电力电子技术题解实例与习题

电力电子技术习题集

电力电子技术题解实例与习题

安徽机电职业技术学院 电力电子技术课程组编 二零一三年十二月

电力电子技术题解实例与习题

主编：余丙荣参编：周元一

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目录

第一章 绪论 ............................................................................................................... 1

1.1题解实例........................................................................................................... 1 1.2思考题与习题................................................................................................... 2 第二章 电力电子器件 ............................................................................................... 3

2.1题解实例........................................................................................................... 3 2.2思考题与习题................................................................................................... 9 第三章 相控整流电路 ............................................................................................. 11

3.1题解实例......................................................................................................... 11 3.2思考题与习题................................................................................................. 35 第四章 电力电子器件的驱动和保护 ..................................................................... 37

4.1题解实例......................................................................................................... 37 4.2思考题与习题................................................................................................. 45 第五章 直流斩波电路 ............................................................................................. 46

5.1题解实例......................................................................................................... 46 第六章 交流变换电路 ............................................................................................. 49

6.1题解实例......................................................................................................... 49 第七章 逆变电路 ....................................................................................................... 55

7.1题解实例......................................................................................................... 55 7.2思考题与习题................................................................................................. 65 第八章 软开关技术 ................................................................................................... 66

8.1题解实例......................................................................................................... 66 8.2思考题与习题................................................................. 错误！未定义书签。

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第一章 绪论 1.1题解实例

一、填空题：

1、电力电子技术是一门交叉学科，其内容涉及 、 和 三大学科。

答：电气工程、电子科学与技术、控制理论

2、电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括 、 和 三个组成部分。

答：电力电子器件、电力电子电路、控制技术

3、电力电子电路的根本任务是实现电能变换和控制。电能变换的基本形式有： 变换、 变换、 变换、 变换四种。

答：AC/DC、DC/AC、DC/DC、 AC/AC

4、硅晶闸管派生器件双向晶闸管常用于交流 和 电路中。 答：调压、调功

5、 光控晶闸管是通过光信号控制晶闸管导通的器件，它具有很强的 、良好的 和较高的瞬时 承受能力，因而被应用于高压直流输电、静止无功功率补偿等领域。

答：光信号、抗干扰能力、高压绝缘性能、过电压

6、第二代电力电子器件以具有自关断能力的全控型器件 、 和 为代表。

答：GTR、MOSFET、IGBT

7、IGBT器件是一种复合器件。它兼有 和 的开关速度快 、安全工作区宽、驱动功率小、耐高压、载流能力大等优点。

答：功率MOSFET、双极型器件

8、直流电动机变速传动控制是利用 或 获得可变的直流电源，对直流电动机电枢或励磁绕组供电，实现直流电动机的变速传动控制。

答：整流器、斩波器

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9、交流电动机变速传动控制则是利用 或 对交流电动机供电，通过改变的供电电源的频率和电压等来达到交流电动机的变速传动。

答：逆变器、交－交直接变频器

10、太阳能电池板获得的原始直流电压是与太阳光强度等因素有关的，它需要通过一个 变换器来稳定直流电压，再通过 变换器变为所要求的交流电供负载使用或将电能馈入市电。

答： DC－DC、DC－AC 二、问答题：

1、什么是电力电子技术？它有几个组成部分？

答：电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括电力电子器件、电力电子电路（变流电路）和控制技术三个组成部分。

2、电能变换电路有哪几种形式？各自的功能是什么？

答：电能变换电路有四种形式：AC/DC变换电路、DC/AC变换电路、DC/DC变换电路、AC/AC变换电路。

①AC/DC变换电路：将交流电能转换为固定或可调的直流电能的电路。 ②DC/AC变换电路：将直流电能转换为频率固定或可调的交流电能的电路。 ③DC/DC变换电路：将一种直流电能转换为另一固定或可调电压的直流电能的电路。

④AC/AC变换电路：将固定大小和频率的交流电能转换为大小和频率均可调的交流电能的电路。

3、简述电力电子技术的主要应用领域。

答：电力电子技术广泛的应用于工业、交通、IT、通信、国防以及民用电器、新能源发电等领域。如：电源、电气传动与控制、电力系统、新能源开发等领域。

1.2思考题与习题

1、从发展过程看，电力电子器件和变换电路可分为那几个阶段？简述各阶段的主要标志或特征。

2、传统电力电子技术与现代电力电子技术各自的特征是什么？

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第二章 电力电子器件

2.1题解实例

一、填空题

1、电力二极管在电力电子电路中可作为 、 、 和保护等元件。

答：整流、续流、隔离 2、晶闸管外形有 和 两种封装，每个器件有 、 、和门极G三个电极。

答：螺栓型、平板型、阳极A、阴极K 3、晶闸管内部由半导体材料构成一个 三端结构，共形成 PN结,引出 、 和门极G三端。 答： 四层、三个、阳极A、阴极K

4、晶闸管通过门极控制信号只能控制其 ，而不能控制其 。要关断只能使阳极电流小于 电流。

答：开通、关断、维持

5、某半导体器件的型号为KP50—7，其中KP表示该器件的名称为 ，50表示 ，7表示 。 答： 普通晶闸管、额定电流为50A、额定电压为700V

6、双向晶闸管常应用于交流 电路、交流 电路和交—交 电路中。

答： 开关、调压、变频

7、光控晶闸管是通过 控制晶闸管导通的器件，它具有很强的 、良好的 和较高的瞬时 承受能力，因而被应用于高压直流输电、静止无功功率补偿等领域。

答： 光信号、抗干扰能力、高压绝缘性能、过电压

8、电流驱动型全控器件必须有足够的驱动电流才能使器件导通，需要有较大的 ，这类器件有 、 等 答：驱动功率、门极可关断晶闸管、电力晶体管

9、使MOSFET开通的驱动电压一般为 V，使IGBT开通的驱动电

压一般为 V。关断时施加一定幅值的负驱动电压以利于减小 和关断损耗。

答： 10~15、15～20、关断时间 10、IGBT器件是一种 和 的复合体，它结合了二者的优点。

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答：功率MOSFET、双极型器件或GTR

11、常用的全控型电力电子器件以 、 和 为代表。 答：GTR（电力晶体管）、MOSFET（功率场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）

