电力电子变流技术复习题

1.晶闸管的工作原理：晶闸管的工作原理通常是用串级的双晶体管模型来解释的，晶闸管是四层三端器件,它有J1、J2、J3三个PN结外部有三各端子，分别从阳极A、阴极K和门极（即控制极）G引出，整个管芯密封后装在散热器上,可以把它中间的NP分成两部分,构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。当晶闸管承受正向阳极电压时,为使晶闸管导通,必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此是两个互相复合的晶体管电路,当有足够的门极电流Ig流入时,就会形成强烈的正反馈,造成两晶体管饱和导通。

2.晶闸管特性：（1）伏安特性：晶闸管阳极与阴极间的电压和阳极电流的关系，称晶闸管的伏安特性。晶闸管的伏安特性位于第一象限的是正向伏安特性，位于第三象限的是反向伏安特性。反向特性是晶闸管的反向阳极电压（阳极相对阴极为负电位）与阳极漏电流的伏安特性，它与一般二极管的反向特性相似。在正常情况下，当晶闸管承受反向阳极电压时，晶闸管总处于阻断状态。当反向电压增大到一定数值时，反向漏电流增长较快。若再继续增大反向电压，会导致晶闸管的反向击穿，造成晶闸管损坏。晶闸管的正向特性又有阻断状态和导通状态之分（简称断态和通态）。在门极电流IG＝0情况下，逐渐增大晶闸管的正向阳极电压。先是晶闸管处于断态，只有很小的正向漏电流，随着正向阳极电压的增加，当达到正向转折电压VBO时，漏电流突然剧增，特性从高阻区（阻断状态）经负阻区到达低阻区（导通状态）。（2）门极伏安特性：晶闸管的门极和阴极间有一个PN结J3，它的伏安特性称为门极伏安特性，实际上晶闸管的门极伏安特性的分散性较大。当门极触发电流过小时，不足以使晶闸管导通，若触发电流过大，就会引起门极附近过热甚至烧坏。（3）动态特性：晶闸管在电路中起开关作用。由于器件的开通和关断的时间很短，当开关频率低时(如50HZ的工频)，可假定晶闸管是瞬时开通和关断的，不需计其动态特性和损耗。开通时间：tgt=td+ tr ；关断时间：tq=trr+tgr ；动态损耗：通态损耗和断态损耗是静态损耗，在低频工作时它是晶体管发热的主要原因；开通损耗和关断损耗是动态损耗，值虽大但时间短，工作频率较高必须考虑，扩展损耗和过渡损耗值都不大。

晶闸管的实验电路：

5、晶闸管的串联和并联（P123）：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀。静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但

因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。承受电压高的器件首先达到转折电压而导通，使另一个器件承担全部电压也导通，失去控制作用。反向时，可能使其中一个器件先反向击穿，另一个随之击穿。晶闸管的并联，多个器件并联来承担较大的电流，但会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀。

6.晶闸管的保护方法：（1）快速熔断器的过载特性与晶闸管的配合；（2）快速熔断器的主要参数包括：额定电流、允通能量；（3）快速开关和过流继电器；（4）利用反馈控制作过电流保护的原理 什么是整流，逆变？工作原理是什么？： 交流变直流叫整流；直流变交流叫逆变。

7.触发装置有几种?什么时候用？

常用有单结晶体管触发电路、阻容移相触发电路、锯齿波同步电路、正弦波同步电路。单结管触发电路较简单，易调整，输出脉冲前沿陡，但触发功率小，脉冲较窄，可用的移相范围约150度，故一般用于小容量的系统中。锯齿波适用于有两相的晶闸管同时导通的电路，正弦波用于三相全控桥可逆电路。

