内容发布更新时间 : 2024/6/16 11:43:00星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

闸管代替，因为在电感性负载装置中，晶闸管在开关断过程中，可能会出现过冲阳极电压，此时极易损坏晶闸管。当未采取过电流保护，而电路过载或短路时更易损坏晶闸管。

16、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：实现有源逆变的条件：

（1） 一定要有直流电动势，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；

（2） 变流器必须工作在

???2的区域内使Ud<0。

在可控整流时，电流 I d 只能由直流电压 U d 产生， u d 的波形必须正面积大于负面积，才能使平均电压 U d 大于 0 ，产生 I d 。现在的情况与整流不同，在变流器直流侧存在与 I d 同方向的电势 E ，当控制角α增大到大于 90 度时，尽管晶闸管的阳极电位处于交流电压大部分为负半周的时刻，但由于 E 的作用，晶闸管仍能承受正压而导通。因此，只有 E 在数值上大于 U d ，变流器在触发脉冲作用下，晶闸管仍能轮流导通 180 度，维持 I d 流通。 u d 波形由于负面积大于正面积，平均电压 U d 小于 0

17、单相半控桥能否实现有源逆变？ 答：不能。

18、设单相桥式整流电路有源逆变电路的逆变角为??60?，试画出输出电压ud的波形图。

答：见教材

19、导致逆变失败的原因是什么？有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？最小逆变角一般取为多少？

答：逆变失败的原因主要有：

(1)触发电路工作不可靠例如脉冲丢失、脉冲延迟等。

(2)晶闸管本身性能不好在应该阻断期间晶闸管失去阻断能力，或在应该导通时而不能导通。

(3)交流电源故障例如突然断电、缺相或电压过低。

(4)换相的裕量角过小主要是对换相重叠角y估计不足，使换相的裕量时间小于晶闸管的关断时间。

逆变状态允许采用的最小逆变角应为 βmin=δ+y+θ′

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式中，δ为晶闸管关断时间￡。折合的角度，约为4°～5°；y为换相重叠角，它与负载电流，IL和变压器漏抗成正比，约为15°～20°；θ′为安全裕量角，考虑脉冲不对称，一般取10°。

综上所述，得出βmin=30°～35°。 20、试举例说明有源逆变有哪些应用？

答： (1)直流可逆电力传动系统 ，多用于可逆轧机、矿井提升机、电梯、龙门刨床等。电动机正转时由Ⅰ组桥供电、反转时由Ⅱ组桥供电，因而两组桥输出直流电压反极性并联，故习惯上称之为反并联可逆线路。

(2)绕线转子异步电动机串级调速

(3)高压直流输电。高压直流输电是利用升压变压器将交流电升压后，通过晶闸管整流电路变成直流电，经过远距离传送，再利用三相全控桥电路将直流电转换成交流电，经降压变压器降压，供负载使用。

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模块三 开关电源

1、在DC/DC变换电路中所使用的元器件有哪几种，有何特殊要求？

答：在DC/DC变换电路中，经常使用的有大功率晶体管GTR、场效应晶体管MOSFET和绝缘门极晶体管IGBT，在小功率开关电源上大多使用大功率晶体管GTR和场效应晶体管MOSFET。

2、大功率晶体管GTR的基本特性是什么？ 答：静态特性和动态特性。

3、大功率晶体管GTR有哪些主要参数？

答：GTR除了电流放大倍数、直流电流增益、集电极于发射极间漏电流和发射极间的饱和压降、开通时间和关断时间外，主要参数还包括最高工作电压、最大工作电流、最大耗散功率和最高工作结温等。

4、什么是GTR的二次击穿？有什么后果？

答：二次击穿是指器件发生一次击穿后，集电极电流急剧增加，在某电压电流点将产生向低阻抗高速移动的负阻现象。一旦发生二次击穿就会使器件受到永久性损坏。

5、可能导致GTR二次击穿的因素有哪些？可采取什么措施加以防范？ 答：产生二次击穿的原因主要是管内结面不均匀、晶格缺陷等。

防止二次击穿的办法是：①应使实际使用的工作电压比反向击穿电压低得多。②必须有电压电流缓冲保护措施。

6、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。 功率场效应晶体管（功率MOSFET）的开通和关断原理：

