电力电子技术练习题库完整.doc
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1、第一章1晶闸管导通的条件是什么?导通后流过晶闸管的电流由哪些因素决定?答:导通条件:(1)要有适当的正向阳极电压;(2)还要有适当的正向门极电压,且晶闸管一旦导通,门极将失去作用。2维持晶闸管导通的条件是什么?怎样使晶闸管由导通变为关断?答:流过晶闸管的电流大于维持电流IH 。流过晶闸管的电流降低至小于维持电流。3型号为KP1003,维持电流IH = 4mA晶闸管使用在图1-32的各电路中是否合理,为什么?(暂不考虑电压、电流裕量)(a) (b) (c)答: 不合理; 合理; 不合理图1-32 习题1图4晶闸管阻断时,其承受的电压大小决定于什么?答:5某元件测得,试确定此元件的额定电压是多少,
2、属于哪个电压等级?答:800V 8级(a)(b)(c)(d)(e)(f)图1-33 习题6图6图1-33中的阴影部分表示流过晶闸管的电流的波形,各波形的峰值均为Im,试计算各波形的平均值与有效值各为多少?若晶闸管的额定通态平均电流为100A,问晶闸管在这些波形情况下允许流过的平均电流IdT各为多少?答:(a) 100A (b) 141A (c) 89A(d) 118A (e) 111A (f) 78.5A7单向正弦交流电源,其电压有效值为220V,晶闸管和电阻串联相接,试计算晶闸管实际承受的正、反向电压最大值是多少?考虑晶闸管的安全裕量,其额定电压如何选取?答:381v8为什么要考虑断态电压上
3、升率du/ dt和通态电流上升率di/dt?答:限制元件正向电压上升率的原因是:在正向阻断状态下,反偏的J2结相当于一个结电容,如果阳极电压突然增大,便会有一充电电流流过J2结,相当于有触发电流。若dudt过大,即充电电流过大,就会造成晶闸管的误导通。如果电流上升太快,则晶闸管刚一导通,便会有很大的电流集中在门极附近的小区域,造成J2结局部过热而出现“烧焦点”,从而使元件损坏。9何谓单极型和双极型器件?答:双极型器件是指器件部参与导电的是电子和空穴两种载流子的半导体器件。单极型器件是指器件只有一种载流子即多数载流子参与导电的半导体器件。10双向晶闸管有哪几种触发方式?常用的是哪几种?答:+触发
4、方式:T1极为正,T2极为负;门极为正,T2极为负。-触发方式:T1极为正,T2极为负;门极为负,T2极为正。-触发方式:T1极为正,T2极为负;门极为负,T2极为正。-触发方式:T1极为负,T2极为正;门极为负,T2极为正。触发方式常选(+、-)或(-、-)。11某一双向晶闸管的额定电流为200A,问它可以代替两只反并联的额定电流为多少的普通型晶闸管?答:100A12某变流装置的一个晶闸损坏,换上同型号的晶闸管后,其温升较高,是什么原因?答:由于晶闸管工作条件没有变化,因此温升较高的原因在于晶闸管本身。温升的大小发热和冷却两方面条件决定,后者未变,说明是发热较严重,而发热的原因是损耗,主要是
5、导通时的管压降UT引起的损耗,还有断态重复峰值电流IDRM,反向重复峰值电流IRRM引起的损耗门极损耗和开关频率引起的损耗。综上所述,引起温生较高的原因主要是新换上的晶闸管压降UT较大造成的13为什么晶闸管在夏天比冬天容易出事故?答:晶闸管在正常工作时所允许的最高结温叫额定结温,在此温度下,一切有关的额定值和特性都得到保证。夏天时,环境温度和冷却介质的温度都比较高,使晶闸管的冷却条件变差,导致晶闸管结温过高而损坏。另外,晶闸管结温上升,使所需的门极出发电压UGT门极触发电流IGT降低,晶闸管在外来干扰下容易造成误触发。总之,结温上升,使晶闸管的参数发生变化,性能变差,容易出现故障。解决方法是加
6、强冷却或降低额定使用,确保金宝钢闸管的接吻不超过定额值。14. 为什么晶闸管在夏天工作正常,而到了动态酿酒不可靠了?答:主要原因是:冬天的环境和冷却介质的温度都较低,因而晶闸管的结温较夏天低,导致门极触发电压UCT、门极触发电流IGT偏高,使原来开的触发电路发出的触发信号不能使晶闸管导通。解决的方法是适当提高触发信号的功率,使加到你门极上的电压、电流离不可靠触发区远一些,即留有一定裕量,即使温度变化,也保证在可靠触发区,这样就能始终保障可靠工作。15. 晶闸管在使用时门极常加上负电压,有何利弊?答:晶闸管门极加负电压的好处是避免干扰造成的误触发,但负电压最大值不能超过5V;不利方面是门极损耗增
