中南大学电力电子技术题例

复习题1、使晶闸管导通的条件是什么？2、维持晶闸管导通的条件是什么？3、试说明IGBT/GTR/GTO/电力MOSFET各自的优缺点。

4下列电力电子器件属于电压驱动型器件是（）A. SCRB. GTRC. IGBTD. GTO5．下列电力电子器件中，属于电流控制的全控型器件是（）。

A．SCR B．GTR C．电力MOSFET D．IGBT6 在电力开关管的驱动电路中，一般采用的电气隔离技术是________和________。

7 电力开关管由于承受过电流、过电压的能力差，所以其控制电路必须设有_____和_____保护电路8．晶闸管可能导通的条件是（）。

A．阳极加正向电压，门极有正向脉冲B．阳极加正向电压，门极有负向脉冲C．阳极加反向电压，门极有正向脉冲D．阳极加反向电压，门极有负向脉冲9．若晶闸管允许的电流有效值是157A，则其额定电流为_______________A。

（不考虑电流安全裕量）复习题1 什么是触发角？2．设变压器二次侧相电压有效值为U2。

单相半控桥式有续流二极管整流电路输出电压平均值为（），单相半波电路电路输出电压平均值为（）。

3、三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差________度4．三相半波可控整流电路，带电阻性负载，晶闸管可能承受的最大正向电压为（），设U2为变压器二次侧相电压有效值。

5．三相全控桥式整流电路中同一相上、下两只晶闸管触发脉冲相位差为（）。

A．60°B．90°C．120°D．180°6．三相不可控桥式整流电路，在一个电源周期中，输出电压脉动数为（）次。

A．2 B．3 C．5 D．67.输入整流变压器存在直流磁化的有：（）A．单相双半波整流电路 B. 三相半波整流电路 C . 三相桥式有源逆变电路D. 三相桥式整流电路8.考虑变压器漏感对整流电路的影响，在电流换相过程中，换相的两个晶闸管同时_________，同时会导致整流输出电压平均值_____________。

9. 单相桥式全控整流电路，带电阻性负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时整流电压波形如何？如果有一晶闸管短路，则电路会出现什么现象？并分析原因。

10、单相半控桥式整流电路，带续流二极管，对阻感负载供电（图1），电感极大，交流电源电压为u2=220V，电阻R=4Ω，控制角α=60°，试回答：• （1）计算整流输出平均电压Ud和晶闸管电流的有效值IvT1；• （2）按裕量系数2确定晶闸管的额定电流。

1、试述降压型斩波电路的工作原理，如果电路中Ud=100V, 求输出电压值？2、Boost变换器为什么不宜在占空比接近1的情况下工作？3、在图所示的降压斩波电路中，已知E=120V，L值极大，R=5Ω，EM=30V，采用脉宽调制控制方式，当T=40us，ton=25us时，求：（1）计算输出电压平均值U0、输出电流平均值I0。

（2）分别画出IGBT开通和关断时的等效电路。

• 分析下图所示的升压斩波电路的工作原理，若已知E=110V，L和C极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=60μs，ton =40μs时，试计算输出电压平均值U0和输出电流平均值I0 。

• 升压斩波电路1、在题图所示的单相半波整流电路中，R=10Ω，L=50mH，E=100V，Rr=1Ω，u=（1002sin ωt）V，f=50Hz，当纯电阻负载，纯电感与电阻串联负载以及反电动势负载三种情况下，试计算：①直流输出电压的平均值Ud。

②直流输出电流的平均值Id。

③加在二极管上的反向峰值电压。

答：题图电阻性负载时输出波形如上图a所示。

Ud =⎰ππ0221sinωtd（ωt）=π2⨯100V=45AId=RUd=1045A=4.5AURV=2⨯100V=141.4V题图感性负载时输出波形如上图b所示。

二极管一导通，下面电压方程式成立。

Ldtdi t+Ri d =2Usin ωt 当ωt=0时，id=0 则i d =Imsin （ωt-Φ）+Imsinv Φe LRt-其中I m =22)(2L R U ω+ ⎪⎭⎫⎝⎛=R L arctg ωφ 图b 中在三种时间常数时电流波形曲线β角随)(t R ω的减小而增大。

负载为纯电感时，1)/(0lim =->-L t R R eωω20)(lim πω=>-RLarctg Ri d =()t LUωωcos 12- β变为2π，即ππω4,2=t ，...时，0=d i ，即二极管在此时刻才截止。

()()A LU t d t L UU d 92cos 122120==-=⎰ωωωωππ 0=Rv U 题图c 反电动势负载时输出波形如图c 所示。

设二极管导通时的角度为α1，截止时的角度为β1，则⎪⎭⎫⎝⎛=U E 2arcsin 1α1β=⎪⎭⎫⎝⎛U E 2arcsin =π—1απβπ≤≤12U d =E+()()=-⨯⎰t d E t ωωπβαsin 10022111()=-⨯-⎪⎭⎫⎝⎛--1111cos cos 2100221αβππαβE106.8Vd I =()()=-⨯⎰t d E t R rωωπβαsin 100212111()A E U R d r8.61=-V U E U RV 4.2412=+=2、晶闸管单相半波可控整流，设交流电压有效值为U ，频率为f ，负载为电感性负载，延迟角为α，如图所示。

