电力电子习题

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KP100—3，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)

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，属于哪个电压等级？

答：800V   8级

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)  A

(d) 118A  (e)   111A    (f)   78.5A

7．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：381v

8．为什么要考虑断态电压上升率du/ dt和通态电流上升率di/dt ？

答：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du／dt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内，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内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内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：Ⅰ+触发方式：T1极为正，T2极为负；门极为正，T2极为负。

Ⅰ-触发方式：T1极为正，T2极为负；门极为负，T2极为正。Ⅰ-触发方式：T1极为正，T2极为负；门极为负，T2极为正。Ⅲ-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（Ⅰ+、Ⅲ-）或（Ⅰ-、Ⅲ-）。

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：100A

12．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。解决办法是加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。解决的办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内，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，解决办法是郑家触发脉冲的宽度。另一帧情况时负载电阻过大，殃及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2~4倍，后者在产品合格证上或有关资料中可以查到。

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、导通角及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.A，按标准选为50A

         晶闸管型号为KP50-800

2．有一大电感负载，其电阻值为35Ω，要求在0～75V范围内连续可调，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===9.9A

I=I=

 I=I=

 I=I=

 I

要使I, 只需满足

，即

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2Ω，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

额定电压大于等于622V，晶闸管型号为KP20—8

5．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。

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及晶闸管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

  在一个周期内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2－6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，试选择晶闸管及续流二极管的型号。

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KP10-8

8．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4Ω，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（ud、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，输出电压及电流的平均值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=77.9V

        =

            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10Ω。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及晶闸管、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2－10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 电阻为40Ω，试选用合适的晶闸管（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=302.5W

12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及有效值，以及变压器的二次侧电流I2、容量S、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10V～75V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KP20—3。

           （3）计算变压器容量S，考虑最严重的工作状态，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3Ω，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，并绘出负载电压及整流二极管、晶闸管、续流二极管的电流波形以及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

波形如下：

习题2－14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，电感存储的电能经续流二极管续流，同时晶闸管因承受负压而关断，负载上不出现电压波形，则整流输出电压为。

至于单相桥式半控整流电路，不接续流二极管，电路本身具有续流回路，但是在实际运行中，会发生一只晶闸管一直道统而两只二极管轮流导通的异常现象，为避免这种失控情况，在负载侧并联了续流二极管，由此可见，两只二极管的作用不完全相同。

18.可控整流电路有哪些形式？

答：有单相和多相等形式，常用的可控整流电路为：

（1）（1）           单相。主要包括：

1）1）  单相半波；

2）2）  单相全波（又叫双半波）；

3）3）  单相桥式（又分单相全控桥和单相半控桥两种形式）；

（2）（2）           三相。主要包括：

1）1）  三相半波（又叫三相零式）；

2）2）  三相桥式（又分三相全控桥和三相半控桥两种形式）；

3）3）  带平衡电抗器的双反星形。

上述电路的主电路和参数如图2-1和表2-1所示。

19.哪些地方使用可控整流电路？

答：可控整流电路可以把交流电压变换成固定或可调的直流电压，凡是需要此类直流电源的地方，都能使用可控整流电路。例如，轧机，龙门刨床，龙门铣床，平面磨床，卧式镗床，造纸和印染机械等可逆或不可逆的直流电动机拖动，蓄电池充电，直流弧焊，电解和电镀等。

20.什么是触发延迟角？

答：在可控整流电路中，可控元件从开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲时止，其间的角度角叫触发延迟角，用α表示，简称触发角，也叫控制角或移相角。

21.什么是导通角？

答:主电路中可控元件在一个周期内导通的电角度，用θ表示。

22.什么叫移相？

答：改变触发脉冲出现的时刻，即改变角α的大小，叫移相。

23.什么叫同步？

答：触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调的关系叫同步。例如，在单相半波可控桥电路中，触发脉冲应出现在U2正半周范围内，而且每个周期的α角相同，确保电路输出波形不变，输出电压稳定。

24.单向可控整流电路又那些优缺点？

答：单向可控整流电路线路简单，价格便宜，制造，调试，维修都比较容易。但其输出的直流电压脉动系数较大，若想改变波形，就需要加入电感量较大的平波电抗器，因而增加了设备的复杂性和造价；又因为其接在电网的一相上，当容量较大时，易使三相电网不平衡，造成电力公害，影响供电质量。因此，单向可控整流电路只用在较小容量的地方，一旦功率超过4KW或要求电压脉动系数小的地方都采用三项可控整流电路。

