电力电子技术基础参考资料

1思考题与习题1.独立思考以下各小题，分别从“SCR、GTO、GTR、功率MOSEFT和IGBT”中选择合适的词填写在各小题的括号里。（1）（）是半控器件，（）和（）是全控器件。（2）（）和（）所需驱动电路的静态功耗接近于0。（3）如果希望导通电流为15A时，器件主回路的导通压降小于220mV，则应选用（）作为主开关器件。（4）除功率MOSFET外，（）的输入特性与功率MOSFET的输入特性类似。（5）（）在导通电流为500A条件下，为了将它关断，它的控制极所需反向关断电流之峰值的绝对值需超过100A。（6）（）的输入特性与双极型三极管的输入特性类似。（7）如果希望制做一个升压型DC-DC变换电路，将450V直流电源升高为650V直流电源，最大输出电流为200A，斩波频率为15KHz，则应选用（）作为主开关器件。（8）（）如果已经导通，在主回路电流大于10A条件下，即使控制信号变为负值，它也不能关断。2.分析比较SCR（普通晶闸管）、双向SCR（双向晶闸管）、GTO（可关断晶闸管）、GTR（电力双极型晶体管）、功率MOSFET和IGBT等电力电子器件的性能，回答下列问题：（1）哪种器件的工作频率最高？（2）哪种器件的容量较小？（3）哪种器件既可由控制信号正向开通，也可由控制信号反向开通？（4）哪些是半控器件？（5）哪些是全控器件？（6）Ron是哪种器件的参数？（7）哪种器件的输入特性与功率MOSFET的输入特性类似，而且它的输出特性与GTR的输出特性类似？（8）在器件的通态电流与300A条件下，为了将它关断，哪种器件的控制极所需反向关断电流之峰值的绝对值应超过60A？（9）如果在静态（电流、电压、控制信号的幅值和电路参数保持不变）条件下，测得一个器件的控制极电压为+10V，主电路的电流为20A，主回路的管压降为200mV。问：它属于哪种器件？（10）如果希望在每个工作周期内，器件导通和关断的持续时间各为约10ms,那么，哪些可控器件相应的控制信号为高电平的持续时间必须大于5ms？而另外哪些可控器件相应的控制信号为高电平的持续时间可小于5ms？3.普通晶闸管（SCR）与负载电阻串联接单相交流市电，其标称值为220V（有效值），电网电压波动不超过20%。试计算晶闸管实际承受的最高反向电压是多少？若考虑晶闸管的安全裕量电压（安全裕量可按2.5倍考虑），则应选用额定电压不少于多少伏的晶闸管？4.设上题中晶闸管的通态平均电流为100A，若晶闸管的电流安全裕量按1.5或2倍考虑，试分别计算导通角为180°和90°时，允许流过晶闸管2的峰值电流各是多少？5.设①单相桥式②单相双半波③三相桥式二极管整流电路④单相桥式全控⑤单相桥式半控⑥三相桥式可控整流电路的交流输入相电压之有效值为UIN，频率为50Hz，负载为RL，试分析比较这6种整流电路（不包括电流变压器和滤波元件）的性能，回答下列问题：（1）哪几种整流电路输出电压的纹波因数最小？（2）哪几种整流电路输出电压的纹波因数最大？（3）哪几种整流电路最简单？（4）哪几种整流电路最复杂？（5）哪几种整流电路的效率最高？（6）哪几种整流电路输出电压的最低次谐波的频率最高？它是多少Hz？（7）哪几种整流电路输出电压的平均值最高？（8）哪几种整流电路输出电压的平均值可调（设UIN和RL不变）？（9）当UIN变化20%时，哪几种整流电路输出电压平均值的变化可小于3%？（10）哪几种整流电路的功率因数低？（11）哪几种整流电路的对交流输入电源造成的干扰小？（12）如果在整流电路的输出与RL之间串接平波电感L，并希望在IRL达100A时RL两端电压的纹波因数小于1%，问：选用哪种整流电路所需L的电感量最小？6.单相桥式二极管整流电路的交流输入电压有效值为220V，分别计算下列两种不同负载条件下整流输出电压的平均值Ud、负载电流的平均值Id、每只整流二极管电流的平均值IDT和有效值IT：（1）负载为纯阻性，R=10Ω。（2）负载为电阻与电感相串联，R=10Ω，L可视为无穷大。7.由晶闸管构成的单相桥式全控整流电路的交流输入电压之有效值为100V，负载R=2Ω，L可视为无穷大，反电动势E=50V。试求=30°时整流输出电流的平均值Id、每只晶闸管电流的平均值IdT和有效值IT。8.设晶闸管三相桥式可控整流电路输出带阻感负载，R=10Ω，L可视为？，它的三相交流输入线电压之有效值和全控整流输出电压之平均值分别为UlL和Ud，UlL随电网电压波动的变化范围是320V至420V，晶闸管的导通压降可视为0，试求：（1）若=0，Ud的变化范围是什么？（2）若希望通过调节，使Ud稳定在400V，那么应在什么范围内调节？在这种情况下下流过每只晶闸管的电流之最大有效值是多少？（4）设控制器通过恰当调节T1和T2的控制角使du的平均值等于150V不变，则T1的额定电流临界值（不包括安全裕量）约为何值？9.电力电子技术中的逆变器和变频器的基本功能各是什么？它们主电路的基本原理各是什么？它们具有什么共同的理论基础？10.变频可分为哪两大类？各有何特点？3第一章填空题：1.电力电子器件一般工作在________状态。2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加________。4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为________、________、________三类。5.晶闸管的基本工作特性可概括为____正向有触发则导通、反向截止____。6.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL________IH。7.晶闸管断态不重复电压UDRM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDRM________Ubo。8.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。9.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。10.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________。11.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。