1、电力电子技术电力电子技术第二版习题答案2014 年 2 月项目一习题答案项目一习题答案任务一习题答案任务一习题答案1晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由什么决定？晶闸管的关断条件是什么？如何实现？晶闸管导通与阻断时其两端电压各为多少？答：晶闸管导通的条件是：晶闸管阳极和阴极之间加正向阳极电压。门极和阴极之间加适当的正向阳极电压。导通后流过晶闸管的电流由主电路电源电压和负载大小决定。晶闸管的关断条件是：阳极电流小于维持电流。关断晶闸管可以通过降低晶闸管阳极阴极间电压或增大主电路中的电阻。晶闸管导通时两端电压为通态平均电压（管压降） ，阻断时两端电压由主电路电源电压决定。2 调试图 1
2、-12 所示晶闸管电路， 在断开负载 R 测量输出电压Ud是否可调时， 发现电压表读数不正常，接上 R 后一切正常，请分析为什么？答：当 S 断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管门极加触发信号，此时流过晶闸管阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管无法导通，电流表上显示的读数只是管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值，所以此读数不准。在 S 合上以后，Rd 介入电路，晶闸管能正常导通，电压表的读数才能正确显示。3说明晶闸管型号 KP100-8E 代表的意义。答：KP100-8E 表示额定电流 100A、额定电压 8 级（800V、通态平均电压组别 E（0.7UT0.8）普通晶闸管。4晶闸管的额定电流
3、和其他电气设备的额定电流有什么不同？答：由于整流设备的输出端所接负载常用平均电流来衡量其性能，所以晶闸管额定电流的标定与其他电器设备不同，采用的是平均电流，而不是有效值，又称为通态平均电流。所谓通态平均电流是指在环境温度为 40和规定的冷却条件下，晶闸管在导通角不小于 170电阻性负载电路中，当不超过额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值。5画出图 1-13 所示电路电阻 Rd上的电压波形。图1-12习题2图图1-13习题5图解：6型号为 KP100-3、维持电流IH3mA 的晶闸管，使用在图 1-14 所示的 3 个电路中是否合理？为什么（不考虑电压、电流裕量）？图1-14习
4、题6图答： （a）图的目的是巩固维持电流和擎住电流概念，擎住电流一般为维持电流的数倍。本题给定晶闸管的维持电流 IH3mA，那么擎住电流必然是十几毫安，而图中数据表明，晶闸管即使被触发导通，阳极电流为 100V/50K3 mA，远小于擎住电流，晶闸管不可能导通，故不合理。（b）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。本图所给的晶闸管额定电压为 300A、额定电流 100A。图中数据表明，晶闸管可能承受的最大电压为311V，大于管子的额定电压，故不合理。（c）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。晶闸管可能通过的最大电流有效值为 150A，小于晶闸管的额定电
5、流有效值 1.57100157A，晶闸管可能承受的最大电压 150V，小于晶闸管的额定电压 300V，在不考虑电压、电流裕量的前提下，可以正常工作，故合理。7某晶闸管元件测得UDRM840V，URRM=980V，试确定此晶闸管的额定电压是多少？答：根据将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，将两者较小的 840V 按教材表12 取整得 800V，该晶闸管的额定电压为 8 级（800V） 。8有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？答：晶闸管的阳极加正向电压，门极加正向触发脉冲时，晶闸管被触发导通。此后阳极电流逐渐上升到擎住电流后，去掉触发脉冲，则管子继续
6、导通，知道电流升到负载电流后，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，则晶闸管就不能继续导通而关断。任务二习题答案：任务二习题答案：1简述单结晶体管的测试方法。答：将万用表置于 Rl00 挡或 R1k 挡，黑表笔接 e，红表笔分别接 b1或 b2时，测得管子 PN 结的正向电阻一般应为几千欧至几十千欧，要比普通二极管的正向电阻稍大一些。再将红表笔接 e，黑表笔分别接 bl或 b2，测得 PN 结的反向电阻，正常时指针偏向无穷大（） 。一般讲，反向电阻与正向电阻的比值应大于 100 为好。2单结晶体管触发电路中，削波稳压管两端并接一只大电容，可控整流电路能工作吗？为什么