25.可控整流电路为直流电动机供电，为什么主回路中要串入电抗器？

答：由晶闸管组成的可控整流电路输出的电压波形是脉动的缺角正弦波，当触发延迟角α增大时，输出电压，电流脉动加剧，电流交变分量增大。对直流电机来说，过大的电流分量将导致电动机换向恶化，铁损增加，使电动机过热。又因电流是脉动的，减小到一值时将会断续，使直流电动机机械特性变软，理想空载转速升高，电流断续影响直流电动机的换向，易产生火花。基于上述原因，要在主回路中串入电抗器，使电动机在轻载下也能保证电流连续，交流分量基本上降落在电抗器上，而电动机能够得到比较恒定的电压和电流。

26.什么是自然续流？

答：首先说明一点，自然续流是半控桥整流电路为例电感性负载特有的现象。单相半控桥整流电路为例，在电源电压u2 a端→VTH1→L→RL→VD2→电源u2 b端。当u2由正变负时过零时，因iL处于下降时期，L承受正电压而导通，同时VD2关断，负载电流iL经VTH1，VD1流通，此种情况叫自然续流。

27.续流二极管在全控整流电路和半控着呢干流电路中的作用有何不同？

答：能必须说明的是：当负载呈感性时（包括电动机加平波电抗器），加续流二极管才有意义。

   感性负载下的全控桥整流电路，其输出电压波形uL出现负值（三相全空桥须在控制角α＞60°时），使输出的平均电压UL下降，因此，负载两端接上续流二极管之后，输出电压波形中不再又负值，可以提高输出平均电压，以满足需要。

28.同步发电机单相半波自励电路，在额定转速下运行，什么原因会使励磁电压下降？

答：励磁电压如果不为零，则没有断路和短路问题，导致励磁电压下降的原因主要是二极管VD损坏，不能续流，使半波整流电路的输出电压波形出现负值所致。

29.在实际电路中为什么要用晶闸管串联，晶闸管串联时应采取哪些措施？

答：单个晶闸管的额定电压是有一定限度的，当实际电路要求晶闸管承受的电压值大于单个晶闸管的额定电压时，可以用两个以上的同型号的晶闸管串联使用。

30.晶闸管粗颔联时如何进行均压？

答：晶闸管串联时均压——静态均压  晶闸管外加一定电压

第三章

1．三相半波可控整流电路带大电感负载，电感阻值为10Ω，变压器二次侧相电压有效值为220V。求当时，输出电压及电流的平均值Ud和Id、流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT，并画出输出电压ud、电流id的波形。如果在负载两端并接了续流二极管，再求上述数值及波形。

解：当时

当负载两端并联续流二极管后

2．三相桥式全控整流电路带大电感性负载，， Rd=10Ω，求时，输出电压电流Ud、Id以及变压器二次侧电流有效值I2，流过晶闸管的电流有效值IVT。

解：当时

3．三相半波可控整流电路对直流电动机电枢供电，在时，对应的理想空载转速为，求和的各为多少？

解：   与成正比

第四章

1．晶闸管整流电路对触发电路的要求有哪些？

答：（1） 触发信号要有足够的功率；

       （2） 触发脉冲必须与主电路电源电压保持同步；

       （3） 触发脉冲要有一定的宽度，前沿要陡；

       （4） 触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求。

2．单结晶体管触发电路中，如在削波稳压管两端并接一只大电容，可控整流电路是否还能正常工作？为什么？

答：不能正常工作，因为并接大电容后，主电路与触发电路的电压不能同步。

3．主回路电源电压正常，门机加上触发卖出后晶闸管也不导通，是分析其原因？

答：主回路电源电压正常，门机加上触发电路后晶闸管也不导通，其主要原因有以下几点：

（1）（1）       触发电路功率不足。

（2）（2）       脉冲变压器极性接反

（3）（3）       负载断开。

（4）（4）       门极—阴极间并联的保护二极管短路

（5）（5）       晶闸管损坏。         

4．主回路加电源电压后，不加触发脉冲晶闸管就导通，是何原因？

答：主回路加电源电压后，不加触发脉冲晶闸管就导通的主要原因是：

（1）（1）               晶闸管本身触发电压低，门极引线受干扰，引起误触发。解决办法是在门极上加一不超过5V的负电压 

（2）（2）               环境温度和冷却介质的温度偏高，使晶闸管结温偏高，导致晶闸管触发电压降低，在干扰信号下造成误触发。加强冷却、降低结温就可解决。

