电力电子技术_复习题答案

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40 C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。

8.常用电力电子器件有哪些？

答：不可控器件：电力二极管。

半控型器件：晶闸管。

全控型器件：绝缘栅双极晶体管IGBT，电力场效应晶体管（电力MOSFET），门极可关断晶闸管（GTO），电力晶体管。

9.电力电子器件有几种工作状态?（电力电子器件有哪四种工作状态?）

答：四种，即开通、截止、反向击穿、正向击穿。

10.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晶闸管的电流大于使晶闸管维持导通所必需的最小电流。

晶闸管由导通变为关断：去掉正向电压，施加反压，使晶闸管的电流低于维持电流。

11.简述晶闸管的正常工作时的特性。

答: 当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

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开通。

晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。

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。

12.对同一只晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I H小于 I L。

13.请在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。

14. 晶闸管触发电路的要求？

答：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可靠导通（结合擎住电流的概念）。

2） 触发脉冲应有足够的幅度。

3） 不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。

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。

16．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 、 双极型 、复合型 三

17. 电力二极管的主要类型？

答：电力二极管的主要类型有 普通 、快恢复 、 肖特基 。

18. 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_电流驱动和 电压

驱动 两类

第三章：

1三相零式可控整流电路带电阻性负载工作时，在控制角α>30°时，负载电流出现 断续_。晶闸管所承受的最大反向电压为26u 。

2 单相全控桥整流电路，其输出电压的脉动频率是100hz ，三相零式可控整流电路，其输出电压的脉动频率为 150hz 。

3 三相半波可控整流电路，带大电感负载，移相范围为（ 90° ）。

4三相全控桥整流电路，带电阻负载，控制角α=30°，试画出整流输出电压u d 的波形，画出晶闸管V11的电压u v11的波形；

5单相半波可控整流电路接电阻负载。α=30°，画出输出电压U d 和晶闸管承受的电压Uvt 波形。

7在单相半波可控整流大电感负载有续流二极管的电路中，晶闸管的控制角a 的最大移相范围是多少？晶闸管的导通角、续流二极管的导通与a 关系如何？

答: a 的最大移相范围1800

晶闸管的导通角=Л-a

续流二极管的导通角=Л+a

6 三相半波可控整流电路，变压器二次相电压为20V ，带大电感负载，无续流二极管，试计算O =45α时输出电压，如负载为200A ，求晶闸管上最高电压和晶闸管电流的平均值I dT 、有效值I T 。

解：

V COS U U d 5.1617.12==αφ V U U TM 4962==φ

A I d 200=

A I I d dT 7.663/==

A I I d T 5.1153/==

8 单相全控桥式变流电路如图所示，工作于有源逆变状态，β=60°，变压器二次相电压有效值U2=220V ，Ed=-150V ，R=l Ω，L 足够大，试按要求完成下列各项：

(1)画出输出电压ud 的波形；

(2)画出输出电流id 的波形；

(3)计算输出电流平均值Id ；

(4)计算晶闸管电流的平均值IdV1和有效值IV1。

解：（3）v u u d 99cos 9.02==α A R u E I

d d 51=-= （4）A 5.252I IdV1d == A 06.362

I IV 1d == 9三相零式可控整流电路，在电阻性负载时，当控制角α≤30°，每个晶闸管的导通角θ=

120°。

10 有源逆变失败的原因？

答：逆变失败的原因

1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。

2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。

3）交流电源缺相或突然消失。

4）换相的裕量角不足，引起换相失败。

11 在三相全控桥式有源逆变电路中，以连接于A 相的共阴极组晶闸管V 1为例 ，说明其在一个周期中，导通及关断期两端承受电压波形的规律。

答:V

1

导通期间为其正向管压降(≈0)为120°期间；

V 1关断期间首先为承受线电压U

AB

为120°期间；

之后承受线电压U

AC

为120°期间。

12 .在三相半波整流电路中，α=60°,如果a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载整流电