12、电力电子器件的损耗可分为: 、 、 和控制极损耗。

答：通态损耗、阻断态损耗、开关损耗

13、功率集成电路是将电力电子器件与逻辑 、 、 、 、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上。

答：控制、保护、传感、检测 二、判断题 1、（×）电力电子器件在使用中必须要加散热器。 2、（√）电力电子器件通常工作在开关状态。 3、（√）电力电子器件是一种能够承受高电压、允许通过大电流的半导体器。 4、（×）电力电子器件是一种能够同时承受高电压和大电流的半导体器件。 5、（×）电力电子器件在导通状态时可以承受高电压。 6、（√）常用可控电力电子器件有3种电极。 7、（×）晶闸管有三个电极分别称为正极、负极和门级。 8、（√）晶闸管由截止状态进入到导通状态必须同时具备两个条件。 9、（×）普通晶闸管、功率晶体管、功率场效应管、绝缘栅双极型晶体管均属于全控型电力电子器件。

10、（×）普通晶闸管为全控型器件，可关断晶闸管为半控型器件。

11、(√) 功率晶体管（GTR）有三个电极，分别是发射极、基极和集电极。 12、（√）功率场效应管(MOSFET)有三个电极，分别是源极、栅极和漏极。 13、（√）绝缘栅双极型晶体管有三个电极，分别是发射极、栅极和集电极。 14、（√）绝缘栅双极型晶体管具有功率晶体管和功率场效应管的优点，所以得到广泛应用。

15、（×）GTR是电压驱动型自关断器件。 16、（×）MOSFET是电流驱动型自关断器件。 17、（×）IGBT是电压、电流复合驱动型自关断器件。 三、选择题

1、晶闸管内部有（ ）PN结。

A、 一个 B、 二个 C、 三个 D、 四个 ：C

2、晶闸管在电路中的门极正向偏压（ ）愈好。 A、愈大 B、愈小 C、不变 D、愈稳定 答： B

3、普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ ）来表示的。 A 有效值 B 最大值 C 平均值 D瞬时值 答：C

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4、当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在( )

A、 导通状态 B、 关断状态 C、 饱和状态 D、 不定 答：B

5、如某晶闸管的正向阻断重复峰值电压为745V，反向重复峰值电压为825V，则该晶闸管的额定电压应为（ ）

A、700V B、750V C、800V D、850V 答：A

6、双向晶闸管是用于交流电路中的，其外部有（ ）电极。 A、 一个 B、 两个 C、 三个 D、 四个 答：C

7、双向晶闸管的四种触发方式中，灵敏度最低的是（ ）。 A、Ⅰ+ B、Ⅰ- C、Ⅲ+ D、 Ⅲ- 答：C

8、双向晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ ）来表示的。 A、 有效值 B、 最大值 C、 平均值 D、 瞬时值 答：A

9、比较而言，下列半导体器件中开关速度最快的是（ ） A、IGBT B、 MOSFET C、 GTR D、 GTO 答：C

10、比较而言，下列半导体器件中开关速度最慢的是（ ）。 A、IGBT B、GTR C、MOSFET D、 GTO 答：D

11、比较而言，下列半导体器件中性能最好的是（ ）。 A GTR B MOSFET C IGBT D GTO 答： C

12、比较而言，下列半导体器件中输入阻抗最大的是（ ）。 A、GTR B、MOSFET C、IGBT D、GTO 答：B

13、下列半导体器件中属于电流型控制器件的是（ ）。 A、 IPM B、 MOSFET C、 IGBT D、 GTO 答：A

14、下列半导体器件中属于混合型器件的是( )。

A、 GTR B、 MOSFET C、 IGBT D、 GTO

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答：C

15、下列器件中属于全控型电力电子器件的是（ ）。

A、KP50-7 B、3DD15C C、ZP100-10 D、9013 答：B

15、下列电力半导体器件电路符号中表示IGBT器件的电路符号是( )。

A B C D

答：C

四、简答题

1、电力电子器件的特性表现在哪些方面？

答：1）电力电子器件工作在开关状态，为的是减小本身的损耗。 2）电力电子器件因直接用在电力电路上，要承受高电压大电流。 3）电力电子器件需要弱电来控制，应有控制、驱动电路。 4）因耗散功率大，需有必要的散热措施。 2、怎样才能使晶闸管由导通变为关断？

答： 在实际电路中是采用阳极电压反向、减小阳极电压、或增大回路阻抗等方式，使阳极电流小于维持电流，晶闸管即关断。

3、 在晶闸管的门极通入几十毫安的小电流可以控制阳极几十、几百安培的大流量的导通，它与晶体管用较小的基极电流控制较大的集电极电流有什么不同？晶闸管能不能像晶体管一样构成放大器？

答：晶体管在共发射极接法时，基极电流Ib可以控制较大的集电极电流Ic变化，起到了电流放大作用；而晶闸管在电路中只能由门极控制信号控制其通断，在电路中只起到一个开关作用，要关断还需要采取措施（如阳极加反向电压）。因此，不能构成放大器。

