电力电子关键技术期末复习考卷综合附答案题目配知识点.doc

一、 填空题：1、 电力电子技术两个分支是电力电子器件制造技术和 变流技术 。2、 举例阐明一种电力电子技术应用实例 变频器、调光台灯等 。3、 电力电子承担电能变换或控制任务，重要为交流变直流（ACDC）、直流变交流（DCAC）、直流变直流（DCDC）、交流变交流（ACAC）四种。4、 为了减小电力电子器件自身损耗提高效率，电力电子器件普通都工作在 开关状态，但是其自身功率损耗（开通损耗、关断损耗）普通任远不不大于信息电子器件，在其工作是普通都需要安装 散热器 。5、 电力电子技术一种重要特性是为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态，其损耗涉及三个方面：通态损耗、断态损耗和 开关损耗 。6、 普通取晶闸管断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较 小 标值作为该器件额电电压。选用时，额定电压要留有一定裕量，普通取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。7、 只有当阳极电流不大于 维持 电流时，晶闸管才会由导通转为截止。导通：正向电压、触发电流 （移相触发方式）8、 半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路也许会浮现 失控 现象，为了避免单相桥式半控整流电路失控，可以在加入 续流二极管 来防止失控。9、 整流电路中，变压器漏抗会产生换相重叠角，使整流输出直流电压平均值 减少 。10、 从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止电角度称为 触发角 。 从晶闸管导通到关断称为导通角。单相全控带电阻性负载触发角为180度三相全控带阻感性负载触发角为90度11、 单相全波可控整流电路中，晶闸管承受最大反向电压为 22U1 。（电源相电压为U1）三相半波可控整流电路中，晶闸管承受最大反向电压为2.45U2 。（电源相电压为U2）为了保证三相桥式可控整流电路可靠换相，普通采用 双窄脉冲 或者宽脉冲触发。12、 四种换流方式分别为 器件换流 、电网换流 、 负载换流 、 逼迫换流 。13、 逼迫换流需要设立附加换流电路，给与欲关断晶闸管逼迫施加反压或反电流而关断。14、 直流直流变流电路，涉及 直接直流变流电路 电路和 间接直流变流电路 。（与否有交流环节）15、 直流斩波电路只能实现直流 电压大小 或者极性反转作用。6种斩波电路：电压大小变换：降压斩波电路（buck变换器)、升压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路升压斩波电路输出电压计算公式 U=E =1- 。降压斩波电路输出电压计算公式： U=E =占空比，E=电源电压 直流斩波电路三种控制方式是PWM、 频率调制型 、 混合型 。16、 交流电力控制电路涉及 交流调压电路 ，即在没半个周波内通过对晶闸管开通相位控制，调节输出电压有效值电路， 调功电路 即以交流电周期为单位控制晶闸管通断，变化通态周期数和断态周期数比，调节输出功率平均值电路， 交流电力电子开关即控制串入电路中晶闸管依照需要接通或断开电路。17、 普通晶闸管（用正弦半波电流平均值定义）与双向晶闸管额定电流定义不同样，双向晶闸管 额定电流是用电流有效值来表达。（双向晶闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过）18、 斩控式交流调压电路 交流调压电路普通采用全控型器件,使电路功率因数接近1。19、 PWM控制技术理论基本是 (面积等效原理)冲量相等而形状不同窄脉冲加在具备惯性环节上时,其效果基本相似 20、 PWM调制中惯用计算法有 特定谐波消去法 。 .21、 PWM逆变电路控制办法有 计算法 、 调制法 和 规则采样法 三种。其中调制法又可以分为 同步调制 和 异步调制 两种.（同步调制：载波比相等）22、 直流斩波电路三种控制方式是PWM、 频率调制型 、 混合型 。23、 在调制信号上叠加 直流分量（三次谐波） 可以提高直流电压运用率。变化调制信号频率就可以变化输出直流信号频率变化调制比可以变化输出电压有效值电力电子器件串联必要考虑静态和动态 均压 （每个器件并联一种电阻） 。 静态均压：每个器件并联电阻 动态均压：每个器件串联电容 并联时要考虑均流 办法：普通是串联电感24、 电力电子器件驱动电路目是给器件施加 开通、关断 信号，提供控制电路与主电路之间 电气隔离 。（光隔离（光耦）、磁隔离（变压器）等等）25、 电力MOSFET和IGBT由于具备正温度系数，因此在并联使用时可以实现 均流 。26、 晶闸管额定电流为100A，通过半波交流电时，电流波形系数为Kf=1.57，电流有效值计算为，则通过电流最大值为 314 A。27、 单相交流调压电阻性负载电路移相范畴在0度180度 内，在阻感性负载时移相范畴在功率因素角 180度 内。28、 交流调压电路和交流调功电路异同点： 电路构造相似，控制方式不同，（交流调压电路采用移相触发对一种周期内导通角控制，调功电路对导通周波数与阻断周波数比值进行控制） 。29、 电压型逆变电路中反馈二极管作用是 给交流侧向直流侧反馈无功能量提供通道 。30、 180导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在 同一相上下两个桥臂 元件之间进行；而120导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在 上桥臂或者下桥臂组内 上元件之间进行。31、 在SCR(Silicon Controlled Rectifier)、GTO(Gate Turn-Off Thyristor)、GTR(Giant Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)中半控型器件有 SCR ，全控型器件有 GTO、GTR、MOSFET、IGBT ，电流驱动器件有 SCR、GTO、GTR 。