电力电子技术A 答案

一、 选择题（每题2分共20分）

1、下列电力电子器件中，存在电导调制效应的是（ABD）

A、GOT B、GTR D、IGBT

R 。2、单相桥式全控整流电路，阻感性负载L 设变压器二次侧电压为U2，则晶体管

承受的最高正、反向电压分别为（D） D、2U2 ,2U2 3、单相半控桥式整流电路带大电感负载，为了避免出现一只晶体管一直导通，另两只整流二极管交替换相导通的失控现象发生，采取的措施是在负载两端并联一个（D）D、二极管

4、逆变电路的功能是将直流电能转换为（B）B、交流电能

5、三相桥式变流电路工作在有源逆变状态，其输出侧平均电压Ud与外接直流电动势E间的关系为（C）

C、UdE 6、三相桥式全控整流电路变压器二次侧电流中有（C） C、6k1

7、交—直—交电流型逆变器中间直流环节的储能元件是（B）B、大电感

8、无源逆变电路不能采用的换流方式是（A）A、电网换流

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9、电压型逆变电路的输出电压波形为（A）A、矩形波

10、支路控制三角形连接三相交流调压电路的典型应用是（B）B、TCR

填空题（每空1分共30分）

1、晶闸管是一种由四层半导体材料构成的三端器件，它有3个PN节，阳极用字母A表示，阴极用字母K表示，门极用字母G表示。

2、在规定条件下，晶闸管取正、反向重复峰值电压中较小的作为其额定电压。

3、晶闸管的维持电流IH是指晶闸管维持导通所需的最小电流。

4、如图：

当S闭合前灯泡亮不亮？不亮，因为晶闸管没有触发脉冲电流，故不导通；当S闭合后灯泡亮 ,因为晶闸管承受正向电压且有触发脉冲，导通；当S闭合一段时间后再断开，灯泡仍然亮，其原因是：晶闸管导通后触发脉冲失去作用。

4、绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为复合型器件是综合了MOSFET和GTR的优点。

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5、门极可关断晶闸管（GTO）和电力晶体管（GTR）均属于电流控制型器件。

6、产生有源逆变的条件之一是变流电路输出直流平均电压的极性必须与整流工作状态时输出平均电压的极性相反。

7、当考虑换流重叠角后，有源逆变输出电压平均值的绝对值比不考虑换流重叠角时有所增大。

08、三相全控桥式整流电路带大电感负载当60时，整流输出电压波型将会出现负的

部分。

9、为确保三相桥式全控整流电路和闸时或电流断续后可以正常工作，应采用脉冲宽度大于600的宽脉冲或前沿相差600的双窄脉冲触发。

10、在电压波形正弦，而电流波形非正弦的电路中，其功率因数与基波因数和位移因数有关。

11、电流总谐波畸变率（THD）被定义为用总谐波电流有效值与基波电流有效值的百分比表示。

12、一般来说，整流电路输出电压的脉波数越多，输出电压波纹因数越小。

13、斩波电路是利用储能元件以及开关器件的通断控制实现直流电能的变换。采用晶闸管移相控制的单相交流调压电路带阻感负载时，其移相触发角应大于负载阻抗角，电压才能可调。

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14、TCR是指晶闸管控制电抗器。

15、TSC是指晶闸管投切电容器。

16、功率器件的换流方式包括器件换流、电网换流、负载换流、及强迫换流，其中后三种换流方式主要是针对晶闸管而言的。

17、在正弦脉冲宽度调制时，载波信号一般为三角波。

18、电力电子器件在主电路中只用作可控开关，而不能工作在线性放大区，是为了避免功率损耗过大 。

19、晶闸管正常导通的条件是承受正向阳极电压和门极有触发信号 。

三、 判断题（每题1分共10分）

1、晶闸管刚由断态转入通态并且去掉门级信号，仍能维持其导通所需的最小阳极电流称为额定电流（×）

2、单相桥式全控整流电路带电阻性负载与阻感性负载（LR）情况下，晶闸管触发角的移相范围分别为900 ，1800（×）

3、三相全控桥式整流电路在宽脉冲触发方式下一个周期内所需要的触发脉冲共有6个，它们在相位上依次相差600（∨）

4、在变流电路中，输出电压波形一定 出现正值的是三相半波可控整流电路带阻感性

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负载（×）

5、下列电路中具有两象限运行能力的是单相半控桥式变流电路（×）

6、交—直—交电流型逆变器中间直流环节的储能元件是大电感（∨）

7、无源逆变电路不能采用的换流方式是电网换流（∨）

8、直流斩波电路完成的电力功能是DCDC（∨）

9、改变载波频率可改变PWM逆变器的调制信号波频率（×)

