电力电子技术作业1

浙江大学远程教育学院《电力电子技术》课程作业姓名：林岩学号：714066202014年级：14秋学习中心：宁波电大—————————————————————————————第1章1．把一个晶闸管与灯泡串联，加上交流电压，如图1-37所示图1-37 问：（1）开关S闭合前灯泡亮不亮？（2）开关S闭合后灯泡亮不亮？（3）开关S闭合一段时间后再打开，断开开关后灯泡亮不亮？原因是什么？答：（1）不亮；（2）亮；（3）不亮，出现电压负半周后晶闸管关断。

2．在夏天工作正常的晶闸管装置到冬天变得不可靠，可能是什么现象和原因？冬天工作正常到夏天变得不可靠又可能是什么现象和原因？答：晶闸管的门极参数I GT、U GT受温度影响，温度升高时，两者会降低，温度升高时，两者会升高，故会引起题中所述现象。

3．型号为KP100-3，维持电流I H＝4mA的晶闸管，使用在如图1-38电路中是否合理？为什么？（分析时不考虑电压、电流裕量）(a) (b) (c)图1-38 习题5图.答：（1）100HdRTM U V U >==3112220故不能维持导通（2）而 即晶闸管的最大反向电压超过了其额定电压， 故不能正常工作（3） I d =160/1=160A>I HI T =I d =160A ＞1.57×100=157A 故不能正常工作4．什么是IGBT 的擎住现象？使用中如何避免？ 答：IGBT 由于寄生晶闸管的影响，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是d u ce /d t 过大（动态擎住效应），会产生不可控的擎住效应。

实际应用中应使IGBT 的漏极电流不超过额定电流，或增加控制极上所接电阻R G 的数值，减小关断时的d u ce /d t ，以避免出现擎住现象。

Hd I A I I I >====9.957.1/...56.1521022022第2章1．出图2-57中①～⑨各保护元件及VD F 、Ｌd 的名称及作用。

（LJ 为过流继电器）图2-57 三相桥式整流电路的保护答：（1）交流进线电抗器 限流、限d u /d t 和d i /d t （2）压敏电阻 过压保护 （3）交流侧阻容保护 过压保护（4）桥臂电感 限d u /d t (由元件换流引起）、d i /d t （5）快熔 过流保护（6）过压保护电容 限制关断过电压对元件的损害（7）抑振电阻 防止L 、C 振荡，限制电容放电电流 （8）直流侧压敏电阻 直流侧过压保护（9）过流继电器 过流时，继电器开路，保护主电路 （10）VD F 续流二极管 为负载电路提供通路，过压保护 （11）L d 平波电抗器 防止直流电流波动（断流）2．GTR 、IGBT 等过流保护中，为何要采用检测集射极电压作为保护基准？答：1. 如以测量集电极电流I c 为过流保护原则，当I cg 测量误差为c I ∆，则保护电路将在集电极电流为I cg +c I ∆时才动作，但此时工作点已经移至线性放大区，到元件关断时已出现高损耗，导致GTR 损坏。

2. 如以测量集射极电压U ce 作为过流保护原则，在相同的相对测量误差下，GTR 工作点移动较小，元件关断时功耗只略有增加，可保证器件安全。

3. 设基极电流I b 减小Ib ∆，当采用电流I c 测量的保护方式时，GTR 关断时工作点已经进入线性放大区；当采用电压U ce 测量保护时，GTR 关断时工作点仍在饱和区，确保器件安全。

3．GTR、P-MOSFET、IGBT吸收电路的基本结构如何？其减少被保护器件开关损耗的机理如何？答：缓冲电路的功能包括抑制和吸收二个方面。

下图为电路的基本结构。

关断过程：C s与GTR集射极并联，利用C s两端电压不同突变的原理延缓关断时集射极间电压U ce上升的速度，使U ce达最大值之前集电极电流I c已变小，从而使关断过程瞬时功耗变小。