7、？答：不能工作。因为单结晶体管触发电路得同步使靠稳压管两端得梯形波电压过零实现得，使电容充电得开始时刻与主电路一一对应。如果接上滤波电容，电路就没有过零点，因此电路不能正常工作。3单结晶体管自激振荡电路是根据单结晶体管的什么特性组成工作的？振荡频率的高低与什么因素有关？答：单结晶体管自激振荡电路是根据单结晶体管的负阻特性组成工作的。根据振荡电路的频率1111CRTfe可以看出，频率与充电电阻Re和电容容量C有关。4用分压比为 0.6 的单结晶体管组成振荡电路，若UBB20V，则峰点电压UP为多少？如果管子的 b1脚虚焊，电容两端的电压为多少？如果是 b2脚虚焊（b1脚正常） ，电容两端电压又为
8、多少？答：峰点电压PUUbb0.712.7V如果管子的 b1 脚虚焊，电容两端的电压为 20V如果是 b2 脚虚焊（b1 脚正常） ，电容两端电压 0.7V5单结晶体管触发电路中，触发脉冲移相范围是多少？请说明原因。答：单结晶体管触发电路中，触发脉冲移相范围小于 170，因为单结晶体管触发电路的同步电压，是与主电路同频率的电压整流、削波后的梯形波，在梯形波斜边上升和下降段产生的脉冲，幅度和功率都不足以触发晶闸管，电路在选择参数时会避免第一个脉冲在梯形波斜边产生。任务三习题答案：任务三习题答案：1单相半波可控整流电路，如门极不加触发脉冲，晶闸管内部短路，晶闸管内部断开，试分析上述 3种情况下晶闸
9、管两端电压和负载两端电压波形。答： （1）晶闸管门极不加触发脉冲，即晶闸管呈阻断状态，可视作开路，所以输出电压和晶闸管两端电压波形如图（a）所示。（2）晶闸管内部短路，显然晶闸管两端电压为零，此时输出电压和晶闸管两端电压波形如图（b）所示。（3）晶闸管内部开路，输出电压和晶闸管两端电压波形如图（c）所示。习题 1 波形图2计算项目实施中单相半波可控整流电路电阻性负载，相应控制角=0或最小值、30、60、90、120、150、180或最大值时，输出电压Ud值，填写在单相半波可控整流电路电感性负载调试任务单中，并与测量值比较，分析产生误差的原因。答：略3有一单相半波可控整流电路，带电阻性负载Rd=
10、10，交流电源直接从 220V 电网获得，试求：（1）输出电压平均值Ud的调节范围；（2）计算晶闸管电压与电流并选择晶闸管。解：（1）输出电压的调节范围：099V（2）KP20-74单相半波可控整流电路，电阻性负载。要求输出的直流平均电压为 5092V 之间连续可调，最大输出直流平均电流为 30A，直接由交流电网 220V 供电，试求：（1）控制角应有的可调范围；（2）负载电阻的最大有功功率及最大功率因数；（3）选择晶闸管型号规格（安全余量取 2 倍） 。解：（1）由公式可求得当Ud=50V 时，0122045. 0502cos=90当Ud=92V 时，87. 0122045. 0922cos
11、=30（2）=30时，输出直流电压平均值最大为 92V，这时负载消耗的有功功率也最大，由公式可求得693. 0cos7667)309250(503066. 1I66. 1I22dWWRIPAAd（3）选择晶闸管，因=30时，流过晶闸管的电流有效值最大为 50A，所以AA6457. 150257. 1I2ITmAVT）（取 100A晶闸管的额定电压为VVUTM624220222UTn取 700V故选择 KP100-75某电阻性负载要求 024V 直流电压，最大负载电流Id30A，如用 220V 交流直接供电与用变压器降压到 60V 供电，都采用单相半波整流电路，是否都能满足要求？试比较两种供电方
12、案所选晶闸管的导通角、额定电压、额定电流值以及电源和变压器二次侧的功率因数和对电源的容量的要求有何不同、两种方案哪种更合理（考虑 2 倍裕量）？解： （1） 采用 220V 电源直接供电，当=0时Ud00.45U2=99V采用整流变压器降至 60V 供电，当=0时Ud00.45U2=27V所以只要适当调节角，上述两种方案均满足输出 024V 直流电压的要求。（2） 采用 220V 电源直流供电， 因为2cos145. 02dUU， 其中在输出最大时，U2220V，Ud24V，则计算得121，T18012159晶闸管承受的最大电压为UTM2U2311V考虑 2 倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2U
