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1、电力电子技术课后复习题全面1、电力电子技术是一种利用电力电子器件对电能进展掌握、转换、和传输的技术。2、电力电子技术包括电力电子器件、电路和掌握三大局部。3、电力电子技术的根本转换形式和功能： 整流电路-AC/DC整流器直流斩波-DC/DC斩波器逆变电路-DC/AC逆变器沟通电路-AC/AC变频器4、电力电子器件是指在可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或掌握的电子器件。5、广义上，电力电子器件也可分为电真空器件和半导体器件。6、依据器件能够被掌握电路信号所掌握的程度的程度进展分类： 不行控器件-电力二极管功率二极管 PD半控型器件晶闸管(SCR)全控型器件电力晶体管GTR7、全控型器
2、件也称自关断器件。代表元件：门极可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR、电力场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双 极晶体管IGBT。8、依据驱动电路加在器件掌握端和公共端之间信号的性质进展分类： 电流驱动型：晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管等。电压驱动型：电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管等。29、依据器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的状况分类：双极型器件:电力二极管、晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管单极型器件：电力场效应晶体管。复合型器件：绝缘栅双极晶体管。10、功率二极管PD又称电力二极管，也称半导体整流器。其根本构造与一般二极管一样。有螺栓型和平板型两种封装。正平均电流IF(AV
3、):电流最大有效值I 11功率二极管的测试：用万用表的 Rx100 或 Rx1 测量。【注】严禁用兆欧表测试功率二极管。选择二极管时要考虑耗散功率。 不行控器件功率二极管电力二极管12、功率二极管的主要类型：一般二极管、快速恢复二极管、肖特基二极管。13、半控型器件晶闸管SCR是硅晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器。广泛应用于相控整流、逆变、沟通调压和直流交换等领域14、晶闸管是一种大功率半导体器件，其外形构造有塑封型、螺栓型、平板型。是 4 层半导体器件，由 3 个PN 结，3 个电极即阳极 A、阴极 K 和门极 G。额定电流小于 200A 的晶闸管承受螺栓式，大于 200A 的承受平板式
4、。III(= b I)= II (= b I)Gb2c22 b2b1c11 b115、晶闸管在构造上可以用三只二极管来代替，但可以用三只二极管代替吗，为什么？答：16、晶闸管的导通条件：（1） 晶闸管主电路加正向电压。（2） 晶闸管掌握电路加适宜的正向电压触发电压。晶闸管的关断条件：阳极电流小于维持电流 IH维持晶闸管导通所需的最小阳极电流。晶闸管的关断方法：减小阳极电流或切断正向电压或加反向电压。 【注】 晶闸管的导通电压为 1V。17、额定电压 UTn ： 通常取晶闸管的 UDRM 和 URRM 中较小的标值作为该器件的额定电压。【例 1】：假设测得并计算出来的晶闸管的 UDRM 为 83
5、5V，URRM 为976V，则额定电压为多少？答案：800v,(选择两种较小的电压) UDRM：正向重复峰值电压；URRM：反向重复峰值电压。18、选择晶闸管的额定电压是实际工作时可能承受的最大电压的 23U (2 3)UTnTM倍，即：19、晶闸管的额定电流：晶闸管它所允许的流过的最大工频正弦电流的平均值，【注】SCR 的额定电流是平均值，而非有效值。20、波形系数 Kf:Kf=IT/Id； IT：有效值，Id：平均值。IT：有效值，IT(AV):通态平均电流。例：额定电流为 100A 的晶闸管，其允许通过的电流有效值为 157A 实际波形的电流有效值等于IT(AV)对应的半波有效值：KfI
6、d=1.57 IT(AV)。I= (1.5 2)ITMT ( AV )1.5721、实际选择晶闸管时，晶闸管在额定电流时的电流有效值大于其所在电路中可能流过的最大电流的有效值，同时取1.5-2倍的安全裕量。22、例：全波电流，Kf=1.1，Id=100A，求SCR 的额定电流？解：KfId=1.57 IT(AV) SCR 的额定电流IT(AV)=1.1*100/1.57=70.06A。【例 4】一晶闸管接在 220V 沟通电路中，通过晶闸管电流的有效值为 50A，问如何选择晶闸管的额定电压和额定电流？(1.5 2)I解： I=T ( AV )1.57TM =1.5-2*50A/1.57=47.
