《電力電子技術(shù)》課后復(fù)習(xí)題(附答案)

1、1、電力電子技術(shù)是一種利用電力電子器件對電能進行控制、轉(zhuǎn)換、和傳輸?shù)募夹g(shù)。2、電力電子技術(shù)包括電力電子器件、電路和控制三大部分。3、電力電子技術(shù)的基本轉(zhuǎn)換形式和功能：整流電路-AC/DC-整流器直流斬波-DC/DC-斬波器逆變電路-DC/AC-逆變器交流電路-AC/AC-變頻器4、電力電子器件是指在可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。5、廣義上，電力電子器件也可分為電真空器件和半導(dǎo)體器件。6、按照器件能夠被控制電路信號所控制的程度的程度進行分類：不可控器件電力二極管（功率二極管PD）半控型器件晶閘管（SCR）全控型器件-電力晶體管（GTR）7、全控型器件也稱自關(guān)斷器件

2、。代表元件:門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、電力場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。8、按照驅(qū)動電路加在器件控制端和公共端之間信號的性質(zhì)進行分類：電流驅(qū)動型:晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管等。電壓驅(qū)動型:電力場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管等。19、按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分類：雙極型器件:電力二極管、晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管單極型器件:電力場效應(yīng)晶體管。復(fù)合型器件:絕緣柵雙極晶體管。10、功率二極管（PD）又稱電力二極管，也稱半導(dǎo)體整流器。其基本結(jié)構(gòu)與普通二極管一樣。有螺栓型和平板型兩種封裝。11功率二極管的測試

3、：用萬用表的Rx100或Rx1測量。【注】嚴禁用兆歐表測試功率二極管。選擇二極管時要考慮耗散功率。不可控器件功率二極管（電力二極管）12、功率二極管的主要類型：普通二極管、快速恢復(fù)二極管、肖特基二極管。13、半控型器件-晶閘管（SCR）是硅晶體閘流管的簡稱，又稱為可控硅整流器。廣泛應(yīng)用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓和直流交換等領(lǐng)域14、晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體器件，其外形結(jié)構(gòu)有塑封型、螺栓型平板型。是4層半導(dǎo)體器件，由3個PN結(jié)，3個電極即陽極A、陰極K和門極G。額定電流小于200A的晶閘管采用螺栓式,大II(=PI)=IG2c22b2blcl1bl于200A的采用平板式APlNI二極管等效電路1

4、P1N1DP2N2115、晶閘管在結(jié)構(gòu)上可以用三只二極管來代替，但可以用三只二極管代替嗎，為什么？答：16、晶閘管的導(dǎo)通條件:（1）晶閘管主電路加正向電壓。晶閘管控制電路加合適的正向電壓（觸發(fā)電壓）。晶閘管的關(guān)斷條件:陽極電流小于維持電流IH（維持晶閘管導(dǎo)通所需的最小陽極電流）。晶閘管的關(guān)斷方法:減小陽極電流或切斷正向電壓或加反向電壓。注】晶閘管的導(dǎo)通電壓為1V。17、額定電壓UTn:通常取晶閘管的UDRM和Urrm中較小的標值作為該器件的額定電壓?！纠?】若測得并計算出來的晶閘管的UDRM為835V,Urrm為976V，則額定電壓為多少？答案：800v,（選擇兩種較小的電壓）UDRM：正向重

5、復(fù)峰值電壓；Urrm：反向重復(fù)峰值電壓。叢1-1晶閘管礎(chǔ)正反向壺復(fù)峰值甬壓標準等級級別正反向S覽峰值電壓（V）&躺1值電壓（V）級別正反向MX*值電壓（V）toog9003)200022009劉223血1010002424004400123262600550D14140)286600IdI6CX)30jKXX)18、選擇晶閘管的額定電壓是實際工作時可能承受的最大電壓的23倍，即：U>（23）UTnTM19、晶閘管的額定電流：晶閘管它所允許的流過的最大工頻正弦電流的平均值，【注】SCR的額定電流是平均值，而非有效值。20、波形系數(shù)Kf:Kf=IT/Id；IT：有效值，Id：IT：有