4、在夏天，工作正常的晶闸管装置到冬天变得不可靠了，可能是什么原因？冬天工作正常，夏天工作不正常有可能是什么原因？

答：夏天工作正常，冬天工作不正常的原因可能是电路提供的触发电流Ig偏小，夏天勉强能触发，而冬天则不能满足对触发电流的要求了。冬天正常，夏天不正常的原因可能是晶闸管的维持电流小，冬天勉强能关断，到了夏天不容易关断；或者是，选用的晶闸管电压偏低，到了夏天，管子的转折电压与击穿电压值下降，造成“硬开通”或击穿。

5、图2-1为调试晶闸管电路，在断开Rd测量输出电压Ud是否正确可调时，发现电压表读数不正确，接上Rd后一切正常，为什么？

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答：当Q未合上时，因电压表内阻很大，即使晶闸管门极加触发脉冲，此时流过晶闸管的阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管没有导通，电压表上显示的读数只是管子电流形成的电阻与电压表内阻的分压值，所以这个读数是不正确的。当Q合上后，Rd接入电路，晶闸管能正常导通，

电压表的读数才能正确显示。 图2-1 例5图

6晶闸管的门极允许加多高电压？通过多大电流？不同规格的晶闸管一样吗？

答： 按规定门极电压、电流瞬时值不能超过10V、2A。在宽脉冲下，控制门极所加的平均功率，即电流电压乘积再乘以脉冲宽度的百分数，不能超过500mW,但100A以上的器件门极的面积增大，能够承受的外加控制信号的功率也可以增大，对100~200A的器件可以允许平均损耗为1W，对300~500A器件为2W。

7、有些器件的门极只加2V就可使晶闸管触发导通，是否对于触发电路只输出3V就够了？

答：按规定门极触发电压在3.5Ｖ(50A器件)或4V（100A以上器件）以下者均为合格产品。但希望触发电压仍能在5~6V以上，这是因为一方面希望触发电路的通用性好些，另一方面，一般合格证上所给的数据是在室温下测定的，在低温下，要求触发电压、电流均显著增大，例如在-25℃时触发电压、电流可能增大1倍左右。

8、用万用表测量晶闸管门极时，为什么正反向电阻不同？是否阻值愈小愈好？

答：晶闸管的门极对阴极是一个P-N结，所以正反向电阻不同。但是同一型号的门极伏安特性相差很大，所以不能以门极电阻大小来确定特性好坏。当然，如果测得电阻值为零或无穷大，则表明门极与阴极已短路或开路，不能使用。

9、晶闸管最大冲击电流允许多大？超过了是否一定会坏？

答：据对100A元件冷态进行冲击试验，通过正弦半波平均电流3000A达28次才损坏。但在热态下(结温100℃)耐受冲击电流能力就要小得多。所以晶闸管在冷态下允许的冲击电流比热态时要大得多，参看表2-1.

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表2-1 电流过载倍数

10、螺栓式与平均式晶闸管你拧紧在散热器上，是否拧紧得越紧越好？ 答：元件固定在散热器上，拧得愈紧，散热效果愈好。但是，螺栓式元件在螺栓的六角上加力旋紧时，座底与硅片之间将产生应力，扭力大时会引起硅片损坏，所以拧紧时不可加力太大。

11、晶闸管在使用时突然损坏，有哪些可能的原因？

答 引起元件损坏的原因有很多，下面介绍一些常见的损坏元件的原因。 ①电流方面的原因

输出发生短路或过载，而过电流保护不完善，熔断器规格不对。快速性能不合要求。输出接电容滤波，触发导通时，电流上升率太大造成损坏。

②电压方面的原因

没有适当的过电压保护，外界因开关操作、雷击等有过电压侵入或整流电路本身因换相造成换相过电压，或是输出回路突然断开而造成过电压均可损坏元件。

元件特性不稳定，正向电压额定值下降，造成连续的正向转折引起损坏，反向电压额定值下降引起反向击穿。

③门极方面的原因

门极所加最高电压、电流或平均功率超过允许值；门极和阳极发生短路故障；触发电路有故障，加在门极的电压太高，门极所加反向电压太大（超过允许值10V以上造成反向击穿）。

④散热冷却方面的原因

散热器没拧紧，温升超过允许值，或风机、水冷却停转，元件温升超过允许值。

12、可用什么样的信号作为晶闸管的门极控制信号？

答：可用尖脉冲、矩形脉冲、强触发脉冲。多相可控整流时要求宽脉冲。为了减少门极控制回路的电源个数和各元件与阴极的绝缘，通常把宽脉冲变换为高频脉冲列，经脉冲变压器共给门极。此外，如果使用光耦器则无需变换为脉冲列，

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而且能保证绝缘强度高。对可关断晶闸管(GTO)需要输入连续的阶跃脉冲信号，所以多采用光耦合器。

13、晶闸管的额定电流IT(AV)、维持电流IH和擎住电流IL是如何定义的？ 答：1）额定电流：即通态平均电流，条件为环境温度400C和规定的冷却条件，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大的工频正弦半波电流的平均值。

2）维持电流：晶闸管维持导通状态所必需的最小电流。

3）擎住电流：晶闸管由断态进入导通过程中，如果撤掉触发脉冲，能继续维持晶闸管导通的最小电流。

14、 简述如何用万用表鉴别晶闸管的好坏。

答：1).万用表置于R×10位置，测量晶闸管的门极-阴极之间的正反向电阻，阻值应为几欧～几十欧，其正向电阻应小于或接近于反向电阻。

2).万用表置于R×1K位置，测量晶闸管的阳极-阴极、阳极-门极之间的正反向电阻，正、反向电阻都很大，在几百千欧以上或为无穷大，且正、反向电阻相差很小。

3).如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路或断路，说明晶闸管已经损坏。 15、简述晶闸管的静态特性。