7、8A63.7A【例 5】某晶闸管接在 220V 沟通回路中，通过器件的电流有效值为2100A，问选择什么型号的晶闸管？ 解：晶闸管额定电压U= (2 3)UTnTM= (2 3) 220V = 622 933V按晶闸管参数系列取 800V，即 8 级。晶闸管的额定电流II= (1.5 2)T= (1.5 2) 100A=96127AT(AV)1.571.57按晶闸管参数系列取 100A，所以选取晶闸管型号 KP100-8E。24、擎住电流 IL ：是指晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转入通态就去掉触发信号，此时要维持元件导通所需要的最小阳极电流。维持电流 IH ：指在关断 SCR 时维持
8、其导通所必需的最小阳极电流。5【注】擎住电流 IL 要比维持电流 IH 大 24 倍。25、例 KP50-8G 的含义：额定电流：50A，额定电压：800V，管压降：1V26：门极可关断晶闸管(Gate Turn Off thyristor)简称 GTO。 A即能导通又能截止。GTO 的电气符号： G电力晶体管GTR又称大功率晶体管，是一种耐高压、K大电流的双极型晶体管，按英文直译为巨型晶体管。电力晶体管GTR的构造与小功率晶体管相像，由 3 层半导体、2 个PN 结组成，也有 NPN、PNP 两种类型。主要特性：耐高压、电流大、开关特性好。通常承受至少由两个晶体管按达林顿管接法组成的单元构造
9、，而集成电路工艺将很多这种单元并联而成。27、二次击穿：处于工作状态的 GTR，当其集电极反偏电压 UCE 渐渐增大到最大电压BUCEO 时，集电极电流 IC 急剧增大，但此时集电结的电压根本保持不变，这叫一次击穿， 如图 4-6 所示。 发生一次击穿时，假设有外接电阻限制电流 IC 的增大， 一般不会引起GTR 的特性变坏。 假设连续增大UCE，又不限制IC 的增长， 则当IC 上升到 A 点临界值时，UCE 突然下降， 而 IC 连续增大负阻效应，这时进入低压大电流段， 直到管子被烧坏， 这个现象称为二次击穿。【注】二次击穿是GTR 突然损坏的主要缘由之一，发生二次击穿的必需同时具备的 3
10、 个条件：高电压、大电流和持续时间。28、安全工作区 SOASafe Operation Area是指在输出特性曲线9图上GTR 能够安全运行的电流电压的极限范围。【注】书上 P31安全工作区的四个参数：USB:二次击穿电压ISB:二次击穿电流PSB:二次击穿功率ICM:29、功率场效应晶体管又称为电力场效应晶体管MOSFET，分结型和绝缘栅型两种类型。30、绝缘栅双极型晶体管 IGBTIGBT 也是三端器件，具有栅极 G、集电极 C和放射极 E。31、单向可控整流电路：(1)电阻性负载：输出直流电压平均值Ud：U=1d2p p2Ua2sin wtd (wt) = 0.45U21+ cosa
11、2输出直流电流平均值Id：UI=dU1+ cosa= 0.452dRR2dd输出电压有效值：p -a + sin 2a2p4p2p1 p(a2Usin(wt)2 d (wt)2U = U2输出电流有效值：I = U=UR2p -asin 2a2p+4pRddP = I 2 R= UI电源供给的有功功率P、视在功率S 和功率因数 ：dS = U IU2p -a + sin 2a2p4p2p -a + sin 2a2p4pcosf = P = UI= UI=SU IU IU222【注】晶闸管的最大移相范围是 0180 。例 1单相半波可控整流电路，电阻性负载， Rd=5 ，由 220V 沟通电源直
12、接供电，要求输出平均直流电压 50V，求晶闸管的掌握角 、导通角 、电源容量S 及功率因数cos ，并选用晶闸管KP。P 34解：32、电感性负载的特点：电感对电流变化有电抗拒，使得流过的电流不能突变。平波电抗器33、(2)电感性负载电路：变压器T 起变换电压和电气隔离的作用。【注】晶闸管的最大移相范围是 0-90 。33、(3)带续流二极管的电感性负载：输出直流电压平均值 ：Ud= 0.45U2U(1+ cosa)2输出直流电流平均值： Id=dRd晶闸管的电流平均值和有效值 ：I=1 p i d (wt )= p -a IdK2p a T2pdI=1 pi2d (wt )=K2p a Tp
13、 -a I2pd续流二极管的电流平均值和有效值 ：I=1 2p +a i d (wt )= p +a IdD2p pD2pdI=1 2p +a i2 d (wt )=D2p pDp +a I2pd【注】晶闸管的最大移相范围仍是 0-180 。34、单相全控桥式整流电路：(1) 电阻性负载：U= 1 p2Usinwtdwtd a2负载电压平均值Ud ：= 0.9 U2负载电流平均值Id： U(1+ cosa ) 2U1 + cosaI=d = 0.9d()dRR2负载电压有效值U ：1pU = 2U asinwt2dwt2= U -a + sin2a222负载电流有效值I ：I = I= U1