13、TM=622V流过晶闸管的电流有效值是IT42sin2d2RU，其中，121，8 . 03024dddIUR则IT84A考虑 2 倍裕量，则晶闸管额定电流应为AITTAVT10757. 128457. 1)(因此，所选晶闸管的额定电压要大于 622V，额定电流要大于 107A。电源提供的有功功率WRIPd8 .56448 . 08422电源的视在功率W48.1884220222IUIUS电源侧功率因数305. 0cosSP（3）采用整流变压器降至 60V 供电，U260V，Ud24V，由2cos145. 02dUU计算得39，T18039141晶闸管承受的最大电压为UTM2U284.9V考虑
14、2 倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=169.8V流过晶闸管的电流有效值是ITARU4 .5142sin2d2考虑 2 倍裕量，则晶闸管额定电流应为AITTAVT5 .6557. 124 .5157. 1)(因此，所选晶闸管的额定电压要大于 169.8V ，额定电流要大于 65.5A。电源提供的有功功率WRIPd6 .21138 . 04 .5122电源的视在功率W08. 34 .5160222IUIUS电源侧功率因数685. 0cosSP通过以上计算可以看出，增加了变压器后，使整流电路的控制角减小，所选晶闸管的额定电压、额定电流都减小，而且对电源容量的要求减小，功率因数提高。所以，采用
15、整流变压器降压的方案更合理。6计算项目实施中单相半波可控整流电路电感性负载接续流二极管时，相应控制角为 30、60、90、120、150时输出电压Ud值，填写在单相半波可控整流电路电感性负载调试任务单中，并与测量值比较，分析产生误差的原因。解：略7画出单相半波可控整流电路，当=60时，以下两种情况的ud、iT及uT的波形。（1）大电感负载不接续流二极管。（2）大电感负载接续流二极管。解：波形如图（1）大电感负载不接续流二极管（2）大电感负载接续流二极管8在例题 1-3（见图 1-54）电路中，如电路原先运行正常，突然发现电机电压很低，经检查，晶闸管触发电路以及熔断器均正常，试问是何原因？答：是
16、续流二极管开路造成的。因为发电机励磁线圈为大电感负载，所以输出电压Ud始终为零或电压很低。9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，其阻值R=7.5，电源电压 220V，试计算当控制角=30和 60时，晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值？在什么情况下续流二极管中的电流平均值大于晶闸管中的电流平均值？解：当=30时，AARUIVVUUddd3 .125 . 74 .924 .92230cos122045. 02cos145. 02流过晶闸管电流的平均值为AAIIddT1 . 53 .12360301802流过晶闸管电流的有效值为AAIIdT9 . 73 .123601502流过
17、续流二极管 VD 电流的平均值为AAIIdd7.23 .12360301802D流过续流二极管 VD 电流的有效值为AAIId9.43 .12360300812D当=60时，AARUIVVUUddd9.95 . 774.374.3206cos122045. 02cos145. 02流过晶闸管电流的平均值为AAIIddT3.39.9360061802流过晶闸管电流的有效值为AAIIdT5.79.93600212流过续流二极管 VD 电流的平均值为AAIIdd6.69.9360061802D流过续流二极管 VD 电流的有效值为AAIId8.19.9360600812D由前面计算可见，流过续流二极管
18、电流的平均值IdD大于流过晶闸管电流的平均值IdT的条件为ddII22即0时，IdDIdT=0时，IdDIdT10单相半波可控整流电路，大电感负载接续流二极管，电源电压 220V，负载电阻 R=10，要求输出整流电压平均值为 030V 连续可调。试求控制角的范围，选择晶闸管型号并计算变压器次级容量。解：控制角范围是 113 180 。额定电压 622V（2 倍裕量） 、额定电流 1.23A（1.5 倍裕量） 。项目二习题答案项目二习题答案任务一习题答案任务一习题答案1简述锯齿波同步触发电路的基本组成。答：锯齿波同步移相触发电路由同步环节、锯齿波形成环节、移相控制环节、脉冲形成放大与输出环节组成