32、 单相桥式可控整流电路带电阻性负载，在控制角为a时，其输出直流电压为 。33、 带平衡电抗器双反星型可控整流电路中平衡电抗器作用是 使两组三相半波整流电路可以同步导电 。34、 有源逆变最小逆变角bbmin=d +g + q，其每个参数意义是 dd：晶闸管关断时间，gg ：换相重叠角， q：安全裕量角 。35、 单相电压型桥式逆变电路输出给负载电压波形是方波，电流波形是 近似正弦波 。36、 三相电流型桥式逆变电路换流普通为同一组桥臂组内换流，称为 横向换流 。37、 交交变频是一种直接变频，其输出电压是由多段电网电压拼接而成，决定了其输出频率不高，当采用50Hz工频电压，三相六脉波桥式逆变电路，其输出上限频率普通不超过 20Hz 。38、 晶闸管串联使用动态均压办法是 电阻电容串联后并联到晶闸管两端 。二、 简答题：1、 晶闸管触发电路有哪些规定？1触发电路发U触发信号应具备足够大功率2不该触发时，触发电路因漏电流产生漏电压应不大于控制极不触发电压UGT3触发脉冲信号应有足够宽度，4触发脉冲前沿要陡5触发脉冲应与主回路同步，且有足够移相范畴。导通：正向电压、触发电流 半控：晶闸管 全控：门极可关断晶、电力晶体管、电力场效应管，IGBT电流控门极可关断晶、电力晶体管、 电压控 电力场效应管，IGBT半控型器件有 SCR（晶闸管） ，全控型器件有 GTO、GTR、MOSFET、IGBT 电流驱动器件有 SCR、GTO、GTR 电压型驱动器件：MOSFET、IGBT半控器件：大电压大电流，即大功率场合全控器件：中小功率2、 具备变压器中心抽头单相全波可控整流电路，问该变压器尚有直流磁化问题吗？具备变压器中心抽头单相全波可控整流电路中，由于变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流方向相反，波形对称，其一种周期内平均电流为零，故不会有直流磁化问题（变压器变流时双向流动就没有磁化 存在磁化：单相半波整流、三相半波整流）3、 电压型逆变电路中反馈二极管作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？在电压型逆变电路中,当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起 缓冲无功能量作用。为了给交流侧向直流侧反馈无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流极性相似时,电流经电路中可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定,无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中可控开关器件流通,因而不需要并联反馈二极管。电压型有电容器（电源侧），电流型普通串联大电感4、 绘制直流升压斩波电路原理图。直流降压斩波电路：升降压：5、 电压型逆变电路特点。（1）直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；(2)输出电压为矩形波（电流为正弦波），输出电流因负载阻抗不同而不同；(3)阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。电流型压型逆变电路特点 流侧串联有大电感，交流侧输出电流为矩形波（电压为正弦波），并且与负载阻抗角无关。 不必给开关器件反并联二极管6、 什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么长处？（频率高异步调制，频率低同步调制）分段调制长处：1载波频率不会太高 2开关损耗不会太大 3载波频率在低频时不会太低波信号和调制信号不保持同步调制方式称为异步调制。在异步调制方式中，普通保持载波频率fc固定不变，因而当信号波频率fr变化时，载波比N是变化。异步调制重要特点是：在信号波半个周期内，PWM波脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期脉冲不对称，半周期内先后1/4周期脉冲也不对称。这样，当信号波频率较低时，载波比N较大，一周期内脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内先后1/4周期脉冲不对称产生不利影响都较小，PWM波形接近正弦波。而当信号波频率增高时，载波比N减小，一周期内脉冲数减少，PWM脉冲不对称影响就变大，有时信号波微小变化还会产生PWM脉冲跳动。这就使得输出PWM波和正弦波差别变大。对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出对称性也变差。载波比N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步方式称为同步调制。同步调制方式中，信号波频率变化时载波比N不变，信号波一种周期内输出脉冲数是固定，脉冲相位也是固定。当逆变电路输出频率很低时，同步调制时载波频率fc也很低。fc过低时由调制带来谐小组不易滤除。当负载为电动机时也会带来较大转矩脉动和噪声。当逆变电路输出频率很高时，同步调制时载波频率fc会过高。使开关器件难以承受。此外，同步调制方式比异步调制方式复杂某些。分段同步高调制是把逆变电路输出频率划分为若干段，每个频段载波比一定，不同频段采用不同载波比。其长处重要是，在高频段采用较低载波比，使载波频率不致过高，可限制在功率器件容许范畴(1) 简述PWM调制方式同步调制和异步调制定义及特点。答：载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr，依照载波和信号波与否同步及载波比变化状况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制。异步调制：普通保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化。