14、sin 2a+ p -a2R2ppd晶闸管的电流平均值IdT 和有效值 IT：I= 1 II=1 IP = I 2 R = UIdT2dT2 2S = U I2电源供给的有功功率P、视在功率S 和功率因数 ：222cosf = P = UI=1 sin 2a + p -aSU I222pp【注】：晶闸管承受的最大反向电压为2U2，承受的最大正向电压为2/2 U2。晶闸管的最大移相范围仍是 0-180 。(2) 大电感性负载:U= 1dp p +a2Ua2sinwtd (wt)负载电压平均值 := 22 Ucosap2负载电流的平均值:= 0.9U2UcosaU晶闸管的电流平均值I=ddR= 0
15、.9 R2 cosa和有效值 : IdT= 1 I2dddI=1 IT2 d负载消耗的有功功率: P = UI= U IRRdd(3) 带续流二极管的大电感性负载:输出直流电压平均值 : Ud= 0.9U2U1+ cosa 2R输出直流电流的平均值: I=ddd晶闸管的电流平均值和有效值 :I=1p id (wt )= p -a II=p -a IdT2p a T2pdT2pd续流二极管的电流平均值和有效值 : IdD=2 ai2p0Ddt = a IpdI=2D2p ai0D2dt =a Ipd1035、单相桥式半控整流电路：13（1） 电阻性负载：Ud1= p 2U sinwtd (wt
16、)IdU=Rdd负载电压、电流平均值：=2U - cosa2p= 0.9U21+ cosa 2晶闸管的电流平均值和有效值 ：I= IdKdD= 1 I2dI= IKD1=2 I源供给的有功功率、功率因数 ：P = I 2 R = UIPUIf2cos= S =2U I2 2（2） 电感性负载：输出直流电压平均值：Ud= 0.9U21+ cosa 2输出直流电压平均值：IdU=R dd晶闸管的电流平均值和有效值 :I= IdTdD= p -a I2pdI= ITD=p -a I2pd续流二极管的电流平均值和有效值:IdVD= a II=a IppdVDd【注】：自然续流现象：u2 过零变负时，由
17、于电感的作用，会使VT1 连续导通，但二极管由VD4 换流到了VD3。负载电流经VT1、Rd、VD3 续流，而没有经过电源，因此负载上得到的电压近似为零，这就是单相桥式半控整流电路的自然续流现象。失控现象：在实际运行中有时会消灭一个 VT 始终导通，另两个二极管轮番导通，电路不用触发就工作的特别现象，称为失控。为了避开失控状况，在负载侧并联一个续流二极管 D。晶闸管的移相范围是：0180。（3） 带续流二极管的电感性负载：输出直流电压平均值：U= 0.9U1+ cosad22UR输出直流电压平均值： I=ddd晶闸管的电流平均值和有效值 ：I= IdTdD= p -a I2pdI= ITD=p
18、 -a I2pd续流二极管的电流平均值和有效值 ：IdVD= a II=a IppdVDd【注】晶闸管承受的最大正反电压均为 2U 2 整流二极管和续流二极管承受的最大反向 电压为 2U 2晶闸管的移相范围是 0180。【例 1.4】 某电感性负载承受带续流管的单相半控桥电路供电，如下图。：电感线圈的内阻 Rd = 5W，输入沟通电压 U2 =220V， 掌握角=60。试求晶闸管与续流管的电流平均值及有效值，并选择整流电路中的电子元器件。 书上P51.36、一个电热装置电阻性负载，要求直流平均电压60V，负载电 流 20A，承受单相半波可控整流电路直接从 220V 沟通电网供电。试计算晶闸管的
19、掌握角a 、导通角q 、电源容量 S 及功率因数， 并选择晶闸管型号。37、单相半空桥式可控整流电路带电阻性负载，要求输出平均直流电压在080V 内连续可调，在40V 以上时要求负载电流能到达20A， 最小掌握角a min=30，试求：当分别承受220V 沟通电网直接供电和承受降压变压器供电时流过晶闸管的有效值、晶闸管的导通角及电源容量。38、三相桥式全控整流电路带电感性负载，其中Ld=0.2H,Rd=4 W ,要求Ud 从 0220V 之间连续可调。试求：1整流变压器二次侧线电压是多少？2考虑取 2 倍裕量，选择晶闸管的型号。3 整流变压器二次侧容量S2。4a = 0 时，电路的功率因数。5当触发脉冲距对应的一次侧相电压波形原点多少度时，Ud 为 0。39、三相半波可控整流电路，电阻性负载，电源电压 U2=220V， Rd=20 W ，当a = 90 时，计算出Ud、Id 并选择晶闸管。40、单相半波可控整流电路带大电感负载时，为什么必需在负载两端 反向并接续流二极管，电路才能正常工作。41、单相半控桥式整流电路中续流二极管的作用是什么？在何总状况下，流过续流二级管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？