8.什么是交流变压器？斩波电路？

用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以方便地调节输出电压有效值，也可用作调节整流变压器一侧电压，其二次侧为低压大电流或高压小电流负载常用这种方法。交流调压器的输出仍是交流电压，它不是正弦波形，其谐波分量较大，功率因数也较低。分为：单相交流调压器和三项交流调压器。 斩波电路原来是指在电力运用中,出于某种需要,将正弦波的一部分\斩掉\例如在电压为50V的时候,用电子元件使后面的50~0V部分截止,输出电压为0.)后来借用到DC-DC开关电源中,主要是在开关电源调压过程中,原来一条直线的电源,被线路\斩\成了一块一块的脉冲。 分为降压斩波电路、升压斩波电路、复合斩波电路。 9、门极触发要求？

对于正常使用的器件，其门极触发电流和电压都应该处在可靠触发区域内，当门极加上一定的功率后，会引起门极附近发热，当加入过大功率时，会使晶闸管整个结温上升，直接影响到晶闸管的正常工作，甚至会使门极烧坏，所以施加于门极的电压、电流和功率是有一定限制的，可靠触发区就是由门极正向峰值电流IFGM、允许的瞬时最大功率PGM和正向峰值电压UFGM划定的区域，因此设计触发电路时，触发电路产生的触发脉冲，其电压和电流必须大于相应晶闸管的门极触发电压和电流，才能保证正常工作。

10、晶闸管保护：不黑的管压降，可以不记，是理想的，全黑的管压降必须记，非理想二级管。 11、交流变压器：负载交流就是电感性负载，提高功率因数，就要加电容并联电容。 触发电路，给出部分电路图，详细描述工作原理。

12.双窄脉冲工作原理：内双脉冲电路由V5、V6构成“或”门。当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出，只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角a 产生。隔60°的第二个脉冲是由滞后60°相位的后一相触发单元产生（通过V6）。

13.强触发工作原理：由单相桥式整流得到50V的直流电压，在触发脉冲的起始时刻该电压通过脉冲变压器加到晶闸管的门极上，从而形成强触发脉冲。

14.同步环节工作原理：同步指要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。 V2开关的频率就是锯齿波的频率，由同步变压器所接的交流电压决定。V2由导通变截止期间产生锯齿波，锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点。V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度，其大小取决于充电时间常数R1C1。

14.锯齿波的形成与脉冲环节：锯齿波电路由V1、V2、V3和C2等元件组成，V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。锯齿波是由开关V2管来控制的。

V2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电， 调节RP2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可见RP2是用来调节锯齿波斜率的。V2导通时，因R4很小故C2迅速放电，ub3电位迅速降到零伏附近。V2周期性地通断，ub3便形成一锯齿波，同样ue3也是一个锯齿波。射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响。

V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电压up三者作用的叠加所定。如果uco=0，up为负值时，b4点的波形由uh+up确定。当uco为正值时，b4点的波形由uh+up + uco确定。

M点是V4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿。加up的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。

在三相全控桥电路中，接感性负载电流连续时，脉冲初始相位应定在a=90°；如果是可逆系统，需要在整流和逆变状态下工作，要求脉冲的移相范围理论上为180°（由于考虑amin和βmin，实际一般为120°），由于锯齿波波形两端的非线性，因而要求锯齿波的宽度大于180°，例如240°，此时，令uco=0，调节up的大小使产生脉冲的M点移至锯齿波240°的中央（120°处），相应于a=90°的位置。

如uco为正值，M点就向前移，控制角a<90°，晶闸管电路处于整流工作状态。 如uco为负值，M点就向后移，控制角a>90°，晶闸管电路处于逆变状态。 脉冲的形成与放大：V4、V5 —— 脉冲形成 V7、V8 —— 脉冲放大

控制电压uco加在V4基极上。uco=0时，V4截止。V5饱和导通。V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1(30V)时，V4导通，A点电位由+E1(+15V) 下降到1.0V左右，V5基极电位下降约-2E1(-30V)， V5立即截止。V5集电极电压由-E1(-15V) 上升为+2.1V，V7、V8导通，输出触发脉冲。电容C3放电和反向充电，使V5基极电位上升，直到ub5>-E1(-15V)，V5又重新导通。使V7、V8截止，输出脉冲终止。脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。

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