答：1).承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通； 2).承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通； 16、什么是GTR的一次击穿和二次击穿？会有什么后果？

答：1）当集电极电压UCE增大到集射极间的击穿电压UCEO时，集电极电流iC将急剧增大，出现击穿现象，这是首次出现正常性质的雪崩现象，称为一次击穿，一般不会损坏GTR器件。

2).一次击穿后如继续增大外加电压UCE，电流iC将持续增长。二次击穿在一次击穿发生时Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降，这种向低电压大电流状态的跃变称为二次击穿。

3）常会导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。 17、电流驱动型和电压驱动型器件的驱动特点分别是什么？

答：1）电流驱动型器件必须有足够的驱动电流才能使器件导通，因而需要大的驱动功率。

2）电压驱动型器件的导通必须有足够的驱动电压因而只需要很小的驱动功率。

2.2思考题与习题

1、晶闸管的导通条件和关断条件是什么？导通后流过晶闸管的电流怎样确

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定?负载电压是什么?

2、型号为KP100-3、维持电流Ih=4mA晶闸管使用在图2-2中的电路是否合理？为什么(暂不考虑电压电流俗量)

图2-2 题2图

3、晶闸管导通时，流过晶闸管的电流大小取决于什么？晶闸管阻断时，承受的电压大小决定于什么？

4、怎样确定GTR的安全工作区SOA? 5、与GTR相比,功率MOS管有何优、缺点? 6、试简述功率场效应管IGBT在应用中的注意事项。 7、与GTR相比,IGBT管有何特点?

8、对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有什么关系？ 9、从开关频率、驱动、管压降等方面比较GTR、IGBT、MOSFET等器件的特性，GTR用（电流、电压）驱动，IGBT用 （电流、电压）驱动，MOSFET用 （电流、电压）驱动，开关损耗从大到小的排列顺序

为 ，开关频率从高到低的排列顺序为 。

10、GTO和普通晶闸管（SCR）都是PNPN四层半导体器件，为什么GTO可通过门极驱动关断，而SCR不可以？

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第三章 相控整流电路

3.1题解实例

一、填空题

1、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值 会 。

答：减小。

2、按负载的性质不同，晶闸管可控整流电路的负载分为 性负载， 性负载和 负载三大类。

答：电阻、电感、反电动势。

3、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 _____。

答：通过它的电流波形与其端电压波形相似，且可以突变；0~180o 4、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）。

答：通过它的电流波形与其端电压波形不同，且不能突变；0~180o； 5、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会 ，解决的办法就是在负载的两端 接一个 。

答：减小、并接、续流二极管。

6、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角 、电流波形不连续、呈 状、电流的平均值 。要求管子的额定电流值要

些。 答：小、脉冲、小、大。

7、单结晶体管在结构上只有 PN结，三个电极分别是 、 和发射极。

答：一个、第一基极B1、第二基极B2。

8、当单结晶体管的发射极电压高于 电压时就导通；低于 电11

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压时就截止。

答：峰点、谷点。

9、单结晶体管的b2与b1间加正向电压后，当e的电位达到b2与b1间电压的某一比值时e与b1间的特性会由 立刻变成 。

答：高阻、低阻

10、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压 ，保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的 被触发，才能得到稳定的直流电压。

答：同步、时刻。

11、晶体管触发电路的同步电压一般有 同步电压和 电压。 答：正弦波、锯齿波。

12、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用 与一个或几个 的叠加，利用改变 的大小，来实现移相控制。

答：正弦波同步电压、控制电压、控制电压。

13、按整流电路的结构形式分有 、 和 整流电路。 答： 半波、全波、桥式

14、整流器功率因数是变压器 的 与 的比值。 答： 二次侧、有功功率、视在功率

15、带反电势负载的整流电路中，为了使晶闸管可靠 ，要求触发脉冲有足够的 ，保证当晶闸管开始承受 时，触发脉冲仍然存在。

答：导通、宽度、正向电压

16、单相半控桥式整流电路在大电感负载时具有 能力，当突然把触发信号移相到控制角a为180o位置或突然切断触发信号时，会出现 现象。实用中还是需要加接 。

答：续流；失控；续流二极管

17、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________和________；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现

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断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个________。

答：0~180o，+

U2， -U2 ，0~90o，+

U2， -U2 ，续流二极管

18、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。

答：单相全波，低

19、三相半波相控电路 和 接法是三相整流电路的最基本形式，其它三相整流电路可看作是三相半波整流电路以 或 方式组合而成。

答：共阴极、共阳极、串联、并联

20、三相半波共阴极接法电路中三只晶闸管VT1、VT3和VT5各自自然换相点分别在U相电压起点的 、 和 处。

答：30°、150°、270°

21、 三相半波共阳极接法电路中三只晶闸管VT2 、VT4和VT6各自自然换相点分别在U相电压起点的 、 和 处。

答： 90°、210°、 330°

22、要使三相全控桥整流电路正常工作时，需保证对两组中应同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲，常用的方法有： 触发和 触发两种。

答：单宽脉冲、双窄脉冲

23、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Um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)。

答：

U2，0~150o，α≤30o

24、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________。

答：120 o，0~90o

25、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________。

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答：正半周，负半周，0~120o，α≤60o

26、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值________。

答：减小

27、当变流器运行于逆变状态时，通常将α>90°时的控制角用β来表示，β称为 角；控制角α是以 作为计量起始点，由此向右方计量，β是从 的时刻位置为计量起点向左方来计量。