导通：在栅源极间加正电压UGS，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子-电子吸引到栅极下面的P区表面。 当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。

截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。

优点：工作频率高（可达100kHz以上），属电压控制型器件，所需驱动功率小。 缺点：通态压降大，开通损耗相应较大、容量小。

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7、功率MOSFET有哪些主要参数？

答：功率MOSFET的主要参数有：跨导、开启电压、开通时间、关断时间、漏极电压、栅源电压、漏极最大允许电流IDM、极间电容、电压上升率等。

8、使用功率MOSFET时要注意哪些保护措施？ 答：见教材。

9、试述直流斩波电路的主要应用领域。

答：斩波电路主要应用于电力牵引。如：地铁、电力机车、无轨电车、电瓶搬运车等直流电动机的无极调速上。

10、简述教材图3-30（a）所示的降压斩波电路的工作原理。 答：见教材。

11、教材图3-30（a）所示的斩波电路中，U=220V，R=10Ω，L、C足够大，当要求U0=40V时，占空比k=？

解：k=40/220=0.19

12、简述图3-31（a ）所示升压斩波电路的基本工作原理。 答：见教材

13、在图3-31（a ）所示升压斩波电路中，已知U=50V，R=20Ω，L、C足够大，采用脉宽控制方式，当T=40μs，ton=25μs时，计算输出电压平均值Uo和输出电流平均值Io。

解：U0=133.3V；I0=6.67A

14、试分析正激电路和反激电路中的开关和整流二极管在工作时承受的最大电压、最大电流和平均电流。

答：见教材。

15、试分析全桥、半桥和推挽电路中的开关和整流二极管在工作时承受的最大电压、最大电流和平均电流。

答：见教材。

16、试比较几种隔离型DC/DC电路的优缺点。

答：单端正激型DC—DC电路的优缺点：可方便地实现直流输入和直流输出端之间的隔离、电压调整率好、带负载能力强、输出电压中的纹波小、能方便地实现多路输出、对功率晶体管存储时间的一致性要求不高、但利用率和效率都低。

单端反激型DC—DC电路的优缺点：开环情况下，不允许不接负载，否则有击穿功率管的危险；功率晶体管截止期间承受的反压比较高；可方便实现交流电网和DC/DC变换器

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输出端之间的隔离；能方便地实现多路输出)保持占空比q在最佳范围内的情况下，可通过改变高频变压器的一、二次绕组的匝比n，使电源满足稳压范围要求。

推挽型DC—DC电路的优缺点：输出功率比较大；驱动电路简单；会因磁心饱和出现集电极电流尖峰而导致晶体管损坏；高频变压器的利用率低；对功率晶体管的耐压要求高。

半桥DC—DC电路的优缺点：高频变压器利用率高；截止晶体管集一射极间承受的电压低 ；抗不平衡能力强；输出脉冲顶部倾斜；输出功率较小。

17、已知如图所示的DC/DC变换电路，如要求输出电压为24V，负载电阻为R＝0.4Ω，晶闸管和二极管通态压降分别1.2V和1V，占空比为0.5，匝数比N2/N1=0.5，求：

1） 平均输入电流Ii。

2） 流过开关管的平均电流、峰值电流、有效值电流。 3） 开关管承受的峰值电压。 解： 1）IO?UO24??60A R0.4Ii?N2I2?0.5I2?30A N12）晶闸管平均电流为:IdT?峰值电流为：30A 3）电流有效值为：IT?1Ii?15A 21Ii?21.2A 218、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。

如果在原有硬开关电路的基础上增加一个很小的电感、电容等谐振元件，构成辅助网络，在开关过程前后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，具有这样开关过程的开关称为软开关。

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。

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