压ud的波形和晶闸管V1的电压u

v1

的波形。

13有一个三相全控桥整流电路如图所示。已知电感负载L=0.2H、α=75°、R=1Ω、变压器二

次相电压U

2=100V。试画出u

d

的波形，计算负载的平均整流电压U

d

和负载电流平均值I

d

，计

算变压器二次电流的有效值I

2

。

解：ωL=2πfL=6.28×300×0.2=376.8Ω

>>R,可视为大电感负载。

U

d =U

2

cosα≈2.34U

2

cosα

=2.34×100×cos75°=60.56V

I

d

= = =60.56A

变压器二次电流的有效值I

2

I

2=I

d

≈0.816I

d

=0.816×60.56=49.42A

14单相桥式全控整流电路接阻感负载。α=30°，画出输出电压u d和输出电流i d的波形。

15 有源逆变产生的条件？

答: （1）在负载将产生负向电压，且|U d |<|E d |

（2）β<90゜

16 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。

17有一单相半波相控整流电路，负载电阻R d =10Ω，直接接到交流220V 电源上，如图所示。在控制角α=60°时，求输出电压平均值U d 、输出电流平均值I d ，并选择晶闸管元件（考虑两倍裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流）。 解：V u U d 25.742

cos 145.02=+=α A R U I d d d 425.7== 晶闸管承受的最大电压

v 311U 22=

311×2＝622V 选800V

7.425×2＝14.85A 选20A

18 有一个三相半波可控整流电路如图所示。

已知带大电感负载，a=45°，R=2Ω变压器二次相电压U 2=380V 。试

(1) 计算负载的平均整流电压U d 和负载电流I d 。

(2) 计算晶闸管电流的有效值I V1。

(3) 按裕量系数2确定晶闸管的额定电压。

解：（1）V u u d

3.314cos 17.12==α

(2)

(3) V u 93162= V 18622931=?

选晶闸管的额定电压为2000V

19 在三相全控桥式有源逆变电路中，直流侧输出电流电压Ud=__-2.34 U 2__cos β。（电路中电感L 足够大且电流连续，设变压器二次侧相电压有效值为U 2）

A R U I d d 2.157==A 7.903I IV 1d ==

20在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，假设VT 1不能导通，画出0=α整流电压u d 波形。（5分） u d O ωt

21单相全控桥式整流电路接大电感负载。已知R=10Ω，a=45°，U 2=100V ，试回答：

（1） 计算输出整流电压U d ，输出电流平均值I d ；

（2） 计算晶闸管电流的有效值I V1;

（3） 按裕量系数2确定晶闸管的额定电流。

答: (1)V COS U U d 63.63459.02==ο )(363.6A R

U I d d == (2) )

(5.421A I I d

v == (3) )(85.257.1A I I VI VIEAR ==

2×2.85=5.7(A) 额定电流为10(A)的晶闸管。

22控制角α与逆变角β之间的关系为 β=л-α 。

23三相全控桥式整流电路在运行中，当晶闸管触发脉冲丢失或电源缺相，将会出现什么现象，如果是逆变

电路又将如何？

答：（1）丢失一只晶闸管上的触发脉冲时；

① 会使输出电压波形缺少2个波头，在电流连续的情况下输出电压约降低1/3。

② 某一已导通的晶闸管会关不断二失控，从而导致长期导通而可能过载损坏。

（2）电源缺一相时，

① 会使输出电压波形缺少四个波头。

② 在电流连续的情况下输出电压约降低2/3。

如果是逆变电路，将造成短路故障，使逆变失败。

24分别画三相半波整流电路电感性负载α=0°和三相全控有源逆变电路电感性负载β=60°的输出电压u d 波

26在三相半波整流电路中，α=90°，试绘出在电阻性负载整流电压ud和电流id的波形；

25对三相桥式全控变流电路实施触发时，如采用单宽脉冲触发，单宽脉冲的宽度一般取>60o度较合适；

如采用双窄脉冲触发时，双窄脉冲的间隔应为60o度。

27 晶闸管触发电路的要求？

答：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可靠导通（结合擎住电流的概念）。

2）触发脉冲应有足够的幅度。

3）不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。

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。

28 阻感负载的特点是电流不能突变，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

2U，续流二极管承受的最大反向电控制角α的最大移相范围是180，其承受的最大正反向电压均为2

2U（设U2为相电压有效值）。

压为2

第四章

1. 确定最小逆变角βmin要考虑的三个因素是晶闸管关断时间t af所对应的电角度δ，安全裕量角?0和换相

重叠角。 2.电压型逆变器中间直流环节以电容贮能。

3.适用于全控型器件的换流方式是器件换流。

4．什么是电压型逆变电路？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。

电压型逆变电路的主要特点是：

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。

5.画出负载换流电路的输出电压电流波形图，并分析其工作原理。