19、。2锯齿波同步触发电路中如何实现触发脉冲与主回路电源的同步？答：在该电路中将同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器二次电压来控制 VT3的通断，这就保证了触发脉冲与主回路电源的同步。3锯齿波触发电路中如何改变触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的？答：锯齿波触发电路工作时，一般将负偏移电压Ub调整到某值固定，改变控制电压Uc就可以改变ub5的波形与横坐标 （时间）的交点， 也就改变了 V5转为导通的时刻， 即改变了触发脉冲产生的时刻， 达到移相的目的。4锯齿波触发电路中输出脉冲的宽度由什么来决定？答：V6截止的持续时间就是输出脉冲的宽度，脉冲宽度由 C3反向充电的时间常数(3=C3R1
20、0)来决定。5项目实施电路中，如果要求在Uct=0 的条件下，使=90，如何调整?答：（1）将Uct调为 0；（2）调节Ub，示波器观察同步电压与脉冲之间的相位为 90。6试述锯齿波触发电路中强触发环节的工作原理。答：变压器二次侧 30V 电压经桥式整流，电容和电阻形滤波，得到近似 50V 的直流电压，当 VT8导通时，C6经过脉冲变压器、R17（C5） 、VT8迅速放电，由于放电回路电阻较小，电容 C6两端电压衰减很快，N点电位迅速下降。当 N 点电位稍低于 15V 时，二极管 VD10由截止变为导通，这时虽然 50 V 电源电压较高，但它向 VT8提供较大电流时，在 R19上的压降较大，使
21、 R19的左端不可能超过 15 V，因此 N 点电位被钳制在15V。当 VT8由导通变为截止时，50V 电源又通过 R19向 C6充电，使 N 点电位再次升到 50V，为下一次强触发做准备。任务二习题答案任务二习题答案1TCA785 触发电路有哪些特点?答： TCA785 具有温度适用范围宽，对过零点时识别更加可靠， 输出脉冲的整齐度更好， 移向范围更宽，输出的脉冲的宽度可手动自由调节等特点。2TCA785 触发电路的移相范围和脉冲宽度与哪些参数有关?解：输出脉冲宽度由 12 脚外接电容的大小决定。3简述 TCA785 触发电路工作原理。解：见教材任务三习题答案任务三习题答案1. 计算项目实施
22、中单相桥式全控整流电路电阻性负载，相应控制角=0或最小值、30、60、90、120时，输出电压Ud值，填写在单相桥式全控整流电路电阻性负载调试任务单中，并与测量值比较，分析产生误差的原因。答：略2. 计算项目实施中单相桥式全控整流电路电阻电感性负载，相应控制角=0或最小值、30、60、90、120时，输出电压Ud值，填写在单相桥式全控整流电路电阻电感性负载调试任务单中，并与测量值比较，分析产生误差的原因。答：略3.单相桥式全控整流电路中，若有一只晶闸管因过电流而烧成短路，结果会怎样？若这只晶闸管烧成断路，结果又会怎样？答：若有一晶闸管因为过流而烧成断路，则单相桥式全控整流电路变成单相半波可控整
23、流电路。如果这只晶闸管被烧成短路，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流而损坏。4.图 2-30 所示电路， 已知电源电压 220V， 电阻电感性负载， 负载电阻Rd=5， 晶闸管的控制角为 60。（1）试画出晶闸管两端承受的电压波形。（2）晶闸管和续流二极管每周期导通多少度？（3）选择晶闸管型号。图2-30习题4图解： （1）晶闸管两端承受的电压波形如图。（2）（3）5若要求充电机输出电流平均值为 15A，主电路采用单相半波可控整流电路和单相桥式全控整流电路时，分别应该选多大的熔断器？答：主电路采用单相半波时，输出电流平均值为 15A 的情况下，电流峰值大，有效值也大，
24、要选用 50A的熔断丝；主电路采用单相全波时，每周导电两次，电流峰值与有效值小，可选用 40A 的熔断丝。项目三习题答案项目三习题答案任务一习题答案任务一习题答案1双向晶闸管额定电流的定义和普通晶闸管额定电流的定义有何不同？额定电流为 100A 的两只普通晶闸管反并联可以用额定电流为多少的双向晶闸管代替？答：双向晶闸管的额定电流用有效值表示，而普通晶闸管的额定电流是用平均值表示的。额定电流 100A 的普通晶闸管，其通过电流的峰值为 100A=314A，则双向晶闸管的额定电流为314/2=222A。2型号为 KS100-10-51，请解释每个部分所代表的含义。答：型号 KS50-10-51 表
25、示额定电流 50A，额定电压 10 级，断态电压临界上升率 du/dt为 5 级，换向电流临界下降率 di/dt为 1 级的双向晶闸管。3双向晶闸管有哪几种触发方式？一般选用哪几种？答：双向晶闸管有 4 种触发方式： +触发方式。主极为 T2正，T1为负；门极电压 G 为正，T1为负。特性曲线在第象限。 -触发方式。主极 T2为正，T1为负；门极电压 G 为负，T1为正。特性曲线在第象限。 +触发方式。主极 T2为负，T1为正；门极电压 G 为正，T1为负。特性曲线在第象限。 -触发方式。主极 T2为负，T1为正；门极电压 G 为负，T1为正。特性曲线在第象限。常采用的触发方式为+和。4说明图