答：逆变、自然换相点、α=π

28、当变流器运行于逆变状态时，通常将α>90°时的控制角用β来表示，β称为 角；控制角α是以 作为计量起始点，由此向右方计量，β是从 的时刻位置为计量起点向左方来计量。

答：逆变、自然换相点、α=π

29、、既可工作在 状态，又能工作在 状态的同一套晶闸管电路，常称为变流器。

答： 整流、逆变

30、电流从电源的正端流出，则该电源 功率，电流从电源的正端流入，则该电源 功率。

答：输出、吸收 二、选择题

1.在晶闸管应用电路中，为了防止误触发应将幅值限制在不触发区的信号是( )

A 干扰信号 B 触发电压信号 C 触发电流信号 D 干扰信号和触发信号 答 A

2.单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是( ) A 90° B 120° C 150° D 180° 答D

3.单相全控桥大电感负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为( )

A U2 B U2 C 2

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U2 D U2

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答B

4.单相全控桥电阻性负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为( ) A 答C

5.单相全控桥式整流大电感负载电路中，控制角α的移相范围是( ) A 0°～90° B 0°～180° C 90°～180° D 180°～360° 答A

6对于三相半波可控整流电路，换相重叠角γ与哪几个参数有关( ) A α、负载电流Id以及变压器漏抗XC B α以及负载电流Id C α和U2 D α、U2以及变压器漏抗XC 答A

7.三相半波可控整流电路的自然换相点是( ) A 交流相电压的过零点

B 本相相电压与相邻相电压正半周的交点处 C 比三相不控整流电路的自然换相点超前30° D 比三相不控整流电路的自然换相点滞后60° 答B

8.可在第一和第四象限工作的变流电路是( ) A 三相半波可控变电流电路 B 单相半控桥

C 接有续流二极管的三相半控桥

D 接有续流二极管的单相半波可控变流电路 答A

9.单结晶体管内部有( )个PN结。

A 一个 B 二个 C 三个 D 四个 答A

10.晶闸管可控整流电路中的控制角α减小，则输出的电压平均值会( )。 A 不变 B 增大 C 减小 D 不确定 答B

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U2 B 2U2 C U2 D U2

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11.单相半波可控整流电路输出直流电压的平均值等于整流前交流电压的( )倍。

A 1 B 0.5 C 0.45 D 0.9 答C

12.单相桥式可控整流电路输出直流电压的平均值等于整流前交流电压的( )倍。

A 1 B 0.5 C 0.45 D 0.9 答D

13.为了让晶闸管可控整流电感性负载电路正常工作，应在电路中接入( )。

A 三极管 B 续流二极管 C 保险丝 D压敏电阻 答B

14.晶闸管可整流电路中直流端的蓄电池或直流电动机应该属于( )负载。

A 电阻性 B 电感性 C 反电动势 D电容性 答C

15.直流电动机由晶闸管供电与由直流发电机供电相比较，其机械特性( )。

A 一样 B 要硬一些 C 要软一些 D不一定 答C

16.晶闸管变流装置的功率因数比较( )。

A 高 B 低 C 好 D具体情况而定 答B

17.晶闸管变流器接直流电动机的拖动系统中，当电动机在轻载状况下，电枢电流较小时，变流器输出电流是( )的。

A 连续 B 断续 C 增大 D 减小 答B

18.若可控整流电路的功率大于4kW，宜采用( )整流电路。 A 单相半波可控 B 单相全波可控 C 三相可控 D单相全控

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答C

19.三相全控桥式整流电路带大电感负载时，控制角α的有效移相范围是( )。

A 0°~90° B 30°~120° C 60°~150° D 90°~150° 答A

20.下列不可以实现逆变的电路是( )式晶闸管电路。 A 单相全波， B 三相半波， C三相全控桥 D 单相半控桥 答D

21.变流器必须工作在α( )区域，才能进行逆变。 A ＞90°， B ＞0°， C ＜90°， D ＝0°。 答A

22.为了保证逆变能正常工作，变流器的逆变角不得小于( )。 A 5°， B 15°， C 20°， D 30°。 答D

23. 三相半波可控整流电路的自然换相点是( ) A. 交流相电压的过零点

B. 比三相不控整流电路的自然换相点滞后60° C. 比三相不控整流电路的自然换相点超前30° D. 本相相电压与相邻相电压正半周的交点处 答D

24. 三相全控桥电阻性负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为( )

A. 答D

25.单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差( )。 A、180° B、60° C 360° D、120° 答A

26.α为( )时，三相半波可控整流电路，电阻性负载输出的电压波形，处于连续和断续的临界状态。

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2U2 B.

22U2 C.

2U22 D.

6U2

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A 0度 B 60度 C 30度 D 120度 答B

27.可实现有源逆变的电路为( )。

A、三相半波可控整流电路， B、三相半控桥整流电路， C、单相全控桥接续流二极管电路， D、单相半控桥整流电路。 答A

28.在一般可逆电路中，最小逆变角βmin选在下面那一种范围合理( ) 。

A、30o-35o， B、10o-15o， C、0o-10o， D、0o。 答A

29.三相全控桥式整流电路带电阻负载，当触发角α=0o时，输出的负载电压平均值为 ( ) 。

A 0.45U2 B 0.9U2

C 1.17U2； D 2.34U2 答D

30.晶闸管整流装置在换相时刻（例如：从U相换到V相时）的输出电压等于( )。

A、U相换相时刻电压uU， B、V相换相时刻电压uV，

C、等于uU+uV的一半即： 答C 三、判断题

D、两相电压之和

1、（×）单相半波可控整流电路、电阻性负载时必须要加续流二极管。 2、（√）整流器的功率因数是指变压器二次侧有功功率与视在功率的比值。 3、（×）单相全控桥式整流电路大电感负载时，必须要接一个续流二极管。 4、（×）单相全控桥式整流电路是由二个二极管和二个晶闸管组成。 5、（×）单相半控桥式整流电路对触发电路的要求比单相全控桥式整流电路对触发电路的要求要复杂。