10、电子器件IGBT的驱动功率较小（∨）

四、问答分析、计算与绘图

1、什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路？各有什么特点？

答：按照直流侧电源的性质分类，直流侧是电压源的称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。

电压型逆变电路的主要特点为以下几点：

（1）直流侧接有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本保持恒定，直流侧相对于负载来说呈现低阻抗。

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（2）由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载性质无关，而交流侧电流的相位和波形随负载性质的 不同而变化。

（3）当交流侧为阻感性负载时，逆变器需要提供无功功率，直流侧电容可起到无功能量缓冲的作用。为了给交流侧无功能量返回直流侧提供通路，逆变器桥臂的开关器件需反并联续流二极管。

电流型逆变电路的主要特点为以下几点：

（1）直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路对于负载来说呈现高阻抗。

（2）电路中开关器件的作用仅仅是改变电流的流通途径，并不能改变电流的大小，因此交流侧输出电流为矩形波，和负载阻抗无关，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）当交流侧为阻感性负载时需提供无功功率，直流电感起缓冲无功能量的作用，因为反馈无功能量时电流并不反向，因此不必像电压型逆变器那样在器件两端反并联二极管。但是由于反馈无功能量时器件会承受反向电压，对于由全控器件构成的电流型逆变器，开关器件需要串联二极管（全控器件承受反压的能力很低），而晶闸管逆变器则不必串二极管。

2、如图阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im ，试计算各波形的电流平均值、有效值。如不考虑安全裕量，额定电流为100A的晶体管，流过上述电流波形时允许流过的电流平均值Id为多少？（12分）

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解：

（a）

1Id21I2

I12Imm0.3183Im20Imsin(t)d(t)2Im0[Imsin(t)20I1(1cos2t)d(t)m22

额定电流100A的晶闸管允许的电流有效值为157A，

Im 则Im=2×157=314(A)；平均值为

Id100A

（b）

2I1IdImsin(t)d(t)m0.6366Im021ImIm12I[Isin(t)]d(t)(1cos2t)0m022

额定电流100A的晶闸管允许的电流有效值为157A，

则Im2157222(A)

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平均值为Id=0.6366Im=141.33A

(c)

3I1IdImsin(t)d(t)m0.4775Im3221Im1132I()0.6342Im[Imsin(t)]d(t)(1cos2t)d(t)Im33238

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，

157247.56A0.6342

则

Im平均值为

Id0.4775Im118.21A

(d)

123Im0.2387Im4IdImsin(t)d(t)31I22Im3[Imsin(t)]d(t)23113(1cos2t)d(t)Im()0.4485Im2238额定电流100A的晶

闸管允许流过的电流有效值为157A，

157350.06A0.4485

则

Im平均值为

Id0.2387Im83.56A

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(e)

1Id21I240Imd(t)Im0.125Im8402Imd(t)0.3536Im

额定电流100A的晶体管允许流过的电流有效值为157A，

157444A0.3536

则

Im平均值为

Id0.125Im55.5A

（f）

IdI1140Imd(t)Im0.25Im4402Imd(t)0.5Im

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A

157314A0.3536,平均值为Id0.25Im78.5A

则

Im3、单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0—100V连续可调，输出电压平均值为30V时，负载电流平均值达到20A。系统采用220V的交流电压通过降压变压器供电，且晶闸管的最小控制角min30（设降压变压器为理想变压器）。

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（12分）

（1）试求变压器二次侧电流有效值I2

（2）考虑安全裕量，选择晶体管电压、额定电流

（3）作出60时ud id和变压器二次侧i2的波形。

0Ud30R1.5Id20解：由题意可知负载电阻

单相全控整流的直流输出电压为：

Ud2U2(1cos)

直流输出电压最大平均值为100V,且最小控制角为min30，代人上式可得

0U2100119V21.866

(1)

U12U2sintU2sin2sin2I2d(t) 79.33RRR222min300时，

I2max79.336sin378.18A2

(2)晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为：

IVT

I2max78.1855.28A22

UVT2U2168.29V 11 / 12

考虑三倍裕量，选器件耐压为168×3=500V，额定电流为

（55.28／1.57）×3=100A

(3)α=600时，ud 、id和i2的波形图

4、试作出单相桥式半控整流电路带大负载如图，在α=300时的ud、id、iVT1、iVD4的波形，并计算此时输出电压和电流的平均值。（8分）

解：波形如图，输出电压和电流的平均值分别为

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1cos0.84U22UU1cosUIdd0.920.842RR2R

Ud0.9U2