26、 3-8 所示的电路，指出双向晶闸管的触发方式。图3-8习题4图答：Q 置于位置 1：双向晶闸管得不到触发信号，不能导通，负载上无电压Q 置于位置 2：正半周，双向晶闸管+触发方式导通。负半周，由于二极管 VD 反偏，双向晶闸管得不到触发信号，不能导通，负载上得到半波整流电压。Q 置于位置 3：正半周，双向晶闸管+触发方式导通。负半周，双向晶闸管-触发方式导通，负载上得到近似单相交流电压。任务二习题答案任务二习题答案1一台 220V/10kW 的电炉，采用单相交流调压电路，现使其工作在功率为 5kW 的电路中，试求电路的控制角、工作电流以及电源侧功率因数。解：电炉是电阻性负载。220V、10k
27、W 的电炉其电流有效值应为AI5 .4522010000要求输出功率减半，即2I值减小 1/2，故工作电流应为AI1 .3225 .45输出功率减半，即2U值减小 1/2，则=90功率因数 cos=00.7072一调光台灯由单相交流调压电路供电，假设该台灯可看成电阻性负载，在控制角=0时输出功率为最大值，试求功率为最大功率的 80%、50%时的控制角。解：当=0时，U0=U2；最大输出功率RURUP2220max（1）当输出最大功率的 80%时：RUP20max0.8根据公式2sin21)(d)sin2(12220UttUU则：)2sin21(R0.8222022RURUU,得0.82sin2
28、1解得，=60（2）当输出最大功率的 50%时，0.52sin21解得，=903单相交流调压电路，负载阻抗角为 30，问控制角的有效移相范围有多大？答：301804单相交流调压主电路中，对于电阻-电感负载，为什么晶闸管的触发脉冲要用宽脉冲或脉冲列？答：当时，若开始给 VS1管以触发脉冲，VS1管导通。如果触发脉冲为窄脉冲，当uG2出现时，VS1管的电流还未到零，VS1管关不断，VS2 管不能导通。当 VS1管电流到零关断时，uG2脉冲已消失，此时 VS2管虽已受正压，但也无法导通。到第三个半波时，uG1又触发 VS1导通。这样负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电路不能正常工作。因而电感
29、性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。5图 3-21 单相交流调压电路，U2220V，L=5.516mH，R1，试求：（1）控制角的移相范围；（2）负载电流最大有效值；（3）最大输出功率和功率因数。图3-21习题5图解： （1）单相交流调压电感性负载时，控制角的移相范围是601516. 5502arctanarctanRL所以控制角的移相范围是 60。（2）因=时，电流为连续状态，此时负载电流最大。AVZUI110)732. 1122022（3）最大功率kW1 .12)60cos110220(coscos22WIUIUP5 . 060coscoscos6试用双向晶闸管设计
30、一个家用电风扇调压调速电路，并说明调速原理。解：略项目四习题答案项目四习题答案任务一习题答案任务一习题答案1试说明集成触发电路的优点。答：集成触发电路具有体积小、温漂小、功耗低、性能稳定、工作可靠等多种优点2KC04 移相触发器包括哪些基本环节？答：KC04 移相触发器与分立元件组成的锯齿波触发电路相似，由同步、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成及放大输出等环节组成。3试说明 KC41C 的工作原理。答：KC41C 是六路双脉冲形成器，它不仅具有双脉冲形成功能，还具有脉冲封锁控制的功能。16 脚是六路脉冲输入端， 每路脉冲由输入二极管送给本相和前相， 由具有的 “或” 功能形成双窄脉冲， 再由 V
31、T1VT6 组成的六路放大器分六路输出。VT7 管为电子开关，当 7 脚接地时，VT7 管截止，1015 脚又脉冲输出，反之，7 脚置高电位，VT7 管导通，各路脉冲被封锁任务二习题答案任务二习题答案1带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前 15处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为 10和 20时负载两端的电压ud波形。答：当触发脉冲宽度分别为 10，如图所示，当触发脉冲 ug1 触发 U 相晶闸管，则 U 相晶闸管导通。当 ug2 触发 V 相晶闸管时，这时 U 相电压高于 V 相电压，所以 V 相晶闸管不导通，U 相晶闸管继续导通。过了自然换相点后，尽管