（3）（3）               晶闸管额定电压偏低，使晶闸管在电源电压作用下“硬开通”。需要换管子。

（4）（4）               晶闸管临界上升率du/dt偏低或晶闸管侧阻容吸收回路断路。如图1—6所示，晶闸管在正向电压作用下，PN结J2结反相偏置而使之阻断。但是J2结在阻断状态下相当于一个电容，当正向电压变化时，便会有充电电流流过，此电流流经J3时，起到触发电流的工作。如果du/dt太大，导致充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。利用天电容两端电压不能突变的特点，在精湛管两端并联一个阻容吸收回路，断态电压上升率，就可防止晶闸管误导通。

5．晶闸管对触发电路有哪些要求?

   答：晶闸管具有单向导电性和正向导通可控性,晶闸管由断态转变为通态应同时具备两个条件,一是晶闸管的阳极电位要高于阴极电位;二是在门极和阴极间施加具有一定功率的正向电压,这一电压是由触发电路提供的,也叫触发电压和触发信号.由于晶闸管导通以后,门极上的触发信号就失去控制作用,为了减少门极损耗及触发电路的功率,一般不用交流或直流触发信号,而用脉冲形式的触发信号,故晶闸管对触发电路的基本要求是:

(1)(1)    触发电路发出的触发信号应具有足够大的功率,即触发电压和电流必须大于晶闸管的门极触发电压Ugt、门极触发电流Igt,使门极的工作点在门极伏安特性的可靠触发区内，但瞬时功率和平均功率都不能超过门极瞬时功率极限和门极平均功率线。

(2)(2)    不该触发时，触发电路因漏电流产生的漏电压应小于门极不触发电压Ucd。

(3)(3)    由于晶闸管的导通需要一定的时间，不是一触就通，只有当晶闸管的阳极电流即主回路的电流上升到晶闸管的擎住电流Il以上时，管子才能导通，所以触发脉冲信号应有足够的宽度，一般为20~50us，电感性负载应加入到1ms，相当于50hz正弦波的18电角度。

(4)(4)    触发脉冲前沿要陡，特别是串并联使用的晶闸管，要采用强触发措施。

(5)(5)    触发脉冲应与主回路同步，具有足够的移相范围。例电阻负载下的三相半波和三相全空桥整流电路，移相范围分别为0°~150°和0°~120°，而电感性负载（电流连续）时，皆为0°~90°。

6．常用的触发电路有哪几种？

答：触发电路的形式多种多样，常用的触发电路主要有阻容移相桥触发电路、但晶体管移相触发电路、同步信号为正弦波的触发电路、其输出脉冲不对称超±1.5°，这一新型的触发电路，必将获得日益广泛的应用。

7．怎样测定电源的相序？

答：电源的相序有三种测定方法：

(1)(1)                采用双踪示波器。指定任意一相电源为U相，用示波器观察其波形，比U相波形滞后120°者V相,超前120°者为W相.

(2)(2)                相序灯法。如图3-7所示，把电容器、指示灯接成星形，另外三个端点分别接到三相电源上，若以电容器所接的电源为U相，则较亮指示灯相接的电源为V相，较暗指示灯相接的是W相。

(3)(3)                相序鉴别器。如图3-8所示，将1、2、3端接到三相电源上，如果氖灯亮，则1、2、3端所接的电源分别为U、V、W相；如果氖灯不亮，则为U、V、W相。

 8．如何调试锯齿波同步触发电路？

    答：锯齿波同步触发电路如图3-9所示，多用于三相全控桥示整流电路或带平衡电抗器双反星电路。

 调试步骤如下：

（1）（1）       检查接线无误后，将偏置电压Ub和控制电压Uc两个调节旋转钮调到零位，使Ub=0、Uc=0，应在脉冲变压器输出端接上200~300Ω的电阻.

