电力电子课l练习题答案

2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。

3.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__。

4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_ 、 _双极型器件_ 、_复合型器件_三类。

5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。

6.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_。7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。

8.晶闸管的基本工作特性可概括为 __正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。 9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL__大于__IH 。 10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。 11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。

的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。

14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。

的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。 16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。

的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数， 在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。

18.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，属于不可控器件的是_电力二极管__，属于半控型器件的是__晶闸管_，属于全控型器件的是_

GTO 、GTR 、电力MOSFET 、IGBT _；属于单极型电力电子器件的有_电力MOSFET _，属于双极型器件的有_电力二极管、晶闸管、GTO 、GTR _，属于复合型电力电子器件得有 __ IGBT _；在可控的器件中，容量最大的是_晶闸管_，工作频率最高的是_电力MOSFET，属于电压驱动的是电力MOSFET 、IGBT _，属于电流驱动的是_晶闸管、GTO 、GTR _。

试列举你所知道的电力电子器件，并从不同的角度对这些电力电子器件进行分类。目前常用的控型电力电子器件有哪些

答：1. 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类： （1）半控型器件：晶闸管及其派生器件 （2）全控型器件：IGBT,MOSFET，GTO,GTR （3）不可控器件:电力二极管

2. 按照驱动信号的波形（电力二极管除外） （1）脉冲触发型：晶闸管及其派生器件

（2）电平控制型： （全控型器件）IGBT,MOSFET，GTO,GTR

3. 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类： （1） 单极型器件：电力 MOSFET，功率 SIT,肖特基二极管 （2） 双极型器件：GTR,GTO,晶闸管，电力二极管等 （3） 复合型器件：IGBT,MCT,IGCT 等 4.按照驱动电路信号的性质，分为两类： （1）电流驱动型：晶闸管，GTO，GTR 等 （2）电压驱动型：电力 MOSFET,IGBT 等

常用的控型电力电子器件：门极可关断晶闸管, 电力晶闸管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管。

2-15 对晶闸管触发电路有哪些基本要求晶闸管触发电路应满足下列要求： １） 触发脉冲的宽度应保证晶闸管的可靠导通；

２） 触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发

电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达到1-2A/US。

３） 所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性

的可靠出发区域之内。

４） 应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。

2-18 ＩＧＢＴ、ＧＴＲ、ＧＴＯ和电力ＭＯＳＦＥＴ的驱动电路各有什么特点

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MOSFET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。

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。

1.晶闸管两端并联R、C吸收回路的主要作用有哪些其中电阻R的作用是什么

答：R、C回路的作用是：吸收晶闸管瞬间过电压，限制电流上升率，动态均压作用。R的作用为：使L、C形成阻尼振荡，不会产生振荡过电压，减小晶闸管的开通电流上升率，降低开通损耗。、

8、指出下图中①～⑦各保护元件及VD、Ld的名称和作用。

答：①星形接法的硒堆过电压保护；②三角形接法的阻容过电压保护；

③桥臂上的快速熔断器过电流保护；④晶闸管的并联阻容过电压保护；

⑤桥臂上的晶闸管串电感抑制电流上升率保护；⑥直流侧的压敏电阻过电压保护；

⑦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；

9、为使晶闸管变流装置正常工作，触发电路必须满足什么要求

答：A、触发电路必须有足够的输出功率；B、触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步；C、触发脉冲要有一定的宽度，且脉冲前沿要陡；D、触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求；

10、下图为一单相交流调压电路，试分析当开关Q置于位置1、2、3时，电路的工作情况并画出开关置于不同位置时，负载上得到的电压波形。

答：Q置于位置1：双向晶闸管得不到触 发信号，不能导通，负载上无电压。

Q置于位置2：正半周，双向晶闸管Ⅰ+触发方式导通。负半周，由于二极管VD反偏，双向晶闸管得不到触

发信号，不能导通，负载上得到半波整流电压。

Q置于位置3：正半周，双向晶闸管Ⅰ+触发方式导通。负半周，双向晶闸管Ⅲ-触发方式导通，负载上得到近似单相交流电压。

11、在下面两图中，一个工作在整流电动机状态，另一个工作在逆变发电机状态。 （1）、标出Ud、ED及id的方向。 （2）、说明E与Ud的大小关系。 （3）、当α与β的最小值均为30度时，控制角α的移向范围为多少

整流电动机状态：电流方向从上到下，电压方向上正下负，反电 势E方向上正下负，Ud大于E，控制角的移相范围0°~90°。 逆变发电机状态：电流方向从上到下，电压Ud方向上负下正，发电机电势E方向上负下正，Ud小于E，控制角的移相范围90°~150°。

1、图为采用双向晶闸管的单相电源漏电检测原理图，试分析其工作原理。

答：三相插座漏电，双向晶闸管以I+或III-的方式触发导通，继电器线圈得电，J1,4常开触头闭合，常闭触头断开，切断插座电源；同时J1,2常开触头闭合，常闭触头断开，晶闸管门极接通电源；双向晶闸管导通使指示灯亮，提示插座漏电。

正常工作时，双向晶闸管门极无触发信号，不导通，继电器线圈不得电，三相插座带电，指示灯不亮，提示正常工作。

3、由下面单结晶体管的触发电路图画出各点波形。 答：

1、实现有源逆变必须满足哪两个必不可少的条件

答：（1）直流侧必需外接与直流电流Id同方向的直流电源E，其数值要稍大于逆变器输出平均电压Ud，才能提供逆变能量。

（2）逆变器必需工作在β<90º（α>90º）区域，使Ud< 0,才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。