6、效值，It（av）:通態(tài)平均電流。平均值。例：額定電流為100A的晶閘管，其允許通過的電流有效值為157A實際波形的電流有效值等于IT（AV）對應(yīng)的半波有效值:KfId=1.57IT(AV)21、實際選擇晶閘管時，晶閘管在額定電流時的電流有效值大于其所在電路中可能流過的最大電流的有效值，同時?。?.5-2）倍的安全裕量。I二（1.52）ItmT（AV）22、例：全波電流，Kf=l.l，Id=100A，求SCR的額定電流？5解：Kfld=1.57SCR的額定電流It(av)=1.1*100/1.57=70.06Ao【例4】一晶閘管接在220V交流電路中，通過晶閘管電流的有效值為50A,問如何選擇

7、晶閘管的額定電壓和額定電流？解：I二(1.52)Itm=(1.5-2)*50A/1.57=47.8A63.7AT(AV)1.57【例5】某晶閘管接在220V交流回路中，通過器件的電流有效值為100A，問選擇什么型號的晶閘管？解：晶閘管額定電壓U=(2-3)U=(2-31/2x220V=622933VTnTM按晶閘管參數(shù)系列取800V，即8級。晶閘管的額定電流I=(1.52)丄=(1.52)xI00A=96127AT(AV)157157按晶閘管參數(shù)系列取100A,所以選取晶閘管型號KP100-8E。24、擎住電流IL:是指晶閘管加上觸發(fā)電壓，當元件從阻斷狀態(tài)剛轉(zhuǎn)入通態(tài)就去掉觸發(fā)信號，此時要維持元

8、件導(dǎo)通所需要的最小陽極電流。維持電流IH:指在關(guān)斷SCR時維持其導(dǎo)通所必需的最小陽極電流。注擎住電流IL要比維持電流IH大24倍o25、第三節(jié)晶閘管的型號及簡單測試方法一、晶閘管的型號KP口K例KP50-8G的含義：額定電流：50A，額定電壓：800V,管壓降：IV即能導(dǎo)通又能截止。GTO的電氣符號:K26：門極可關(guān)斷晶閘管（GateTurnOffthyristor）簡稱GTO。A電力晶體管（GTR）又稱大功率晶體管，是一種耐高壓、大電流的雙極型晶體管，按英文直譯為巨型晶體管。電力晶體管（GTR）的結(jié)構(gòu)與小功率晶體管相似，由3層半導(dǎo)體、2個PN結(jié)組成，也有NPN、PNP兩種類型。主要特性：耐高

9、壓、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個晶體管按達林頓管接法組成的單元結(jié)構(gòu)，而集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。27、二次擊穿：處于工作狀態(tài)的GTR，當其集電極反偏電壓UCE逐漸增大到最大電壓叫EO時，集電極電流IC急劇增大，但此時集電結(jié)的電壓基本保持不變，這叫一次擊穿,如圖4-6所示。發(fā)生一次擊穿時，如果有外接電阻限制電流IC的增大，一般不會引起GTR的特性變壞。如果繼續(xù)增大UCE，又不限制IC的增長，則當IC上升到A點（臨界值）時，UCE突然下降，而IC繼續(xù)增大（負阻效應(yīng)），這時進入低壓大電流段，直到管子被燒壞，這個現(xiàn)象稱為二次擊穿。心【注】二次擊穿是GTR突然損壞的知穿主要原因之一，