7、加,且降低晶闸管的触发灵敏度。16. 在调试晶闸管整流时,有触发脉冲时晶闸管导通,脉冲消失后则关断,是何原因?答:晶闸管的阳极阴极间家正向电压,门机上正向触发脉冲时,竟闸管被触发导通。此后阳极电流逐渐上升到擎住电流IL值时,去掉触发脉冲,则管子继续导通。,直到电流升到负载电流,进入正常工作状态。如果阳极电流还没有升到擎住电流值就去掉门极脉冲,则晶闸管竟不能继续导通而关断。此情况多发生在电感性负载时,解决方法是家触发脉冲的宽度。另一帧情况时负载电阻过大,殃与电流根本升不到擎住电流值,此时要调整负载电阻,才能解决。对于同一晶闸管来说,庆祝电流IL通常为维持电流TH的24倍,后者在产品合格证上或有关
8、资料中可以查到。第二章1一电热装置(电阻性负载),要求直流平均电压75V,负载电流20A,采用单相半波可控整流电路直接从220V交流电网供电。试计算晶闸管的控制角、导通角与负载电流有效值并选择晶闸管元件(考虑2倍的安全裕量)。解:由当时,有导通角负载电流有效值I为,其中,则晶闸管承受的最大电压为考虑2倍裕量,则晶闸管额定电压在该电路中,流过负载的电流有效值I也是流过晶闸管电流的有效值,即考虑2倍裕量,则晶闸管额定电流应为:因此,所选晶闸管的额定电压要大于622V,按标准选为800V额定电流要大于47.64A,按标准选为50A晶闸管型号为KP50-8002有一大电感负载,其电阻值为35,要求在0
9、75V围连续可调,采用单相半波可控整流加续流二极管的电路,电源电压为220V,试计算晶闸管和续流二极管的额定电压和电流,考虑2倍的安全裕量。解:由当时,有当时,对应因为是大电感负载,则输出电流波形为一水平直线,即在之间,在之间,流过晶闸管电流有效值为当时,取最大值即考虑2倍裕量,则晶闸管的额定电流为晶闸管承受的最高电压为考虑2倍裕量,晶闸管额定电压。选择晶闸管时,额定电压要大于622V,额定电流要大于1.58A,流过续流二极管电流有效值为:,2倍裕量,则续流二极管的额定电流为 I=续流二极管承受的最高电压为 u=u=311V .考虑2倍裕量,续流二极管额定电压大于等于622V 。3具有续流二极
10、管的单相半波可控整流电路对大电感负载供电,其中电阻,电源电压为220V。试计算当控制角为30和60时,流过晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值。并分析什么情况下续流二极管的电流平均值大于晶闸管的电流平均值。解:由u=0.45u当时 u=0.45*220*=92.4V I=12.3A流过晶闸管电流平均值为 I=I=*12.3=5.1A流过晶闸管电流有效值为 I=I=*12.3=7.9A流过续流二极管VD的电流平均值为 I=I=*12.3=7.2A流过续流二极管VD的电流有效值为 I=I=*12.3=9.4A当时,有 u=0.45*220*=74.3V I=9.9AI=I= I=I= I=I=
11、I要使I, 只需满足,即图2-17 习题4图4图2-17是中小型发电机采用的单相半波自激稳压可控整流电路。当发电机满负荷运行时,相电压为220V,要求的励磁电压为40V。已知:励磁线圈的电阻为2,电感量为0.1H。试求:晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值各是多少?晶闸管和续流二极管可能承受的最大电压各是多少?并选择晶闸管和续流二极管的型号。解:由当励磁电压即时由于可认为是大电感负载流过晶闸管的电流平均值为流过晶闸管的电流有效值为流过续流二极管的电流平均值为流过续流二极管的电流的有效值为晶闸管的最大正反向峰值电压均为二极管承受的正向电压为反向电压为,考虑安全裕量取2,则晶闸管额定电流大于等于