绘出输出电压d u 的波形以及输出电流d i 的波形，并求出d u 及d i 来。

答：晶闸管在延迟角α处导通后下面电压方程式成立。

t U Ri dtdi I d ddωsin 2=+ 如果电流的初相位为α，则d i =I m sin ()()()()t t R m eI t ωαωϕαω----Φ-sin其中()222t R U I m ω+=⎪⎭⎫⎝⎛=R t arctg ωϕ当α=ϕ时，d i 成为正弦半波电流。

()()βαπωωπβαcos cos 2sin 221-==⎰U t td U U d()t d i I dd ωπβα⎰=21或RU I dd =3、单相半波可控整流，电感性负载接有续流二极管，如图所示。

求此时直流电压平均值d U 及直流电流的平均值d I ，并绘出输出电压d u 及电流d i 的波形，若ωL>>R 时，波形又如何？答：当晶闸管VT 导通时t U Ri dtd Ld idωsin 2=+ 当二极管VD 导通时0=+d tRi dtdi L设ωt=α时，晶闸管的初始电流为o I ，则()()()()()()L t R o L t R m m d eI eI t I i ωϕωωαωϕαϕω----+---=sin sin πω≤≤t 0其中()222L R U I m ω+=⎪⎭⎫⎝⎛=R L arctg ωϕ 如果πω=t 时所求出的二极管电流的初始值为1I ，则()()()()()L R o L R m m eI eI I I ωαπωαπϕαϕ----+--=sin sin 1在απωπ+≤≤2t 期间的d i 值为1I ，则()()t t R d eI i ωπω--=11απω+=2t 可求出晶闸管电流的初始值，即()()()()()()()]sin [sin 12L R m L R L R o eI eeI ωαπωπωαπϕαϕ---+----=d u 和d i 的关系为d tdd Ri d di L u +=()()()t d Ri t d dt di Lt d u U d d d d ωπωπωπαπααπααπα⎰⎰⎰++++==222212121当晶闸管导通时，t U u d ωsin 2=，当二极管导通时，0=d u 。

()()απωωππαcos 122sin 221+==⎰t td U u d因为()()()==⎰⎰++d i i d di L t d dt di Ld d απαπααπωωπ22221()()()02]2[2=-=-+o o d d I I Li i L πωααππω 故()R I t d Ri U d d d ωπαπα⎰+=221输出电流的平均值与L 无关系。

可写作RU I dd =()()]1[101L R d eI I I i ωαπ+--=-=∆当L ω>>R 时，则 ()()1=+-L R eωαπ0≈∆d i这样，我们就可以把电流看作一条直线来计算了。

4、某一电热负载，要求直流电压60V ，电流30A ，采用单相半波可控整流电路，直接由220V 电网供电，计算晶闸管的导通角及电流有效值。

答：⎪⎭⎫⎝⎛+=2cos 145.02αU U dV U d 60= V U 2202=21.0122045.0602cos =-⨯⨯=αo 78=α导通角o o o 10278180=-=θ电压有效值V U U 4.12322sin 412=-+=παπαπΩ=Ω==23060d d I U RA A R U I 7.6124.123===即电流有效值为61.7A5、某电阻负载要求0～24V 直流电压，最大负载电流d I =30A ，如果用220V 交流直接供电与用变压器降压到60V 供电，都采用单相半波可控整流电路，是否都满足要求？试比较两种供电方案的晶闸管的导通角，额定电压，电流值，电源与变压器二侧的功率因数，以及对电源容量的要求。

答：采用220V 电源直接供电α=0时，V U U d 9945.020== 采用60V 电源供电、V U U d 2745.020==所以只要适当调节控制角α，均能满足最大整流电压为24V 的要求。

下面我们分析以下两种情况的利弊。

先计算用220V 交流电源直接供电的情况。

2cos 145.02α+=U U d V U 2202=V U d 24=515.0cos -=αα=o121θ=ooo59121180=-查图示曲线，波形系数8.2==df I I K ，要求晶闸管额定有效值1.57()d f VA T I K I ≥即()A A I VA T 5.5357.1308.2=⨯≥V U U Tm 31122=≥考虑安全欲度，晶闸管至少应选KP100-4查图示曲线，cos ϕ=0.302要求电源视在功率S=22I U =（220308.2⨯⨯）=18.48KV •A如采用降压到60V 供电2cos 145.02α+=U U d V U 602=V U d 24=α=39o ooo14139180=-=θ查图示曲线，波形系数77.1=f K()A A I VA T 8.3357.13077.1=⨯≥()V V U U Tm 4.8460222=⨯=≥所以选KP50-2型的晶闸管也就可以了。