（2）（2）       接通交、直流电源，用双踪示波器观察A、B点波形应如图3-10所示。调节斜率电位器RP时，锯齿波ub的斜率应能变化。

（3）（3）       观察C~G点及脉冲变压器输出电压ug波形应如图3-10所示。

（4）（4）       用双踪示波器同时观察uc、ug波形，调节控制电压Uc时，Uc上部平直部分的宽度应能变化，同时，Ug能前后移动。

（5）（5）       令Uc=0，调节偏置电压Ub，ａ角应能调到180°,否则应将R1或C1加大。

（6）（6）       调节Uc，Ug移动，达到Uc=0时，a=180°;Uc=Ucm时，a=0°,满足a=0°~180°的要求。

9．锯齿波同步触发电路输出的脉冲宽度不够，应如何解决？

答：锯齿波同步触发电路（见图3-9）中，V4管导通的瞬间决定了触发脉冲ug发出的时刻，而V5管持续截止的时间即是脉冲的宽度，其长短是由时间常数R11、C3决定的，因此，适当加大R11或C3值，即可使触发脉冲ug的宽度增加。

10．锯齿波同步触发电路是怎样发出双载触发脉冲的？

答：三相桥式全控电路或带平衡电抗器双反星形电路，六个晶闸管需要六个触发电路，他们之间的接线如图3-11所示。

11．锯齿波同步触发电路的故障，是如何影响三相桥式全控整流电路输出电压的？

    答：（1） 不能输出主脉冲。使输出电压下降，用示波器观察输出电压Ul波形，比正常波形少两个波头。故障原因多为V5~V7或VD7损坏或接线断开等造成断路，或是脉冲变压器断线。

   （2） 不能输出主脉冲，但能输出补脉冲。使输出电压下降，但比不能输出主脉冲时下降的少些，用示波器观察输出电压Ul波形。比正常波形只少一个波头。故障原因多为V4或VD4断路。

12．三相桥式全控整流电路使用同步信号为锯齿波的触发电路，为什么六个锯齿波的斜率要一致？

答：六个锯齿波斜率一致，在a角移相范围内，六个脉冲总是均匀的。输出电压Ul波形的六个波头是均匀对称的。如果某个锯齿波的斜率偏小（或大），则这个触发电路发出的脉冲就会较正常时间滞后（或提前），使输出电压Ul波形的六个波头不再一致。

13．什么是电力电子器件的驱动电路？

答：电力电子器件的驱动电路是主电路与控制电路之间的接口，它对设备的性能有很大影响。驱动电路性能良好，可使器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间、减少开关损耗，对设备的运行效率、安全性和可靠性都有重要意义。

14．驱动电路的主要任务是什么？

答：驱动电路的主要任务是将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换成使电力电子器件开通或关断的信号。此信号加在器件的控制端和公共端之间，对半控型器件只需要提供开通信号，例如晶闸管，晶闸管的驱动电路常称之为触发电路（前面已经讨论）；对全控型器件需要提供开通与关断信号，例如GTO、GTR、电力场效应晶体管和IGBT等，按照信号的性质，可将器件分为电流驱动型和电压驱动型。

15．什么是电流驱动型电力电子器件？

答：凡是通过从器件的控制端注入或者抽出电流来实现导通或关断的器件，称之为电流驱动型电力电子器件。GTO、GTR属此类器件。

16．什么是电压驱动型电力电子器件？

答：凡是通过在器件的控制端和公共端之间，施加一定的电压信号，就可以控制导通或关断的器件，均称之为电压驱动型电力电子器件。电力场效应晶体管和IGBT属此类器件。

17．哪些因素影响GTO的导通和关断？

答：GTO由门极（控制端）正脉冲控制导通，负脉冲控制关断。影响GTO的导通的主要因素有：阳极电压Ua、阳极电流Ia、温度和开通信号波形。影响GTO关断的主要因素有：被关断的阳极电流Ia、负载性质、温度、工作频率、缓冲电路和关断控制信号波形等。建议GTO的门极电压、电流。

18．GTR基极驱动电路应具有哪些功能？

答：GTR基极驱动电路的作用是将控制信号放大，足以使GTR 可靠的导通和关断。其主要功能是：（1）提供确保GTR开通与关断所需要的正、反向基流；（2）在某些情况下，主电路与控制电路之间必须进行电的隔离；（3）具有一定的抗干扰和保护能力。

