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1、电力电子技术习题解答习题一1、晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管关断的条件是什么，如何实现？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压（UAK0），并在门极施加触发电流（UGK0）。要使晶闸管由导通转为关断，可利用外加反向电压或由外电路作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断2、有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？答：这是由于晶闸管的阳极电流IA没有达到晶闸管的擎住电流（IL）就去掉了触发脉冲，这种情况下，晶闸管将自动返回阻断状态。在具体电路中，由于阳极电流上升到擎住电流需要一定的时间（主要由外电路结构决定），所以门
2、极触发信号需要保证一定的宽度。3、图1-32中的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100A的晶闸管，流过上述电流波形时，允许流过的电流平均值Id各为多少？图1-32 习题3附图解：（a）额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则；平均值为：。（b）额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则；平均值为：。（c）额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则；平均值为：。（d）额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则；平均值为：。（e）额定电流100A的晶闸管
3、允许流过的电流有效值为157A，则；平均值为：。（f）额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则：；平均值为： 4、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而GTO却可以？答：GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益1和2，由普通晶闸管得分析可得，121是器件临界导通的条件。121两个晶体管饱和导通；121.15，而GTO则为121.05，饱和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。C GTO在设计时，2较大，晶体管V2控制灵敏，而1很小，这样晶体管V1的集电极电流不大，易于从门极将电流抽出，从而使GTO关
4、断。5、GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？答：二者都是电流型驱动型器件，其开通和关断都要求有相应的触发脉冲，要求其触发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。GTR要求在导通期间一直提供门极触发电流信号，而GTO当器件导通后可以去掉门极触发电流信号；GTO的电流增益（尤其是关断电流增益很小）小于GTR，无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度，其对触发电流信号（尤其是关断门极负脉冲电流信号）的要求比GTR高。6、试比较GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异和各自的优缺点。答：见下表器 件优 点缺 点GTR耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强
5、，饱和压降低开关速度低，电流驱动型需要驱动功率大，驱动电路复杂，存在2次击穿问题GTO电压、电流容量很大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率很大，驱动电路复杂，开关频率低MOSFET开关速度快，开关损耗小，工作频率高，门极输入阻抗高，热稳定性好，需要的驱动功率小，驱动电路简单，没有2次击穿问题电流容量小，耐压低，通态损耗较大，一般适合于高频小功率场合IGBT开关速度高，开关损耗小，通态压降低，电压、电流容量较高。门极输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单开关速度不及电力MOSFET，电压、电流容量不及GTO。习题二1、
6、单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0100V连续可调，输出电压平均值为30 V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min30，（设降压变压器为理想变压器）。试求：（1）变压器二次侧电流有效值I2； （2）考虑安全裕量，选择晶闸管电压、电流定额； （3）作出60时，ud、id和变压器二次侧i2的波形。解：由题意可知负载电阻欧，单相全控整流的直流输出电压为直流输出电压最大平均值为100V，且此时的最小控制角为min30，带入上式可求得（1）min30时，（2）晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为 考虑3倍余量，选器件耐压为
7、1683500V；额定电流为(55.28/1.57)3100A（3）2、试作出图2-7（第44页）所示的单相桥式半控整流电路带大电感负载，在30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。解：输出电压和电流的平均值分别为：3、单相桥式全控整流电路，U2100V，负载中R2 ，L值极大，反电动势E60V，当30时，试求： （1）作出ud、id和i2的波形； （2）求整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及变压器二次侧电流有效值I2。解：整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及变压器二次侧电流有效值I2分别为：4、某一大电感负载采用单相半控桥式整流接有续流二极管的电路，