10、發(fā)生二次擊穿的昇必須同時具備的3個條件:高電壓、丿大電流和持續(xù)時間。28、安全工作區(qū)SOA（SafeOperationArea）是指在輸出特性曲線#圖上GTR能夠安全運行的電流電壓的極限范圍?！咀ⅰ繒螾31安全工作區(qū)的四個參數(shù)：USB:二次擊穿電壓ISB:二次擊穿電流PSB:二次擊穿功率ICM:cPcmUcE-燈穿功率曲線圖4-7GTR安全工作區(qū)29、功率場效應(yīng)晶體管又稱為電力場效應(yīng)晶體管（MOSFET）和絕緣柵型兩種類型。30、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）IGBT也是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。31、單向可控整流電路：（1）電阻性負載：輸出直流電流平均值Id：UU1+cos

11、a=0.45-dRR2dd輸出電壓有效值：，分結(jié)型輸出直流電壓平均值Ud：U二卩遼Usintd（t）=0.45Ud2兀a21+cosa22_=F(、遼Usin(et)2d(®t)=U-'2Ka22'2兀，兀一asin2a+4兀13TUU|吭asin2a輸出電流有效值：1=R=R2k卜dd電源供給的有功功率P、視在功率S和功率因數(shù):UcosP-UI-UI-汽2-4兀SUIUI22，'兀asin2ai兀asin2a=+2兀P=12R=UIdS=UI2【注】晶閘管的最大移相范圍是0°180°。例1單相半波可控整流電路，電阻性負載，Rd=5Q,由2

12、20V交流電源直接供電，要求輸出平均直流電壓50V,求晶閘管的控制角a、導(dǎo)通角e、電源容量S及功率因數(shù)cos，并選用晶閘管KP。協(xié)解：32、電感性負載的特點：電感對電流變化有電抗拒，使得流過的電流不能突變。(平波電抗器)33、(2)電感性負載電路：變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。0ClCl帶阻感負載的單相半波電路及其波形/【注】晶閘管的最大移相范圍是0°-90°。33、(3)帶續(xù)流二極管的電感性負載：輸出直流電壓平均值：U二0.45Ud2U=&dRd晶閘管的電流平均值和有效值：輸出直流電流平均值：二丄卜id歸)=口IdK2兀a丁2兀d一a】KJMd2K續(xù)流二極管

13、的電流平均值和有效值:二丄J2“id(L土IdD2兀冗D2兀dI丄j2Wi2d6t)ElD，2兀兀D2兀d+cosa2(2單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形單相半波帶阻感負載有續(xù)流.極管的電路及波【注】晶閘管的最大移相范圍仍是0°-180°。34、單相全控橋式整流電路：(1)電阻性負載：U1fK；-U.dU=fJ2Usmtdtdna2負載電壓平均值Ud:1+cosa二0.9U2)負載電流平均值Id：UnnU1+cosaI=0.9ddRR負載電壓有效值U:U=sin®t)2d®tna2n-asin2a=U+2n2n負載電流有效值I:/二/2sin2a+2

14、R2兀晶閘管的電流平均值IdT和有效值IT：T1TiTI=II=IdT2dT22電源供給的有功功率P、視在功率S和功率因數(shù)：入PUIcos0=2SUI22P=12R=UI2S二UI22兀一asm2a+：2兀兀【注】：晶閘管承受的最大反向電壓為V2U2,承受的最大正向電壓I當CZ-180°時范圍為18CT輸出電壓為0,即S=0,故晶閘管可控移相調(diào)節(jié)控制角a輸出電壓從oyo。庖為V2/2U2。晶閘管的最大移相范圍仍是0°-180°。由上式可知，它是半波電路的兩倍，當口"時，相當于不可控橋式整流，此時輸出電壓最大，即血=0%；TaLuR2a訂Id(2)大電感性