32、V 相电压高于 U 相电压，但 V 相晶闸管的触发脉冲已消失，所以 V 相晶闸管仍不导通。U 相晶闸管导通到过零点关断。这样下去，接着导通的是 W 相晶闸管。由此可以看出，由于晶闸管间隔导通而出现了输出波形相序混乱现象，这是不允许的。习题 1 波形当触发脉冲宽度分别为 10时，输出波形和=0时波形一样。2三相半波相控整流电路带大电感负载，Rd=10，相电压有效值U2=220V。求=45时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流IdT和有效电流IT，画出ud、iT2、uT3的波形。解：VUttdUUd18245cos22017. 1cos17. 1)(sin22122656AIIIAIIIAVRU
33、IddTTddTdTddd5 .103121 . 63122 .18101823现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载，负载电流Id都是 40A，问流过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大?解：以=0计算单相半波：AIIAIIdTTddT8 .6257. 140单相桥式：AIIddT2021ARUI4 .3122sin41d2T三相半波：AIIddT3 .1331ARUIdT5 .232cos433124三相半波可控整流电路，如果 3 只晶闸管共用一套触发电路，如图 4-19 所示，每隔 120同时给3 只晶闸管送出脉冲，电路能否正常工作？此时电路带电阻性负载时的
34、移相范围是多少？答：能工作。因为虽然三个晶闸管同时加触发脉冲，只有阳极电压最高相所接的晶闸管导通，其余两个晶闸管受反压阻断。但是，移相范围只有 120，达不到 150移相范围要求。图4-19习题4图任务三习题答案任务三习题答案1 三相全控桥式整流电路带大电感负载， 负载电阻Rd=4，要求Ud从0220V 之间变化。试求：（1）不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。（2） 计算晶闸管电压、 电流值， 如电压、 电流取 2 倍裕量选择晶闸管型号。解：（1）U2=94V；（2）KP5052在图 4-35 所示电路中，当=60时，画出下列故障情况下的ud波形。（1）熔断器 1FU 熔断。（2）熔断
35、器 2FU 熔断。（3）熔断器 2FU、3FU 同时熔断。解：（1）熔断器 1FU 熔断时输出电压波形如图（1）所示，凡与 U 相有关的线电压均不导通。（2）熔断器 2FU 熔断时输出电压波形如图（2）所示，V 字头线电压不导通。（3）熔断器 2FU、3FU 熔断时输出电压波形如图（3）所示，凡 VW 字头线电压均不导通。（1）（2）图4-35习题题2图（3）习题 2 图3.若用示波器观察三相桥式全控整流电路， 电感性负载， 控制角=60时波形分别如图 4-36 （a） 、 （b）所示，试判断电路的故障。图4-36习题3图解：(a)图：每个周期少了四个波头，但不是连续的四个波头，而是每半个周期
36、有一个，再连续少两个。不难分析出是两相导电。故障为交流侧某相失电或某相两个桥臂断路。(b)图：每个周期少了三个波头，可以看出是两个不相同的桥臂断路，一个属于共阴极组，一个属于共阳极组。4. 三相半波可控整流电路，整流变压器的联接组别是 D/Y5，锯齿波同步触发电路中的信号综合管是 NPN 型三极管。试确定同步变压器 TS 的接法钟点数为几点钟时，触发同步定相才是正确的，并画出矢量图。解： 由于采用锯齿波同步触发电路， 用 NPN 三极管做综合管， 故同步电压应滞后于晶闸管阳极电压 180相位角。并画出矢量图如下：同步变压器的联接组别应选择 D/Y=11。5. 在晶闸管两端并联 R、C 吸收回路
37、的主要作用有哪些？其中电阻 R 的作用是什么？答：R、C 回路的作用是：吸收晶闸管瞬间过电压，限制电流上升率，动态均压作用。R 的作用为：使L、C 形成阻尼振荡，不会产生振荡过电压，减小晶闸管的开通电流上升率，降低开通损耗。任务四习题答案任务四习题答案1有源逆变的工作原理是什么？实现有源逆变的条件是什么？变流装置有源逆变工作时，其直流侧为什么能出现负的直流电压？答：有源逆变的工作原理：见教材实现有源逆变的条件是： 直流侧必需外接与直流电流 Id 同方向的直流电源 E， 其数值要稍大于逆变器输出平均电压 Ud，才能提供逆变能量；逆变器必需工作在90）区域，使 Ud0）时大电流导通；反偏（IB0）