19．基极驱动电路有哪些基本形式？

答：主要有两类：（1）恒流驱动电路；（2）比例驱动电路。

第五章

习题与思考题

1．在图5-13的两图中，一个工作在整流电动状态，另一个工作在逆变发电状态。试回答：

(1)在图中标出Ud、Ed及id的方向。

(2)说明E大小与Ud大小的关系。

(3)当α与β的最小值均为30°时，控制角α的移相范围为多少？

                   图5-13  题1图

解：

（a）                              （b）

               整流状态                            逆变状态

           当时，的移相        当时，的移相

范围为30°～90°。              范围为90°～150°。

2．试画出三相半波共阴极接法β=30°时的ud及晶闸管VT2两端电压uT2的波形。

解：三相半波共阴极接法时的波形为

第六章

1．双向晶闸管组成的单相调功电路采用过零触发，电源电压U2=220V，负载电阻R=1Ω。在设定周期TC内，使晶闸管导通0.3s，断开2s。计算：

1）1）  输出电压的有效值。

2）2）  负载上所得到的平均功率及假定晶闸管一直导通时所送出的功率。

1）

2）

2．图6-24为阻感负载单相交流调压电路，u2为220V、50HZ正弦交流电， L=5.516mH，R=1Ω，求：

1）1）  控制角移相范围。

2）2）  负载电流最大有效值。

3）3）  最大输出功率和功率因数。

图6-24  题2图

（1）

（2）

3）

第七章

习题及思考题

1．在图7-11所示三相辅助晶闸管换相逆变电路中：（1）说明二极管VD1~VD6的作用；（2）考虑换相过程时，主晶闸管VT1~VT6的导通角应略小于180o，还是略大于180o？为什么？

图7-11三相辅助晶闸管换相逆变电路

答. 1）是反馈二极管

2）略小于180度。不能同时导通。

2．在图7-18所示三相串联二极管逆变电路中：（1）说明二极管VD1~VD6的作用；（2）晶闸管VT1~VT6的导通角为多少度？

图7-18三相串联二极管逆变电路

答. 1）使负载与电容隔离，以防止换相电容上的电荷通过负载放电，从而有效地发挥电容的换相能力。

2）120度。

3．什么叫同步调制？什么叫异步调制？两者各有什么特点？分段同步调制的优点是什么？

答.（1）同步调制：载波比N等于常数，并在变频时使载波信号保持同步的调制。

特点：频率较低时的谐波通常不易消除，如果负载为电动机，就会产生较大的转距脉动和噪声，给电动机的正常工作带来不利影响。

（2）异步调制：载波信号和调制信号不保持同步方式的调制方式。

特点：当调制信号频率较低时，输出脉冲的不对称性影响较小，输出波形接近正弦波；当调制信号频率较高时，输出脉冲的不对称性影响较大，还会出现脉冲的跳动，同时输出波形和正弦波的差异也变大，电路的输出特性变坏。

（3）分段同步调制方式：把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，每个频段内都保持载波比N为恒定，不同频段的载波比不同。在输出频率的高频段采用较低的载波比，以使载波频率不至过高，在功率开关器件所允许的频率范围内。在输出频率的低频段采用较高的载波比，以使载波频率不至过低，而对负载产生不利影响。各频段的载波比应该都取3的整数倍且尽量为奇数。

4. 什么是逆变？怎样分类？

答：利用晶闸管装置将直流电转变为交流电的过程就叫逆变。整流和逆变关系密切，若同一套晶闸管装置，通常可以工作在整流状态，而在一定条件下，又可以工作在逆变状态，常称这一装置为变流器。

变流器工作在逆变状态时，把直流电转变为50HZ的交流电送到电网，称为有源逆变；若把直流电转变为某一频率或频率可调的交流电供给负载使用，则叫做无源逆变或变频。

5．要想是变流器工作在逆变状态，应该具备什么条件？

答：应同时具备以下两个条件：

（1）（1）       外部条件。必须有外接的直流电源。

（2）（2）       内部条件。控制角α> 90°。

6．什么叫逆变角？

答：变流器工作在逆变状态时,长将控制角α改用β表示,将β称为逆变角,规定以α= 处作为计量β的起点,β角的大小由计量起点向左计算.α和β的关系为α+β= ,例如β=30°时,对应于α=150°

7．三相逆变电路对触发电路的要求和整流电路相比有什么不同?