12、额定电压大于等于622V,晶闸管型号为KP2085在可控整流电路中,若负载是纯电阻,试问电阻上的电压平均值与电流平均值的乘积是否就等于负载消耗的有功功率?为什么?若是大电感负载呢?答:负载功率不等于平均功率。因为负载功率P=UI,现在负载上是副正弦的电流,电压波形。除直流分量外,还有一系列谐波相同频率的谐波电压,电流的乘积组成谐波功率,而总的有功功率所以,负载功率P大于平均功率。当大电感负载时,负载功率等于电流平均值与电压平均值的乘积,因为,虽然的波形存在谐波电压,但是恒定的直流,不含谐波分量,而功率是同次谐波电压,电流的乘积,所以负载功率等于电流平均值与电压平均值的乘积,即。图2-18 习题
13、6图6图2-18是单相双半波电路,其整流变压器要有中心抽头。试分析:(1)此电路中变压器还存在直流磁化的问题吗?(2)绘出时,电阻性负载时的直流输出电压ud与晶闸管VT1所承受的电压uT1的波形,并与单相桥式全控整流电路时相比较;(3)说明晶闸管所承受的最大正反向电压是多少。原题为画=的波形,改画=的波形。解:(1)理想变压器式中为变压器副端匝数,为磁通则,当导通时当导通时在一个周期变压器铁心中的总磁通增量所以,该变压器铁心不存在直流磁化(2)波形习题26图(a)(3)晶闸管承受的最大正向电压为晶闸管承受的最大反向电压为7上面习题6的电路,若改为大电感负载并加续流二极管,并已知半绕组电压的有效
14、值为110V,。计算:(1)时直流输出电压的平均值Ud、直流电流Id;(2)若考虑2倍裕量,试选择晶闸管与续流二极管的型号。解:由当=流过晶闸管的电流有效值为晶闸管承受的最大电压为2=311V续流二极管承受的最大电压为=311V考虑2倍裕量,晶闸管额定电压为晶闸管额定电流为晶闸管的型号为KP10-88单相桥式全控整流电路,大电感负载,交流侧电流有效值为110V,负载电阻Rd为4,计算当时,(1)直流输出电压平均值Ud、输出电流的平均值Id;(2)若在负载两端并接续流二极管,其Ud、Id又是多少?此时流过晶闸管和接续流二极管的电流平均值和有效值又是多少?(3)画出上述两种情况下的电压电流波形(u
15、d、id、iT1、iDR)。原题为=,改为=解:(1)因为是大电感负载,所以当=时(2)负载两端并接续流二极管后,有=时,=0.9*110*流过晶闸管的电流平均值,有效值为流过续流二极管的电流平均值有效值为(3)波形习题2-8图 (a) 为不带续流二极管波形 (b) 为带续流二极管波形9单相桥式全控整流电路,带反电动势负载,其中电源,电势,为使电流连续回路串了电感量足够大的平波电抗器。求当时,输出电压与电流的平均值Ud和Id、晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT、变压器二次侧电流有效值I2。解先求停止导电角=sin=当=时, ,可以触发。因为是大电感负载电流连续=0.9=0.9110=77.9
16、V=流过变压器二次侧绕组的电流有效值10图2-19所示的整流电路中,变压器一次侧电压有效值为220V,二次侧各段有效值均为100V,所带电阻负载的电阻值Rd为10。试计算时的输出电压和输出电流,并画出此时的输出电压以与晶闸管、二极管和变压器一次侧绕组的电流波形。图2-19 习题10图解t在区间0,时,VT截止,VD导通,此时u=;在区间,时,VT导通,VD因受反压而截止,此时=;在区间时,情况同上,只是轮到VT和VD工作,VT和VD因承受反压而截止。=+=,=100V则=135V =13.5A波形如下:习题210图11单相桥式半控整流电路对恒温电炉供电,交流电源有效值为110V,电炉的电热丝电
17、阻为40,试选用适宜的晶闸管(考虑2倍裕量),并计算电炉的功率。解由=当=时电炉功率最大=0.9=0.9*110=99V负载上得到的电流有效值为 I=2.75A流过晶闸管的电流有效值为=I=2.75=1.94A晶闸管承受的电压为=110=155.6V考虑二倍裕量晶闸管的额定电压应大于等于311.2V晶闸管的额定电流应大于等于=2.47A电炉功率P=R=40=302.5W12单相桥式半控整流电路,对直流电动机供电,加有电感量足够大的平波电抗器和续流二极管,变压器二次侧电压220V,若控制角,且此时负载电流,计算晶闸管、整流二极管和续流二极管的电流平均值与有效值,以与变压器的二次侧电流I2、容量S