38、时处于截止高电压状态。2大功率晶体管 GTR 的基本特性是什么？答：大功率晶体管 GTR 的基本特性静态特性和动态特性。见教材。3大功率晶体管 GTR 有哪些主要参数？答：见教材4说明功率场效应晶体管（功率 MOSFET）的开通和关断原理及其优缺点。答：见教材5功率 MOSFET 有哪些主要参数？答：见教材6使用功率 MOSFET 时要注意哪些保护措施？答：使用功率 MOSFET 时要注意以下保护措施：（1）防止静电击穿。功率 MOSFET 的最大优点是具有极高的输入阻抗，因此在静电较强的场合难于泄放电荷，容易引起静电击穿。（2）防止偶然性振荡损坏器件。功率 MOSFET 与测试仪器、接插盒等
39、的输入电容、输入电阻匹配不当时可能出现偶然性振荡，造成器件损坏。 因此在用图示仪等仪器测试时， 在器件的栅极端子处外接 10k串联电阻，也可在栅极源极之间外接大约 0.5 F 的电容器。（3）防止过电压。首先是栅源间的过电压保护，要适当降低栅极驱动电压的阻抗，在栅源之间并接阻尼电阻或并接约 20V 的稳压管。特别要防止栅极开路工作。其次是漏源间的过电压保护。应采取稳压管箝位、二极管RC 钳位或 RC 抑制电路等保护措施。（4）防止过电流。若干负载的接入或切除都可能产生很高的冲击电流，以致超过电流极限值，此时必须用控制电路使器件回路迅速断开。（5）消除寄生晶体管和二极管的影响。由于功率 MOSF
40、ET 内部构成寄生晶体管和二极管，通常若短接该寄生晶体管的基极和发射极就会造成二次击穿。另外寄生二极管的恢复时间为 150ns，而当耐压为 450V时恢复时间为 500ns1000ns。因此，在桥式开关电路中功率 MOSFET 应外接快速恢复的并联二极管，以免发生桥臂直通短路故障。7简述绝缘门极晶体管 IGBT 结构及工作原理。答：见教材8IGBT 与 GTR 相比，主要有哪些优缺点？答：IGBT 是由 GTR 和 MOSFET 组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOS
41、FET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。9IGBT 主要参数有哪些？答：见教材10简述可关断晶闸管 GTO 的结构及工作原理。答：见教材11可关断晶闸管 GTO 主要参数有哪些？答：见教材12哪些因素影响可关断晶闸管 GTO 的导通和关断？答：影响 GTO 导通的主要因素有：阳极电压、阳极电流、温度和开通控制信号波形。影响 GTO 关断的主要因素有：被关断的阳极电流、负载性质、缓冲电路和关断信号波形。任务二习题答案任务二习题答案1试述直流斩波电路的主要应用领域。答：直流传动、开关电源。2简述图 5-36（a）所示的
42、降压斩波电路的工作原理。答：见教材。3图 5-37（a）所示的升压斩波电路中，U=220V，R=10，L、C足够大，当要求U0=400V 时，占空比k=？解：升压斩波电路，ONOFFOOFFOFF11TTTUUUUTTk则：45. 0400220400ooUUUk4简述图 5-37（a）所示升压斩波电路的基本工作原理。答：见教材。5在图 5-37（a）所示升压斩波电路中，已知U=50V，R=20，L、C足够大，采用脉宽控制方式，当T=40s，ton=20s 时，计算输出电压平均值Uo和输出电流平均值Io。解：VUtttUoffoffono100502040由于 L、C 足够大，所以：ARUIo
43、o5201006什么是硬开关？什么是软开关？二者的主要差别是什么？答：硬开关在开关转换过程中，由于电压、电流均不为零，出现了电压、电流的重叠，导致开关转换损耗的产生；同时由于电压和电流的变化过快，也会使波形出现明显的过冲产生开关噪声。具有这样的开关过程的开关被称为硬开关；开关过程前后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，这样就可以消除开通过程中电压、电流重叠的现象，降低甚至消除开、关损耗和开关噪声，这种电路称为软开关电路。具有这样开关过程的开关称为软开关。主要差别：硬开关的开关转换损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降，最终阻碍开关频率的进一步提高。软开关可以消除开关过程中电压、电流重
44、叠的现象，降低甚至消除开关损耗可开关噪声。项目六习题答案项目六习题答案任务一习题答案任务一习题答案1感应加热的基本原理是什么？加热效果与电源频率大小有什么关系？答：感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。感应器的热效率与感应器中选用隔热层时所决定的热损有关。又因频率越高，直接加热层就越浅，要使工件表面和芯部获得接近的温度只能靠长时间的传导， 但传热时间过长， 热量在周围介质中损失就过多，以致热效率降低，而且达不到快速透热的效果。频率太高会使工件加热不均匀。这时直接加热层太浅，工件外表面温度很高，甚至已开始熔化，而内部尚未达到所需温度。减少每个工