6、（×）三相半波可控整流电路晶闸管承受的最高电压是3U2 。

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7、（√）三相全控桥式整流电路晶闸管承受的最高电压是6U2。

8、（×）三相半波可控整流电路，变压器二次侧绕组可以接成三角形，也可以接成星形。

9、（×）三相全控桥式整流电路，变压器二次侧绕组必须接成星形。 10、（√）三相全控桥式整流电路电阻性负载时其有效移相范围为0~150°，而大电感负载时其有效移相范围只有0~90° 。

11、（√）单相半波可控整流电路，大电感负载必须要加续流二极管。 12、（√）单相全控桥式整流电路可以工作在整流状态，也可以工作在有源逆变状态，但单相半波桥式整流电路只能工作在整流状态，不能工作在有源逆变状态。

13、（×）三相全控桥式整流电路可以工作在整流状态，也可以工作在有源逆变状态，但三相半波可控整流电路只能工作在整流状态，不能工作在有源逆变状态。

14、（√）如果没有最小逆变角的限制，电路将可能造成逆变失败。 15、（√）可控整流与有源逆变是晶闸管变流装置的两种工作状态，在一定条件下可以相互转化。

四、简答题

1、什么叫移相？什么叫移相范围？

答：1)移相：改变触发脉冲出现的时刻，即改变触发脉冲α的大小，称为移相。

2)移相范围：控制角α的变化范围就是触发脉冲Ug的移相范围。它决定了输出电压的变化范围。改变α角使输出整流电压平均值从最大值降到最小值。

2、晶闸管的触发电路有哪些要求？ 答：1)触发信号常采用脉冲形式； 2)触发信号应有足够的功率；

3)触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡；

4)触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求； 5)触发电路应具有动态响应快、抗干扰能力强、温度稳定性好等性能。 3、什么叫失控现象？如何避免？

答：单相半控桥整流电路带阻感性负载和三相桥式半控整流电路在工作过程中，如突然去掉触发脉冲或将控制角从某一值突然增大到180°，会发生某个导

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通着的晶闸管不关断，而共阳极二极管轮流导通的失控现象。

为了避免这种现象，必须并接续流二极管。 4、有源逆变的条件是什么？

答：1)变压器直流侧有直流电动势，其极性必须与晶闸管导通方向一致； 2)变流器输出的直流平均电压Ud必须为负值，即晶闸管触发角α>90°，且| Ud|<|E|。

3)以上两条件是实现有源逆变的必要条件，必须同时满足变流器才能工作在逆变状态。为了保证在逆变过程中电流连续，回路中要有足够大的电感，这是保证有源逆变正常进行的充分条件

5、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？

答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。

防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角β等。

6、单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？

答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 180?，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 90?。

三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 120?，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 90?。

7、 什么叫同步？什么叫换相？

答：同步：使触发脉冲与可控整流电路的交流电源电压之间保持频率和相位的协调关系称为同步。

换相（换流）：在可控整流电路中，从一个晶闸管导通电流变换为另一个晶闸管导通电流的过程称为换相，也称换流。

五、作图计算题

1、由下面单结晶体管的触发电路图画出各点波形。

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答：

2、请利用六块锯齿波同步触发电路的X、Y控制端，本身产生单窄脉冲，要使之符合三相全控桥电路触发要求，在图中个触发电路板中X、Y端合理连接画出连接图。

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答：

3、试画出下面电路中ud的波形

答：

4、有一单相半波可控整流电路，负载电阻R为10Ω，接到如图所示交流电源220V电压上，要求控制角从180°到0°连续可调。求：

1）控制角为60°时，负载的平均整流电压Ud和负载电流Id

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2）电压、电流考虑2倍安全裕量，选择晶闸管元件型号。

解：

5、单相全控桥整流电路，大电感负载。已知： U＝220V；R＝4Ω。试求:当α＝60°时，分别计算负载两端并接续流二极管前后的Ud 、IdT、IdD及IT、ID 值；选择晶闸管的型号。

解：1)不接续流二极管时，

Ud?0.9U2cos??0.9?220?cos60??99V

Id?Ud99V 11??24.75A IdT? Id?12.4A IT??Id?17.5A

22Rd4?ITAV?(1.5~2)ITM/1.57?(1.5~2)?17.5/1.57?16.7~22.3A（取系列值20A）

UTn=（2~3）UTM?（2~3)?992=280~420V (取系列值

4级)

因此，可选晶闸管型号为KP20-4。 2) 接续流二极管时

Ud?0.9U21?cos?1?cos60??0.9U2?148.5V 22Id?Ud148.5V ??37.125A Rd4? IdT? ?-?Id?12.375A

2?23

IT?????Id?21.4A 2?

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IdD???Id?12.375A ?

