制原理。

答： 第一种调制方式为：保持开关周期不变，改变开关导通时间 ton称为脉宽调制。简称

“ PWM调制。第二种调制方式为：保持开关导通时间 ton不变，改变开关周期，称为频率调

制。简称为"PFM调制。第三种调制方式为：同时改变周期 T与导通时间ton。使占空比改 变，称为混合调制。

12、 对直流斩波电路的控制方式通常有哪几种？画出不同控制方式的输出电压波形。

20.自流忻波然的控制方式冇定频聞宽悴制、定宽调换用制、阔竟闯切扌i制三种.

13、一台工业炉原由额定电压为单相交流 220 V供电，额定功率为 10千瓦。现改用双向晶 闸管组成的单相交流调压电源供电，如果正常工作时负载只需要 5千瓦。试问双向晶闸管 的触发角a应为多少度？试求此时的电流有效值，以及电源侧的功率因数值。

n /2 ; 32.1A ; 0.707 ;

14、 三相桥式全控整流电路， U=100V,带电阻电感性负载， R=5Q, L值极大。 当控

制角a =60o时，求：

A、 画出 Ud、 i d、 i VT1、 的波形。

B、 计算负载平均电压 Ud、平均电流I d、流过晶闸管平均电流 I dVT和有效电流I VT的值。

VI6

VI6 V72

1、 U0=133.3V ; I o=6.67A ;

三彳睢控挤融发角為

三彳睢控挤融发角為EO度 时的皿* id* iYTl的波我图

Ud=117V; I d=23.4A ; I dVT=7.8A ; I vt=13.5A ;

第三章习题

1 ?简述图3-1a所示的降压斩波电路工作原理。

答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让 供电，在此期间，Uo= E。然后使V关断一段时间

V导通一段时间ton，由电源E向L、R、M 3，此时电感L通过二极管 VD向R和M

供电，uo = 0。一个周期内的平均电压 UO=

ton t off

输出电压小于电源电压，起到降

压的作用。

2 .在图3-1a所示的降压斩波电路中，已知 E=200V,

1 s,t on=20 1 s,计算输出电压平均值 UO,输出电流平均值

R=10Q, L 值极大，Em=30V, T=50

I

解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为

U=4 E = 20 200 =80(V)

T 50

输出电流平均值为

Io =吐H = g=5(A)

10

3 .在图3-1a所示的降压斩波电路中， E=100V, L=1mH

调制控制方式，T=20 i s，当ton=5 i s时，计算输出电压平均值 算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。当 述计算。

R=0.5 Q, E=10V,采用脉宽

U0，输出电流平均值I。，计

ton=3 1 S时，重新进行上

解：由题目已知条件可得:

=0.1

E 100

t 丄皿=0.002

R 0.5

当t on=5 (1 S时，有

p =T=0.01

=如=0.0025

由于

0.0025

=e__

=-0.01

e

-=0.249> m

1

所以输出电流连续。

此时输出平均电压为

U> =

U> =

如 E = 100 4 5 * * * * =25(V)

T 20

输出平均电流为

IoUo- Em = 25 的能量与释放的能量相等，即：

Io

的能量与释放的能量相等，即：

三种

10、 PWM逆变电路的控制方式有 、 、 、 、

11、 PWM逆变电路的控制方法有 计算法，调制法，跟踪控制法 三种。其中调制法又

可分为 异步调控法，同步调控法 两种。

13、14.P WM逆变电路的控制方法主要有哪几种？简述异步调制与同步调制各有哪些优缺 点？ 解：PWM逆变电路的常用控制方法有两种，一是计算法；二是调制法。其中调制法又可分为

R 0.5

输出电流的最大和最小值瞬时值分别为

I max：/ 0.00251 e1 e0010.1

I max：

/ 0.0025

1 e

1 e001

0.1 ^=30.19(A)

0.5

当 ton=3 (1 S

时,

0.0025

e 1

~001 ~T

e 1

0.1

100=29.81(A)

0.5

采用同样的方法可以得出:

ap =0.0015由于“ 0.015e 1 =

ap =0.0015

由于

“ 0.015

e 1 = e

0.01

e 1 e

=0.149> m

1

所以输出电流仍然连续。

此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为:

U=汁詈计

IoUo-Em 15 10R0.5=1O(A)I max

Io

Uo-Em 15 10

R

0.5

=1O(A)

I max=

1 e 0.0015

— 0.01

1 e

0.1

^=10.13(A)

0.5

I min =

0.0015

e 1

e 1

0.1

^=9.873(A)

0.5

El iton U o E I itoff

t on

t on toff

T

toff

toff

式中的T / toff 1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

1、 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。

2、 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。

3、 在有环流逆变系统中，环流指的是只流经逆变电源 、 逆变桥 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

流一般米控用控制角 a 大于 3的工作方式。

4、 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。

5、 在有环流逆变系统中，环流指的是只流经 逆变电源 、 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

流一般米控用控制角a 大于 3的工作方式。

6、 变频电路常用的换流方式有 负载谐振换流、 脉冲（强迫）换流 两种。

7、 逆变器按直流侧提供的电源的性质来分，可分为 型逆变器和 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 器进行滤

波，电压型三相桥式逆变电路的换流是在桥路的 原件之间换流，每只晶闸管导电的角 度是 度；而电流型逆变器直流侧是电流源，由可控整流输出在最靠近逆变桥侧是由

滤波，电流型三相桥式逆变电路换流是在原件之间换流，每次晶闸管导电的角 度是 度。

8、 PWM脉宽调制型变频电路的基本原理：对逆变电路中开关器件的通断进行有规律的调剂，

使输出端得到 脉冲来等效正弦波。

9、 直流斩波电路在改变负载的直流电压时，常用控制方式有 、 、

两种，一是异步调制法；二是同步调制法。通常异步调制法是保持载波频率不变， 信号频率

根据需要而改变时， 载波比是变化的。优点是：信号频率较低时载波比较大，一周期内脉冲 数较多，输出较接近正弦波。缺点是：正负半周脉冲数不相等，对称性差。因此，希望采用

较高的载波频率，以克服在信号频率较高时仍能保持较大的载波比。 同步调制时，保持载波

比为常数，并在变频时使载波和信号波保持同步变化。 优点是：信号波一周内输出的脉冲数

是固定的，脉冲相位也是固定的， 对称性好。缺点是：当逆变频率较低时，载波频率也很低， 造成调制谐波不易滤除；逆变频率较高时，调制载波频率也过高，使开关器件的开关频率过 高而难以承受。

15、 电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极 管？（ 7分）

电压型逆变器当交流侧为阻感性负载时，需要向电源反馈无功功率。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， 逆变桥各臂开关器件都

反并联了反馈二极管。

而对电流型逆变器来说，当交流侧为阻感负载时，也需要提供无功能量反馈，但直流侧电 感起缓冲无功能量的作用， 因反馈无功能量时， 直流电流并不反向，因此不必象电压型逆变

器那样要给开关器件反并联二极管。

16、

17、

18、 指出下图中①?⑦各保护元件及 VD Ld的名称和作用。

TF 二一匚［囲VT

TF

二一匚

［囲

VT

2S

1 2门［门

~TZ ~TL

解：

星形接法的硒堆过电压保护；

三角形接法的阻容过电压保护；

桥臂上的快速熔断器过电流保护；

晶闸管的并联阻容过电压保护；

桥臂上的晶闸管串电感抑制电流上升率保护;

直流侧的压敏电阻过电压保护；

直流回路上过电流快速开关保护;

VD是电感性负载的续流二极管；

Ld是电动机回路的平波电抗器；

4 ?简述图3-2a所示升压斩波电路的基本工作原理。

答：假设电路中电感 L值很大，电容 C值也很大。当V处于通态时，电源 E向电感L充电,

充电电流基本恒定为 丨1,同时电容C上的电压向负载 R供电，因C值很大，基本保持输出电

压为恒值U。设V处于通态的时间为ton,此阶段电感L上积蓄的能量为 Elin。当V处于

断态时E和L共同向电容C充电并向负载 R提供能量。设 V处于断态的时间为toff，则在此

期间电感L释放的能量为 Uo E I1toff。当电路工作于稳态时，一个周期 T中电感L积蓄

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