8、负载电阻R=4，电源电压U2=220V，=/3，求：(1) 输出直流平均电压和输出直流平均电流；(2) 流过晶闸管（整流二极管）的电流有效值；(3) 流过续流二极管的电流有效值。解：（1）电路波形图见第2题（2）（3）5、三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？试作出共阳极接法的三相半波可控的整流电路在30时的ud、iVT1、uVT1的波形。解：a、b两相的自然换相点不是同一点，它们在相位上差多少180度，见下图。共阳极接法的三相半波可控的整流电路在30时的ud、iVT1、uVT1的波形如下图6、三相半波可控整流电路带大电
9、感性负载，/3，R=2，U2=220V，试计算负载电流Id，并按裕量系数2确定晶闸管的额定电流和电压。解：按裕量系数2确定晶闸管的电流定额为：；电压定额为：7、三相桥式全控整流电路，U2100V，带阻感性负载，R5 ，L值极大，当60，试求： （1）作出ud、id和iVT1的波形； （2）计算整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及流过晶闸管电流的平均值IdVT和有效值IVT； （3）求电源侧的功率因数； （4）估算晶闸管的电压、电流定额。解：（1） （2） （3）由功率因数的定义知： （4）按2倍余量估算，晶闸管的电压定额为：；晶闸管的电流定额为：8、三相桥式不控整流电路带阻感性负载，R5 ，
10、L，U2220V，XB=0.3 ，求Ud、Id、IVD、I2和的值，并作出ud、iVD1和i2的波形。解：三相桥式不控整流电路相当于三相桥式全控整流电路在触发角为0度时的情况，则代入已知量联立求解上述2个方程可得： 二极管的电流平均值为： 变压器二次侧电流有效值为： 由 可得；ud、iVD1和i2的波形的波形如下：9、请说明整流电路工作在有源逆变时所必须具备的条件。答：(1) 外部条件直流侧应有能提供逆变能量的直流电动势，其极性与晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧的平均电压。(2) 内部条件变流器直流侧输出直流平均电压必须为负值，即/2，Ud0。以上两条件必须同时满足，才能实现有源逆变。
11、10、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：当变流器工作于逆变工况时，一旦由于触发脉冲丢失、突发电源缺相或断相等原因造成换流失败，将使输出电压Ud进入正半周，与EM顺向连接，由于回路电阻很小，造成很大的短路电流，这种情况叫逆变失败或逆变颠覆。为了保证逆变电路的正常工作，必须1）选用可靠的触发器，2）正确选择晶闸管的参数，3）采取必要的措施，减小电路中du/dt和di/dt的影响，以免发生误导通，4）保证交流电源的质量，5）逆变角的角度有一最小限制，留出充足的换向余量角。11、三相全控桥式变流器，已知L足够大、R=1.2、U2=200V、EM= 300V，电动机运行于发电制动状态，制动过程中的负
12、载电流为66A，问此时变流器能否实现有源逆变？若能求此时的逆变角。解：电动机处于发电制动状态可以提供逆变能量，满足有源逆变的外部条件，可以实现有源逆变。三相全控桥式变流器处于有源逆变时有： （1）而 ，即 ，将带入（1）式可得：；或。12、三相全控桥式变流器，带反电动势阻感负载，已知R1 ，L，U2220V，LB=1mH，当EM400V，60时求Ud、Id和的值，及此时送回电网的有功功率是多少？解：代入已知量联立求解上述2个方程可得： 由换流重叠角公式可得：；即 送回电网的有功功率为：。13、三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中最大的是哪一次？变压器二次电流中含有哪些
13、次数的谐波？其中主要的是哪几次？对于m相全控整流电路呢？答：三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有6k（k=1、2、3）次的谐波，其中最大的是6次谐波。变压器二次电流中含有6k1（k=1、2、3）次的谐波，其中主要的是哪5、7次谐波。对于m相全控整流电路，其整流输出电压中含有2mk（k=1、2、3）次的谐波，其中最大的是2m次谐波。变压器二次电流中含有2mk1（k=1、2、3）次的谐波，其中主要的是哪2mk1次谐波。14、试计算第3原题不符题（单相桥式全控整流电路）中i2的3、5、7次谐波分量的有效值I23、I25、I27，并计算此时该电路的输入功率因数。解：由第3题的解答可知：，则；基波
14、有效值 输入功率因数。15、试计算第7题（三相桥式全控整流电路）中的i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27。解：由第7题的解答可知：，则；。16、三相晶闸管桥式全控整流器接至10.5kV交流系统。已知10kV母线的短路容量为150MVA，整流器直流侧电流Id400A，触发延迟角15，不计重叠角，试求：(1) 基波功率因数cos1、整流器的功率因数；(2) 整流侧直流电压Ud；(3) 有功功率、无功功率和交流侧基波电流有效值；(4) 截止到23次的各谐波电流的大小、总谐波畸变率。解：（1） （2）（3）基波电流有效值 总电流有效值 有功功率无功功率（4）仅含有6k1（k=1、2、3）次的谐波，；总谐波畸变率为：17、晶闸管整流电路的功率因数是怎么定义的？它与那些因素有关？答：晶闸管整流电路的功率因数由畸变因子和位移因子构成，表达式为：具体而言：由移相触发角和整流电路的结构决定。习题三1.（*）一升压换流器由理想元件构成，输入Ud在816V之间变化，通过调整占空比使输出U0=24V固定不变，最大输出功率为5W，开关频率20kHz，输出端电容足够大，求使换流