18、、功率因数。解:由于平波电抗器的容量足够大,所以可视为大电感负载,整流输出电流的波形可视我一水平直线当时,晶闸管的平均电流为整流二极管的电流平均值与晶闸管的电流平均值相等,均为晶闸管电流有效值为整流二极管和晶闸管的电流有效值为续流二极管的电流平均值为续流二极管的电流有效值为变压器二次侧电流有效值为输出电流平均电压为电源容量为输出的有功功率为功率因数为13由220V经变压器供电的单相桥式半控整流电路,带大电感负载并接有续流二极管。负载要求直流电压为10V75V连续可调,最大负载电流15A,最小控制角。选择晶闸管、整流二极管和续流二极管的额定电压和额定电流,并计算变压器的容量。解:当输出电压时,对
19、应的控制角为最小则由得当输出电压为时,对应控制角为最大,其值为(1)计算晶闸管和整流管的电流额定和电压额定,考虑最严重的工作状态是在时晶闸管电流有效值为晶闸管通态平均电流为因为整流二极管电流波形与晶闸管一样,所以其电流有效值和通态平均电流与晶闸管相等。晶闸管和整流管承受的最大电压均为,等于123.6V。(2)计算续流二极管的电流定额和电压定额,考虑最严重的工作情况,是在控制角为最大时,即时,其有效值和通态平均电流分别为续流二极管承受的最大电压为,等于123.6V考虑2倍裕量,晶闸管的额定电压大于等于247.2V,额定电流大于等于12.4A,晶闸管的型号为KP203。(3)计算变压器容量S,考虑
20、最严重的工作状态,在时,变压器二次侧电流有效值取最大,此时为14晶闸管串联的单相桥式半控整流电路,带大电感负载接续流二极管,如图2-15所示,变压器二次侧电压有效值为110V,负载中电阻Rd为3,试求:当时,流过整流二极管、晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值,并绘出负载电压与整流二极管、晶闸管、续流二极管的电流波形以与晶闸管承受的电压波形。图2-15 晶闸管串联的单相桥式半控整流电路解:因为是大电感负载,带续流二极管,所以当时流过晶闸管的电流平均值和有效值为因为流过整流二极管的波形与晶闸管的一致,所以流过整流二极管的电流平均值和有效值和流过晶闸管的电流平均值相同。,流过续流二极管的电流为波
21、形如下:习题214图15单相桥式全控整流电路中,若有一只晶闸管因过电流烧成短路,结果会怎样?若这只晶闸管烧成断路,结果又会是怎样?答若有一晶闸管因为过电流烧成短路,会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁,严重时使输入变压器因过电流而烧坏。如果这只晶闸管被烧成断路,则单相桥式全控整流电路变为单相半波可控整流电路。16对于同一个单相可控整流电路,分别在给电阻性负载供电和给反电动势负载蓄电池充电时,若要求流过负载的电流平均值相同,哪一种负载的晶闸管的额定电流要选大一些?为什么?答:在流过负载电流平均值相同的条件下,反电动势负载时晶闸管额定电流应选得大一些。因为反电动势负载时,晶闸管导通的条件除了门极需要
22、触发外,还必须瞬时阳极电压大于反电动势E值,所以导通角比电阻性负载时小。因此,在平均电流值相同时,反电动势负载的电流波形系数比电阻负载时大,所以晶闸管的额定电流应选大一些。17单相半波可控整流电路带大电感负载时,为什么必须在负载两端并接续流二极管,电路才能正常工作?它与单相桥式半控整流电路中的续流二极管的作用是否相同?为什么?答:电感足够大时,若不接续流二极管,则在正半周导通期间电感吸收能量,并储存起来;在电源负半周,电感释放出所吸收的能量,使晶闸管的阳极承受正压继续导通,这样在负载上就出现负电压波形,且负电压波形接近于正电压波形时,Id=0。因此,在接上续流二极管后,不论延迟角多大,电感存储
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