答:以三相半波共阴极接法为例进行分析.三相半波电路要求每隔120°按顺序给VTh1、VTh3、VTh5施加触发脉冲,以保证换相到阳极电压更高的那一相上。对于整流电路来说，每隔120°，如果同时给三个晶闸管施加触发脉冲，电路也能够正常换相，而逆变电路则不行。逆变电路要求触发电路必须严格按照换相顺序，依次给三个晶闸管施加触发脉冲，才能保证电路正常工作。

8．什么叫逆变失败，造成逆变失败的原因有哪些？

答：晶闸管变流器在逆变运行时，一旦不能正常换相，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器输出的平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大的短路电流，这种情况叫逆变失败，或叫逆变。

造成逆变失败的原因主要有：

（1）（1）       触发电路工作不可靠。例如脉冲丢失、脉冲延迟等.

（2）（2）       晶闸管本身性能不好.在应该阻断期间管子失去阻断能力,或在应该导通时不能导通.

（3）（3）       交流电源故障.例如突然断电、缺相或电压过低等.

（4）（4）       换相的裕量角过小.主要是对换相重叠角γ估计不足,使换相的裕量时间小于晶闸管的关断时间.

 9.为了防止逆变失败,最小逆变角βmin应取多大?

    答:逆变状态允许采用的最小逆变角应为:

           β=δ+γ+θ’

式中δ---晶闸管关断时间tq折合的角度,约4°~5°;

γ---换相重叠角,与负载电流I和变压器漏抗成正比,约15°~20°

θ’---安全裕量角,考虑脉冲不对称,一般取10°

综上所述,得出:β.=30°~50°.

10．中频电源逆变器有哪些型式？

答：有并联谐振式（工作频率为1000～2500Hz）、串联谐振式（频率较高、可频繁起动）、串并联式（频率较高、起动容易、换相能力强）、倍频式（可达4～10Hz）和时间分割式（频率较高、线路更复杂）等。在中频感应加热的各种逆变器中，由于负载参数的变化，控制电路一般采用闭环系统，以确保逆变器在负载参数变化幅度较大时，始终能可靠地运行。

11．如何区分电压源型和电流源型变频器？

答：两者都属于交—直—交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；若用大电抗器缓冲蜈蚣功率，则构成电流源型变频器。

12.交—交变频器怎样分类，各有什么优缺点？

答：按变频器输出电压波形，可分为方波型和正弦波型两种。前者在一个周期内α角固定，控制较简单，但由于矩形波中含有高次谐波，低速时脉动转矩较大，会导致转速不顾均匀，高谐波将使电动机的损耗及噪声加大。因此，在异步电动机调速系统中很少采用。后者在一个周期内角[0，/2]的范围内来回变化，使输出电压按正弦规律变化，可以克服前者的缺点，但控制较复杂。

第八章

1. 在图8-3（a）所示降压型斩波电路中，设直流电源E=100V，电感L=50mH，负载电阻RL=10Ω，晶体管的开关周期T=1/300s，ton=T/3。试求：（1）负载平均电压Uo；（2）负载平均电流Io；（3）流过晶体管的平均电流IV；（4）流过续流二极管的平均电流IVD。

图8-3（a）  降压型变换电路

答：（1）

（2）

（3）

2．在图8-6（a）所示降压型斩波电路中，设E=110V， L=1mH， R=0.25Ω, Em=11V,

T=2500μs, ton=1000μs。（1）判断电流是否连续；（2）计算负载平均电压Uo和负载平均电流Io；（3）计算负载电流的最大瞬时值Iomax和最小瞬时值Iomin。

图8-6（a）降压斩波电路

答：（1）

（2）

（3）

第九章

1．画出零电流开关的原理电路，说明其工作原理。

答：零电流开关的原理电路如图9-1所示，它有两种电路方式：L型和M型，其工作原理是一样的。从图中可以看出，谐振电感Lr是与功率开关S相串联的，其基本思想是：在S开通之前，Lr的电流为零；当S开通时，LrS中电流的上升率，从而实现S的零电流开通；而当S关断时，Lr和Cr谐振工作使Lr的电流回到零，从而实现S的零电流关断。

图9-1 零电流开关原理电路

2．画出零电压开关的原理电路，说明其工作原理。

答：零电压开关的原理电路图9-2所示，它有两种电路方式：L型和M型，其工作原理是一样的。从图中可以看出。谐振电容Cr是与功率开关S相并联的，其基本思路是：在S导通时，Cr上的电压为零；当S关断时，CrS上电压的上升率，从而实现S的零电压关断；而当S开通时；Lr和Cr谐振工作使Cr的电压回到零，从而实现S的零电压开通。

图9-2 零电压开关原理电路