2、晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求 答：（1）触发信号应有足够的功率。

（2）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。

（3）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。

2、PWM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点

答：（1）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两种，一是异步调制法；二是同步调制法。

（2）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。

（3）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。

3、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

答：（1）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。

（2）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。

（3）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。

2、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：（1）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。

（2）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。

（3）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。

3、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么

答：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。 1、 对晶闸管的触发电路有哪些要求

答：为了让晶闸管变流器准确无误地工作要求触发电路送出的触发信号应有足够大的电压和功率；门极正向偏压愈小愈好；触发脉冲的前沿要陡、宽度应满足要求；要能满足主电路移相范围的要求；触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压取得同步。

2、 正确使用晶闸管应该注意哪些事项？

答：由于晶闸管的过电流、过电压承受能力比一般电机电器产品要小的多，使用中除了要采取必要的过电流、过电压等保护措施外，在选择晶闸管额定电压、电流时还应留有足够的安全余量。另外，使用中的晶闸管时还应严格遵守规定要求。此外，还要定期对设备进行维护，如清除灰尘、拧紧接触螺钉等。严禁用兆欧表检查晶闸管的绝缘情况。

3、 晶闸管整流电路中的脉冲变压器有什么作用？

答：在晶闸管的触发电路采用脉冲变压器输出，可降低脉冲电压，增大输出的触发电流，还可以使触发电路与主电路在电气上隔离，既安全又可防止干扰，

而且还可以通过脉冲变压器多个二次绕组进行脉冲分配，达到同时触发多个晶闸管的目地。

6、 晶闸管的过电流保护常用哪几种保护方式其中哪一种保护通常是用来作为“最后一道保护”用？

答：晶闸管的过电流保护常用快速熔断器保护；过电流继电器保护；限流与脉冲移相保护和直流快速开关过电流保护等措施进行。其中快速熔断器过电流保护通常是用来作为“最后一道保护”用的。

3. 单相桥式全控整流电路，U2100V，负载中R2，L值极大，当30时，要求：

（1）作出ud、id和i2的波形；

（2）求整流输出平均电压Ud、平均电流Id，变压器二次电流有效值I2； 解：（1）作图。

（2）Ud0.9U2cos 当30时，

Ud0.9U2cos0.9100cos3078V IdUd7839A R2 I2Id39A

4. 在图1所示的降压斩波电路中，已知E200V，R10，L值极大，

EM30V。（1）分析斩波电路的工作原理；（2）采用脉宽调制控制方式，当

T50s，ton20s时，计算输出电压平均值Uo、输出电流平均值Uo。

解：（1）参考书上简要说明。 （2）根据公式得 Uo Io

tont20EonE20080V

tontoffT50UOEM80305A R10计算题 （每小题10分，共计20分）

1、 单相半波可控整流电路，电阻性负载。要求输出的直流平均电压为50～92V之间连续可调，最大输出直流电流为30A，由交流220V供电，求①晶闸管控制角应有的调整范围为多少②选择晶闸管的型号规格（安全余量取2倍，

IT=）。 Id解：① 单向半波可控整流电路的 UL=

1COS2

当UL=50V时

COSα=

2UL250—1=—1≈0 045U2045220则α=90° 当UL=92V时 COSα=

2UL292—1=—1= 045U2045220则α=30°

∴控制角α的调整范围应为0～90° ②由

IT=知 IdI==×30=50A 为最大值 ∴ IT(AV)=2×

ITM50=2×=64A 取100A 1.571.57又 Uyn=2UTM=2×2×220=624V 取700V 晶闸管的型号为：KP100-7。

2、 一台由220V供电的自动恒温功率为1kW的电炉，采用单相半控桥整流电路。通过计算选择晶闸管和续流二极管的型号。

解：电炉电阻丝的电阻

U22220220Rd==≈48Ω

1000Pd当α=0°时晶闸管与整流管的电流有效值才最大为 ITm=IDm=

U2Rd1220=SIn2484210= 2042选择晶闸管和整流管的型号 IT(AV)=～2)

ITm3.2=～2)=34A 1.571.57取5A(电流系列值)

UTn=(2～3)UTM=(2～3)2×220=625～936V 所以，晶闸管的型号为KP5-8

同理，整流管的型号为ZP5-8

3，某感性负载采用带续流二极管的单相半控桥整流电路，已知电感线圈的内电阻Rd=5Ω，输入交流电压U2=220V，控制角α=60°。试求晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值。 解：首先求整流使出电压的平均值

1COS6001COSUd==×220×=149 V

22再求负载电流

Id = Ud / Rd = (149 / 5) ≈ 30 A

晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值分别为

1800180060030 = 10 A IdT = Id = 0036036018001800600IT = Id = ×30 = A 00360360600IdD = Id = × 30 = 10 A 00180180600ID = Id = ×30 = A 00180180

晶闸管逆变器中换流的方法有几种

答：通常采用三种换流方法：（1）负载谐振式换流：它是利用负载回路中的电容与电感所形成的振荡特性来换流的。在这类负载回路里，电流具有自动过零的

特点，只要负载电流超前电压的时间大于晶闸管的关断时间，就可以使逆变器的晶闸管在这段时间里断流而关断，并恢复正向阻断特性。（2）强迫换流：将换流回路与负载分开，在换流时，由辅助晶闸管导通，使换流回路产生一个脉冲，迫使原来导通的晶闸管因断流而关断，并承受一段时间的反压而恢复其正向阻断性。这种换流又称脉冲换流。（3）采用可关断晶闸管或大功率晶体管换流：它可以省去附加换流环节，提高设备的经济指标，提高工作效率，减小设备体积。