45、件的加热功率，并延长每个工件的加热时间可以解决这个问题，即可以加长感应器的线圈，让感应器中的工件多一点，若总功率及送料速度不变，则每个工件所获得的功率将减小，而加热时间加长，这样，直接加热层的热量来得及传到工件内部去，工件的温度就可均匀，而总效率仍不变。2中频感应加热炉的直流电源的获得为什么要用可控整流电路？答：可以通过可控整流电路的移相调压来实现功率调节。3试简述平波电抗器的作用。答：平波电抗器在电路中起的作用有： （1）续流：保证逆变器可靠工作。 （2）平波：使整流电路得到的直流电流比较平滑。 （3）电气隔离：它连接在整流和逆变电路之间起到隔离作用。 （4）限制电路电流的上升率 di/dt
46、值：逆变失败时，保护晶闸管。4中频感应加热与普通的加热装置比较有哪些优点？中频感应加热能否用来加热绝缘材料构成的工件？答：中频感应加热的优点： （1）非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触。（2）加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象。（3）容易控制温度，提高加工精度。 （4）可实现局部加热。（5）可实现自动化控制。 （6）可减小占地，热辐射，噪声和灰尘。感应加热时利用涡流在金属中造成很强的热效应，使金属材料发热。所以中频感应加热不能用来加热绝缘材料构成的工件。5中频感应加热电源主要应用在哪些场合？答：感应加热的最大特点是将工件直接加热，工人劳动条件好、工件加热速度快、温度容易控制等，因
47、此应用非常广泛。主要用于淬火、透热、熔炼、各种热处理等方面。任务二习题答案任务二习题答案1试说明图 6-11 所示数字移相触发电路是如何实现移相的？答：数字移相触发电路是用计数（时钟脉冲）的办法来实现移相，它的时钟脉冲振荡器是一种电压控制振荡器，其输出脉冲频率受移相控制电压Uc的控制，Uc升高，则振荡频率升高，而计数器的计数量是固定的，计数器脉冲频率高意味着计算一定脉冲数所需时间短，也即延时时间短、角小，反之角大。2在调试图 6-11 所示移相触发电路时，为什么要使方波信号u5、u8、u11的过零点分别滞后于同步电压信号ua、ub、uc的过零点 30？答：三相桥式主电路，晶闸管控制角的起点，即
48、=0的点，距相电压原点为 30，所以，在调试图 6-11 所示移相触发电路时，要使方波信号u5、u8、u11的过零点分别滞后于同步电压信号ua、ub、uc的过零点 30。3根据基于单片机的晶闸管触发电路中触发脉冲的控制原理，说明是如何实现触发脉冲移相的。答：见教材4查阅资料，谈谈你对可编程数字触发电路的理解。答：略任务三习题答案任务三习题答案1在感应加热装置中，整流电路和逆变电路对触发电路的要求有何不同？答：逆变触发电路必须满足：输出电压过零之前发出触发脉冲，超前时间t=/。在感应炉中，感应线圈的等效电感L和电阻R随加热时间而变化，震荡回路的谐振频率f0也是变化的，为了保证工作过程中，ff0且
49、ff0。要求触发脉冲的频率随之自动改变。要求频率自动跟踪。为了触发可靠，输出的脉冲前沿要陡，有一定的幅值和宽度。必须有较强的抗干扰能力。2逆变电路常用的换流方式有哪几种？答：常用的电力变流器的换流方式有以下几种：（1）负载谐振换流 由负载谐振电路产生一个电压，在换流时关断已经导通的晶闸管，一般有串联和并联谐振逆变电路，或两者共同组成的串并联谐振逆变电路。（2）强迫换流 附加换流电路，在换流时产生一个反向电压关断晶闸管。（3）器件换流 利用全控型器件的自关断能力进行换流。3单相并联谐振逆变电路的并联电容有什么作用？电容补偿为什么要过补偿一点？答：单相并联谐振逆变电路的并联电容的作用：与感性负载构
50、成并联谐振，为负载提供无功功率，提高装置的功率因数；自然换流及可靠关断晶闸管。C 值要过补偿一些，这样才能使等效负载呈容性，电流就会超前电压一定角度，达到自然换流及可靠关断晶闸管的目的。4单相并联谐振逆变电路中，为什么必须有足够长的引前触发时间tf。答：为了可靠关断晶闸管，不导致逆变失败，晶闸管需要一段时间才能恢复阻断能力，换流结束以后，还要让 VS1、VS4 承受一段时间的反向电压。这个时间应该大于晶闸管的关断时间tq。为了保证可靠换流。应该在电压uo过零前触发 VS2、VS3。这个时间称为触发引前时间。5试分析并联谐振式逆变电路的工作原理，并画出其工作波形。答：见教材。6简述并联逆变式中频