15、負載:負載電壓平均值:負載電流的平均值:訣P晶閘管的電流平均值單相全控橋帶阻感負載時的電路及波形dD2兀I兀一aTIkId和有效值：I二11dT2d負載消耗的有功功率:1_U一嚴巨Usintd（t）d兀a22邁二Ucosa兀2PiDdtVIdID=0oaJ2dt=It=IdP=UI=UIRRdd當“0。時，輸出電壓Ud最大，=0.9/；當。二90。時，輸出電壓為0,故晶閘管可控移相范圍為90°。調(diào)節(jié)控制角a輸出電壓從0.9U20o£(3)帶續(xù)流二極管的大電感性負載：=0.9Ucosa2UO9Ud=0.92cosadRRdd輸出直流電壓平均值：U=0.9Ud22輸出直流電流的

16、平均值：I=竹dRd晶閘管的電流平均值和有效值：I=丄卜id6t)=匕IdT2兀aT2兀d續(xù)流二極管的電流平均值和有效值：IPM廠QIL1baIL40>1/Il/1zr.tilfb）35、單相橋式半控整流電路：U=丄Jv2Usin®td6t）d兀負載電壓、電流平均值：旦Lcogu兀1=d1+cosadR=0.9Ud22晶閘管的電流平均值和有效值：1）電阻性負載：=I=11dKdD2d=、21源供給的有功功率、功率因數(shù):P=12R=巴沖=卜伶222）電感性負載：局盂cut盂輸出直流電壓平均值：U=0.9U泄d22輸出直流電壓平均值：I=LdRd晶閘管的電流平均值和有效值：:兀aI

17、-2兀dT兀aII=I=II=I=TddTdD2兀d續(xù)流二極管的電流平均值和有效值:o»T1a=IdVD兀d【注】：自然續(xù)流現(xiàn)象：u2過零變負時，由于電感的作用，會使VT1繼續(xù)導(dǎo)通，但二極管由VD4換流到了VD3。負載電流經(jīng)VT1、Rd、VD3續(xù)流，而沒有經(jīng)過電源，因此負載上得到的電壓近似為零，這就是單相橋式半控整流電路的自然續(xù)流現(xiàn)象。失控現(xiàn)象：在實際運行中有時會出現(xiàn)一個VT一直導(dǎo)通，另兩個二極21管輪流導(dǎo)通，電路不用觸發(fā)就工作的異?，F(xiàn)象，稱為失控。為了避免失控情況,在負載側(cè)并聯(lián)一個續(xù)流二極管D。晶閘管的移相范圍是：0。180。（3）帶續(xù)流二極管的電感性負載：輸出直流電壓平均值：U_

18、0.9J上磐d22輸出直流電壓平均值：I_UdRd晶閘管的電流平均值和有效值：兀一adTdD，'兀一a2兀'續(xù)流二極管的電流平均值和有效值：整流二極管和續(xù)流二極管承受的最大反向-!1Zd1.111o1111旗如|hi1-11丁011兀-aLcutin、D30"0晶閘管的移相范圍是0。180。T_aTaI1I_I2D兀dvD冗d【注】晶閘管承受的最大正反電壓均為邁U2電壓為邁U2例1.4】某電感性負載采用帶續(xù)流管的單相半控橋電路供電，如圖所示。已知：電感線圈的內(nèi)阻Rd=50,輸入交流電壓U2=220V,控制角=60°。試求晶閘管與續(xù)流管的電流平均值及有效值，并選擇整流電路中的電子元器件。書上P51.36、一個電熱裝置（電阻性負載），要求直流平均電壓60V,負載電流20A,采用單相半波可控整流電路直接從220V交流電網(wǎng)供電。試計算晶閘管的控制角°、導(dǎo)通角e、電源容量S及功率因數(shù)，并選擇晶閘管型號。37、單相半空橋式可控整流電路帶電阻性負載，要求輸出平均直流電壓在080V內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在40V以上時要求負載電流能達到20A，最小控制角«min=30，試求：當分別采用220V交流電網(wǎng)直接供電和采用降壓變壓器供電時流過晶閘管的有效值、晶閘管的導(dǎo)通角及電源容量。38、三相橋式全控整流電路帶電感性負載，其中Ld=0.2H,Rd=4q