R是限制GTR导通时电容的放电电流。

开通过程：L s与GTR串联，延缓了集电极电流的增长速度，且当电流急剧增大时会在其上产生较大压降，使得集射极电压在导通时迅速下降。

这样电压、电流出现最大值的时间错开，关断时功耗明显减小。

第3章1、某电阻负载要求（0～24）V 直流电压，最大负载电流I d ＝30A ，采用单相半波可控整流电路。

如交流采用220V 直接供电与用变压器降至60V 供电是否都满足要求？试比较两种方案的晶闸管导通角、额定电压、额定电流、整流电路功率因数以及对电源要求的容量。

答：(1) 220V 供电 21cos 0.45,2d U U +Φ= 1cos 240.452202α+=⨯⨯121α=o18059θα⇒=-=oo23084.1()d I I A ===o2()(1.52)80.35107.13()1.57T AV I I A ==→～220311()TM U V ==(23)622.3933.4()R TM U U V ==→～cos 0.3105Φ=== 12222084.118502()18.5()S U I VA KVA ==⨯==（2）60V 供电1cos 240.45602α+=⨯⨯38.9α=o180141.1θα⇒=-=o o23051.37()d I A ===o 2()(1.52)49.164.4()1.57T AV I I A ==→～26084.85()TM UV =⨯=(23)169.7254.6()R TM U U V ==→～38.911180cos sin 2sin 77.80.6854242πππααππππ--Φ=+=+=o 1226051.373082() 3.082()S U I VA KVA ==⨯==2、单相桥式可控整流电路，带电阻—大电感负载，R d ＝4Ω，变压器次级电压有效值U 2＝220V 。

试计算当控制角α＝60°时，直流电压、电流平均值。

如果负载两端并接一续流二极管，其直流电压、电流平均值又是多少？并求此时流过晶闸管和续流二极管的电流平均值、有效值，画出两种情况下的输出电压、电流波形。

答：（1）无续流二极管U d = 0.9U 2cos α= 0.9×220×cos60º = 99 V I d = U d /R d = 99/4 =24.75 A (2) 有续流二极管V U U d 5.148260cos 12209.02cos 19.02=+⨯⨯=+=οαI d = U d /R d =37.125 AA I I d dT 33.1237360601802=⨯-=-=παπ A I I d T 34.2137360601802=⨯-=-=παπ A I I d dT 33.12371806022=⨯==πα A I I d T 34.21371806022=⨯==πα3、三相半波可控整流电路，大电感负载，U 2＝220V ，R d ＝10Ω，求α＝45°时直流平均电压U d ，晶闸管电流平均值及有效值，并画出输出直流电压u d 及晶闸管电流i T 波形。

答：U d = 1.17U 2cos α ＝ 1.17×220×cos45º = 182 V I d = U d /R d = 182/10 = 18.2 A I dT = I d /3 = 18.2/3 = 6.1 Ad T10.5A 33I ===4、上题如负载两端并接续流二极管，此时直流平均电压U d 及直流平均电流I d 多少？晶闸管及续流二极管的电流平均值及有效值各多少？并画出输出直流电压u d ，晶闸管及续流二极管电流波形。

答：V U U d 9.186)]4530cos(1[220675.0)]6cos(1[675.02=++⨯⨯=++=οοαπA R U I ddd 69.18==A I I I d d dT45.536045150360150=-=-=οοαA I I d T 1.10360150=-=οοαA I I d dDF 34.2360)30(3=-=αA I I d DF 6.6360)30(3=-=α5、三相桥式全控整流电路对电阻—电感—反电势负载供电。

E ＝200V ，R d ＝1Ω，L d 数值很大，U 2＝220V ，α＝60°，当(1) L B ＝0；（2）L B ＝1mH 时，分别求U d 、I d 和换流重叠角μ。

答： （1）22.34cos 2.34220cos60257.5()2Bd d mX U U I V απ=-=⨯⨯=o /257.5/157.5()d d d I U R A ===0μ=（2）33257.5257.510314257.50.3d d d d U U I I π-=-∆=-⨯⨯=-200d d d d U E I R U I -=⇒=+257.520044.23()1.3d I A -==200244.23()d d d U I R V =+=3cos cos()0.05156220sin 302sind Bd I X U mααμπ--+===⨯o cos(60)0.50.0515μ+=-o63.3660 3.36μ=-=o o o6、三相半波可控整流电路带电阻性负载，a相晶闸管VT1触发脉冲丢失，试画出α＝15°及α＝60°时的直流电压u d波形，并画出α＝60°时b相VT2管两端的电压u T2波形。

答：7、图3-39中的两个电路，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。

试求(1)画出U d，E，i d的方向；(2)说明Ｅ与U d的大小关系；(3)当α与β的最小值均为30°，控制角α的移相范围。

图3-39答：（1）整流—电动机逆变—发电机（2）U d > E E > U d（3）30°～150°8、三相半波逆变电路，U 2＝100V ，E ＝30V ，Rd ＝1Ω，L d 足够大，保证电流连续。

试求α＝90°时I d ＝？如若β＝60°时，I d ＝？为什么？答：（1）U d = 1.17U 2cos α = 1.17×220×cos90º = 0 VA RU E I dd 30=-=(2) U d = -1.17U 2cos β = 1.17×100×cos60º = -58.5 VE U d > ，故不满足逆变条件I d = 0第4章1．直流—直流（DC —DC ）变换有哪几种控制方式？它们又是如何具体实现的？答： 控制方式有：（1）时间比控制：脉宽控制：斩波频率固定不变，改变导通时间实现。