电力电子技术研究生A卷

一、填空题（每空1分，共15分）

1、晶闸管导通的条件是正向阳极电压、正向门极触发电流。

2、电子器件据其能被控制信号所控制的程度，可分为三大类: 不控型、半控型、

全控型。

3、擎住电流是指晶闸管刚从断态转入通态, 移除触发信号使元件保持导通所需最小阳极电流。

4、绝缘栅晶体管(IGBT)是GTR(或电力晶体管) 和MOSFET(或功率场效应管或电力场效应管) 的复合型器件。

5、根据无源逆变器直流输入端接入滤波器的不同，可分为电压(或电压源) 型逆变器和电流(或电流源) 型逆变器,按电子开关的工作规律分，无源逆变器的基本类型为1800导电型和1200导电型。

6、将一个不可控直流电压变换为适合于负载要求的可控直流电压的技术称为直流斩波技术。

二、简答题（每题5分，共30分）

1、全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RCD缓冲电路各元件的作用？

(1)抑制电力电子器件内因过电压，du/dt 或过电流和di/dt，减少器件的开关损耗。

(2) C限制关断时电压的上升，R限制电流的大小。D利用单向导电性, 关断时起作用。

2、简述电压型逆变器和电流型逆变器主电路中每一桥臂的结构,并分析二极管的作用。

(1)电压型逆变器每个桥臂由电子开关和一个反并联的二极管组成，二极管起续流作

用。

(2)电流型逆变器每个桥臂由电子开关串联一个二极管组成，二极管确保每一个桥臂

的电流单方向流动。

3、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？

(1)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。

(2)防止逆变失败的方法: 采用精确可靠的触发电路,使用性能良好的晶闸管,保证

交流电流的质量,留出充足的换向裕量角等。

4、什么是IGBT掣住效应？它有什么危害？

(1)在额定集电极电流范围内，在NPN管的基极与发射极之间的体内短路电阻Rs上

的偏压很小，对NPN管无影响。

(2)如果集电极电流大到一定程度，Rs上压降上升，相当于加一正偏电压，使NPN

管导通，进而使NPN、PNP两晶体管同时处于饱和状态，造成寄生晶闸管开通IGBT栅极失去控制作用，这就是所谓的掣住效应。

(3)IGBT一旦发生掣住效应，器件将失控，集电极电流将增大，早成过高的功耗，

将导致器件损坏。另外，它还关系着IGBT的安全工作区的大小，在实际应用中是需要引以重视的问题。

5、简要说明锯齿波垂直移相触发电路中，控制电压、偏移电压各有什么作用？

(1)改变控制电压就可以改变触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的。

(2)设置偏移电压的目的是确定控制电压的初始相位。

6、简述电力晶体管产生二次击穿的原因。

(1)当GTR的C、E极间施加的电压高于晶体管的电压的额定值时，GTR的电流雪

崩式增加，呈现负阻特性，即出现一次击穿现象。

(2)若GTR 出现一次击穿后继续增大外加反向电压u ce ，反向电流将继续增大，元件将会吸收足够的能量，其工作状态将以极快的速度移向负阻区，形成二次击穿，结果是在纳秒或微秒时间内器件永久性损坏。

三、计算题（每题15分，共30分）

1、单相桥式全控整流电路为阻感负载，变压器次级电压有效值为200V ，R L >>ω，20R =Ω，60α=︒。

(1) 求输出整流电压与电流平均值，晶闸管电流平均值与有效值。

(2) 绘制电路波形d u ，d i ，1VT u 。

解：

(1)输出电压的平均值为：20.9cos d U U α= =0.9×200×cos600=90 V

输出电流的平均值为: d d U I R

= =4.5 A 流过晶闸管的电流的平均值为：2d dVT I I =

=2.25 A 有效值为:

VT d I I =

=3.2 A (2)电路波形如图

2、三相半波可控整流电路为阻感负载，R L >>ω，

若变压器次级相电压有效值为100V ， 20R =Ω，60α=︒。

(1 )计算输出整流电压与电流平均值。

(2) 选择晶闸管电压与电流定额。

(3) 绘制电路波形d u ，d i 。

解：

(1)输出整流电压为：21.17cos d U U α==58.5V 电流平均值d d U I R

==11.7A 。

(2)2=245V

考虑安全裕量，2(2~e U ==(490~735)V 流过晶闸管的电流的有效值为

VT d I I ==6.8A 则晶闸管的电流定额为(1.5~2)

1.57VT Ta I I ==(6.5~8.6)A 可以选用KP10-8型晶闸管。

(3)波形如图。

四、论述题（10分）

试述实现有源逆变的条件，并说明有源逆变与无源逆变的异同。

实现有源逆变的条件可归纳如下：

(1)负载侧要有一个提供直流电能的直流电动势，电动势极性对晶闸管而言为正向电压，在整流回路交流电源电压为负期间，提供使晶闸管维持导通的条件。

(2)交流装置必须工作在2π

α>区间，使变流器输出电压极性为负，才能将直流功率逆

变为交流功率反送电网。

(3)为了保证交流装置回路中的电流连续，逆变电路中一定要串联大电抗。

有源逆变是把工作在逆变状态的变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去。

而无源逆变是把变流器的交流侧不与电网连接，而直接接到负载，把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载。

五、分析题（15分）

画出升压式直流斩波器的电路拓扑，若电子开关采用全控型器件，

(1) 推导电路的输出电压和输入电压的关系。

(2) 说明电子开关的控制方式。

(3) 说明电路的优缺点。

电路拓扑如图所示：

(1)当电子开关S 导通时，假设其导通时间为DT ，电感充电，二极管关断，可以得到等效电路为:

有下面关系，in L V V =。

当电子开关S 关断时，其时间为（1-D ）T ，电感放电，二极管导通，可以得到等效电路为:

有下面关系，in L out V V V +=。

由于在一个电子开关周期内，电感两端的电压的平均值为0，因此可以得到，1in out V V D

=-。 (2)电子开关采用脉冲宽度调制控制（即PWM ）方式，可以采用定频调宽方式，也可以采用定宽调频，还可以采用调宽调频方式。