ID???Id?21.4A ? ITAV?(1.5~2)ITM/1.57?(1.5~2)?21.4/1.57?20.4~27.3A（取系列值30A）

UTn=（2~3）UTM?（2~3)?220 2=622.2~933.3V (取系列值

8级)

因此，可选晶闸管型号为KP30-8。

6、晶闸管单相桥式半控整流电路，电阻负载Rd=4?，要求Id在0 ～25A之间变化，U1=220V。求：

1）整流变压器TR的变比。

2）考虑2倍安全余量，选择晶闸管型号规格。

解：（1）Udmax=Idmax=25A?4?=100V,对应??0?时，U2?所以变压器变比K?比应小于2）

（2）晶闸管额定电流

Ud?111V。0.9U1220??2（考虑到线路和变压器电压降等因素，实际变U2111IT(AV)?IT1.57?2?12.5?，1.571IT(AV)取30A。

U?M?2U2?157V，UTn取400V。所以选择30A、400V的晶闸管，型号规

格为KP30-4。

7、单相半波可控整流电路，如（1）晶闸管内部短路，（2）晶闸管内部断路，在下面的坐标中画出其直流输出电压Ud和晶闸管两端电压UT的波形。

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答：

8、 用阴影面积标出三相全控桥电路在α＝30°时，阻感性负载的直流输出电压的波形图。

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答：

9、三相半波可控整流电路带大电感负载，工作在a=60?，Rd=4?，变压器二次相电压U2?=200V，求不接续流管与接续流管二种情况下的Id值。

解：不接续流管时，因为是大电感负载，故有

72? Ud?1.1Uc?o?s1?.17V?200cosV 60?0117

Id?Ud?Rd117V?58.5? 2?接电阻性负载的公式计算，有

?? Ud?0.57?71.U127??01?c?os(?30??)?0.?577V?1.17V 200135I形。

d?Ud?Rd135V?67.5? 2?10、三相全控桥电路大电感负载，试画出α=600时VT1断路情况下时的波

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答：

11、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50～

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92V之间连续可调，最大输出直流电流为30A，由交流220V供电，求晶闸管控制角应有的移相范围为多少？

解：① 单相半波可控整流电路的Ud

1Ud?2π ? ???2U2sin?td??t?2U21?cos?1?cos??0.45U2π22 当Ud=50V时

COSα=2Ud/0.45U2 —1≈0 则α=90° 当Ud=92V时

COSα=2Ud/0.45U2 —1= 0.87 则α=30°

∴控制角α的调整范围应为0～90°

12、三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载，E=200V、R=1Ω、ωL?R，若整流变压器二次侧绕组电压U2＝220V、控制角?＝60o。求：

1）输出整流电压Ud与电流平均值Id 2）晶闸管电流平均值与有效值 解：1）输出整流电压与电流的平均值为

Ud?2.34U2cos??2.34?220?cos60??257.4(V)Ud?E257.4?200Id???57.4(A)R1

2)晶闸管电流平均值与有效值为

11IdT?Id??57.4?19.1(A)33 11IT?Id??57.4?33.1(A)3328

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4、变压器一次侧接入压敏电阻的目的是为了防止（ ）对晶闸管的损坏。 A、关断过电压 B、交流侧操作过电压 C、交流侧浪涌过电压 D、过电流

答：C

5、压敏电阻在晶闸管整流电路中主要是用来（ ）。

A、 分流 B、 降压 C、 过电压保护 D、 过电流保护。 答：C

6、晶闸管两端并联一个RC电路的作用是（ ）。 A、分流 B、降压 C、过电压保护 D、过电流保护 答：C

7、能采用快速熔断器作为过电流保护的半导体器件是（ ）。 A、MOSFET B、GTR C、IGBT D、 GTO 答： D

8、快速熔断器可以用于过电流保护的电力电子器件是( ) A、功率晶体管 B、IGBT C、功率MOSFET D、晶闸管 答：D 四、简答题

1、晶闸管对触发电路有哪些要求？ 答：①触发信号常采用脉冲形式； ②触发信号应有足够的功率；

③触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡

④触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求 ⑤触发电路应具有动态响应快、抗干扰能力强、温度稳定性好等性能 2 、如何根据单结晶体管的基本结构，利用一个万用表的电阻档来判断一个三端半导体器件是单结晶体管而不是普通的晶体管？

答：单结晶体管和普通的NPN型晶体管有相似之处，即单结晶体管的发射极e对两个基极b1、b2均呈现PN结的正向特性，用万用表的黑笔接e极，红笔接b1、b2均呈小电阻，反过来电阻很大，这一点和NPN晶体管的特性是一样的。但是单结晶体管的b1和b2之间没有PN的特性，它仅仅是硅片固有电阻，

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阻值约3~10KΩ，用万用表量正反向阻值都一样。而NPN型晶体管的集电极到发射极之间是一个正向PN结和一个反向PN结的串联，用万用表量是阻值都很大，根据这一点就可以区别单结晶体管和普通晶体管。或者说，单结晶体管无放大作用，而晶体管有放大作用。

3、 用一个二极管和两个相当的电阻组成如图4-1a所示的电路，能否代替双基极二极管，为什么？若做实验，得到的Ie-Ue的特性曲线将是怎样的？

答：用一个二极管与两个电阻不能代替单结晶体管。因为单结晶体管的rb1是可变的，正是由于这个原因，它的伏安特性有负阻区，而这个电路没有负阻区，特性如图4-8b所示。

图4-1 例3图

4、 晶闸管整流输出波形，一个半波导通角大，一个半波导通角小是什么原因？

答：一般是触发回路有问题，也可能与电源电流波形有关。

①交流输入电压正、负半周波形不对称，造成同步电压整流输出的两个半波不对称。

②触发电路与其它交流电路发生了联系。

③晶闸管门极特性若不相同，而采取了阻容移相桥触发电路，输出控制电压脉冲前沿不陡，造成晶闸管导电角不同。

④控制电路的放大级虑波不好，有干扰信号串入。 5、触发电路受干扰是怎样引起的？怎样避免？

答： 如果接线正确，干扰信号可能从以下几个方面串入：

①电源安排不当,变压器一、二次侧或几个二次线圈之间形成干扰。其它晶闸管触发时造成电压波形有缺口。

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②放大器的输入、输出及反馈引线太长，没有适当屏蔽。特别是晶体管的基极回路最易受干扰。

③空间电场和磁场的干扰。

④布线不合理，主回路与控制回路平行走线。 ⑤元件特性不稳定 避免以上干扰的措施是：

①同步变压器或脉冲变压器一、二次绕组之间加屏蔽接地，二次侧并一小电容(0.05~0.5uF).