12.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。13.IGBT的开启电压UGE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET。14.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为________和________两类。15.在如下器件：电力二极管（PowerDiode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于不可控器件的是________，属于半控型器件的是________，属于全控型器件的是________；属于单极型电力电子器件的有________，属于双极型器件的有________，属于复合型电力电子器件得有________；在可控的器件中，容量最大的是________，工作频率最高的是________，属于电压驱动的是________，属于电流驱动的是________。简答题：416.使晶闸管导通的条件是什么？17.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？18.GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？19.GTR的安全工作区是如何定义的？如题图1-33所示，GTR带电感性负载时，如果不接二极管VD会产生什么问题？有了二极管VD是否还要加缓冲电路呢？计算题：20.晶闸管在单相正弦有效值电压220V时工作,若考虑晶闸管的安全裕量,其电压定额应选多大?21.流经晶闸管的电流波形如题图1－41所示。试计算电流波形的平均值、有效值及波形系数。若取安全裕量为2，问额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流平均值和最大值为多少？22.题图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。23.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?第二章填空题：1.电阻负载的特点是________，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是________。2.阻感负载的特点是________，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是________，其承受的最大正反向电压均为________，续流二极管承受的最大反向电压为________（设U2为相电压有效值）。3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为________，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为________和________；带阻感负载时，α角移相范围为________，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为________5和________；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个________。4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角时，晶闸管的导通角=________;当控制角小于不导电角时，晶闸管的导通角=________。5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与________的波形基本相同，只是后者适用于________输出电压的场合。6.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压UFm等于________，晶闸管控制角α的最大移相范围是________，使负载电流连续的条件为________(U2为相电压有效值)。7.三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________，当它带阻感负载时，的移相范围为________。8.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中，共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是________的相电压，而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是________的相电压；这种电路角的移相范围是________，ud波形连续得条件是________。9.对于三相半波可控整流电路，换相重迭角的影响，将使用输出电压平均值________。10.电容滤波三相不可控整流带电阻负载电路中，电流id断续和连续的临界条件是________，电路中的二极管承受的最大反向电压为________U2。11.实际工作中，整流电路输出的电压是周期性的非正弦函数，当从0°～90°变化时，整流输出的电压ud的谐波幅值随的增大而________，当从90°～180°变化时，整流输出的电压ud的谐波幅值随的增大而________。12.三相桥式全控整流电路带阻感负载时，设交流侧电抗为零，直流电感L为足够大。当＝30°时，三相电流有效值与直流电流的关系为I＝________Id，交流侧电流中所含次谐波次数为________，其整流输出电压中所含的谐波次数为________。13.带平衡电抗器的双反星形可控整流电路适用于________的场合，当它带电感负载时，移相范围是________，带电阻负载时，移相范围是________；如果不接平衡电抗器，则每管最大的导通角为________，每管的平均电流为________Id。14.多重化整流电路可以提高________，其中移相多重联结有________和________两大类。15.逆变电路中，当交流侧和