②反馈电路第一级晶体管基极回路用屏蔽线，基极与发射极接100uF以上的电容或者在集电极和基极之间0.1uF以下的电容。

③输出脉冲回路用绞线，引线要短。

④触发电路用金属罩屏蔽起来，屏蔽罩要接地。 ⑤元件进行老化处理，剔除不合格品。

6、由单结晶体管组成的单相晶闸管触发电路有什么方法可使控制角a=0? 答 ①利用阻容移相将同步电压超前于晶闸管的阳极电压某相位。 ②同步变压器的一次侧采用线压，例如U相所对应的晶闸管的同步触发电压可采用线电压Uuv，因线电压Uuv超前相电压Uu30°的相位。

7、同步变压器二次电压的大小对于触发电路的移相范围有何影响？ 答：同步梯形波的前沿是与同步变压器二次电压有关，二次电压愈高，则梯形波的前后沿愈陡，平顶部分愈宽，因而移相范围较大。反之，二次电压低，则移值范围小。

8、单结晶体管触发电路的稳压管两端并接虑波电容能否工作？为什么？ 答：不能工作。因为单结晶体管触发电路的同步是靠稳压管两端的梯形波电压过零实现的，使电容充电的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。

9、三相电路中的晶闸管特性不一致，触发功率有的大，有的小，对于工作有何影响？

答：只要触发电路选用的参数合理，输出电脉冲幅度较高，前沿较陡，则三相晶闸管的触发特性不一致并不影响正常工作。在单相桥式可控整流电路中，用

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一套触发电路触发并联的两只晶闸管时，如果晶闸管特性相差太大，则应在控制回路中串联不同的电阻，能使脉冲能分配适当。

10、如何确定变压器的极性？

答 大多数变压器可以从绕线方向的首末端来确定极性。一般一，二次绕线的方向都是一样的，所以首端与首端、末端与末端都是同极性的。看不清绕线方向时，可用一节干电池与一块万用表进行极性测定，如图4-2所示。把万用表拨到最小直流电压或电流档，当变压器的一次侧的一头接通电池正极时，表针向正方向摆一下拿离电池正端时向反方向摆一下，就说明接电池正端的与接电表正端的是同极性。

图4-2 例10图

11、如何鉴别三相电源的相序？

答 ①可以用示波器，根据三相交流电波形的相位关系来鉴别。如图4-3所示，把示波器的“整步选择”放在“电源”，输入某一线电压(例如线电压Ｕuv,使其一个周期在屏幕上横向宽度为六格，则每格代表60°，记下波形过零点的位置，再换接另一线电压看过零点的时刻是落后前者120°还是领前120°，即可确定相

序。

图4-3 例11图 图4-4 例11图

②采用相序指示器或电容灯泡法来鉴别相序。如图4-4所示，把电容、

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灯泡联成星形电路，当我们把三个端点分别接到三相电源上时，一个灯泡较亮， 另一个灯泡较暗。如果以接电容的一相为U相，那么接较亮灯泡的一相为V相，接较暗灯泡的一相为W相。如果直接测量380V电源，电容应选用较小数值，以防灯泡烧坏。

12、同步变压器二次侧极性接反了有何后果？相序错了有何后果? 答 二次侧极性接反了，U相触发电路触发不了U相晶闸管，却可触发V相或W相晶闸管。如果极性是对的而相序错了，那么扩大移相角的范围不是向后扩大而是向前扩大了，结果造成可控整流输出电压不能从零逐渐升高，而是从零突变为一定值。

13、 调整三相整流装置的给定信号时，输出电压波形中三个波头的上升增大不一样快，以致于晶闸管在小导通角时三相已调至对称，大导通角时又不对称了，是何原因？

答：主要原因是三个触发电路的元器件参数不一致应仔细来检查元器件参数的对称性，特别是晶体三极管的漏电流不一致所造成的不对称性。

另一种可能性是三相电源不对称，可以用电压表测量三相电压是否对称，调整输入信号时，如果有一相增长的比另两相快，则可调换输入三相电压的相序，看是否仍是原来那一相增长得快，以此来确定不对称的原因是电源不对称造成的，还是触发电路不对称造成的。

14、安装晶闸管的控制回路应注意什么问题？

答：例如单相可控整流电路：①在焊接前先用万用表来简单测量二极管、三极管、稳压管、单结晶体管等器件是否完好，焊接时注意极性，电解电容极性也要注意焊对。②二极管、三极管等半导体器件弯腿时不要靠近根部弯曲，以免折断。③电路安排要紧凑、清楚，相邻器件尽量挨在一起，引线要短，尽量避免交叉。④防止虚焊，焊好后把焊油擦净，以防腐蚀焊点。

15、在环境温度较低时，或是加强通风冷却时，晶闸管与整流二极管是否可以超过额定电流运行？

答：按规定不可以超过额定电流运行，但实际上只要保证结温不超过允许值100℃，可以在一定范围内超额运行。

16、结温与管壳(底座)温度大概相差多少?50A以上器件不用风冷时额定电流

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