在信号波半周期内，PWM波脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期脉冲不对称，半周期内先后1/4周期脉冲也不对称。当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生不利影响都较小。当fr增高时，N减小，一周期内脉冲数减少，PWM脉冲不对称影响就变大。同步调制：fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。三相电路中公用一种三角波载波，且取N为3整数倍，使三相输出对称；为使一相PWM波正负半周镜对称，N应取奇数。fr很低时，fc也很低，由调制带来谐波不易滤除。fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。1. 如下图所示（L和R串联后作为负载），阐明晶闸管导通条件是什么？关断时和导通后晶闸管端电压、流过晶闸管电流和负载上电压由什么决定?答：晶闸管导通条件是：阳极承受正向电压，处在阻断状态晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才干使其导通。门极所加正向触发脉冲最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要最小阳极电流，即擎住电流以上。导通后晶闸管管压降很小。晶闸管关断时其两端电压大小由电源电压UA决定，电流近似为零。导通后流过晶闸管电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压UA决定。2. 缓冲电路作用是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别，各自功能是什么？答：缓冲电路作用是抑制电力电子器件内因过电压du/dt或者过电流di/dt,减少器件开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路是对du/dt抑制电路，用于抑制器件关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路是对di/dt抑制电路，用于抑制器件开通时电流过冲和di/dt，减小器件开通损耗。3. 变压器漏抗对整流电路有什么影响?答：浮现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud减少；整流电路工作状态增多；晶闸管di/dt减小，有助于晶闸管安全导通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管di/dt。换相时晶闸管电压浮现缺口，产生正 du/di，也许使晶闸管误导通，为此，必要加吸取电路。换相使电网电压浮现缺口，成为干扰源。4. 在三相桥式整流电路中，为什么三相电压六个交点就是相应桥臂自然换流（相）点？（请以a、b两相电压正半周交点为例，阐明自然换向原理）答：三相桥式整流电路中，每只二级管承受是相邻二相线电压，承受正向电压时导通，反向电压时截止。三相电压六个交点是其各线电压过零点，是二级管承受正反向电压分界点，因此，是相应桥臂自然换流点。5. 试述斩波电路时间比控制方式中三种控制模式？答：斩波电路时间比控制方式中三种控制模式为：（1）定频调宽控制模式定频就是指开关元件开、关频率固定不变，也就是开、关周期T固定不变，调宽是指通过变化斩波电路开关元件导通时间Ton来变化导通比Kt值，从而变化输出电压平均值。（2）定宽调频控制模式定宽就是斩波电路开关元件导通时间Ton固定不变，调频是指用变化开关元件开关周期T来变化导通比Kt。（3）调频调宽混合控制模式这种方式是前两种控制方式综合，是指在控制驱动过程中，即变化开关周期T，又变化斩波电路导通时间Ton控制方式。通惯用于需要大幅度变化输出电压数值场合.6. SPWM调制方式是如何实现变压功能？又是如何实现变频功能？答：变化调制比M可以变化输出电压uO基波幅值，因此，SPWM调制是通过变化调制波ur幅值实现变压功能。变化正弦调制波频率时，可以变化输出电压u0基波频率，因此，SPWM调制是通过变化调制波ur频率实现变频功能。(2) 晶闸管重要动静态性能参数是哪些？晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断因素是什么？答：静态性能指标：电压定额：断态重复峰值电压、反向重复峰值电压、通态电压。电流定额：通态平均电流、维持电流、擎住电流、浪涌电流。动态参数：开通时间、关断时间、断态电压临界上升率、通态电流临界上升率。晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断因素是：a：刚刚导通后电流不大于擎住电流，脉冲撤除后晶闸管关断；b：完全导通后，由于电路电流不大于维持电流，晶闸管关断。(3) 变压器漏感对整流电路影响是什么？答：a：浮现换相重叠角,整流输出电压平均值Ud减少。b：整流电路工作状态增多。c：晶体管di/dt减小,有助于晶闸管安全开通。d：换相时晶闸管电压浮现缺口,产生正du/dt,也许使晶闸管误导通,为此必要加吸取电路。.e：换相使电网电压浮现缺口,成为干扰源。(4) 什么是逆变失败，逆变失败因素是什么？答：逆变失败指是：逆变过程中因某种因素使换流失败，该关断器件末关断，该导通器件末导通。从而使逆变桥进入整流状态，导致两电源顺向联接，形成短路。逆变失败会在逆变桥与逆变电源之间产生强大环流，损坏开关器件。产生逆变失败因素：（1）触发电路工作不可靠，导致脉冲丢失、脉冲延迟等。（2）晶闸管发生故障，失去正常通断能力。（3）交流电源发生异常现象，如断电、缺相、或电压过低。（4）换相裕量角局限性，晶闸管不能可靠关断。(5) 阐明下图单相半桥电压逆变电路中二极管VD1和VD2作用。答：VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈，VD1、VD2称为反馈二极管,还使io持续，又称续流二极管。三、 分析计算题：1、 在下图中，E=50V，R=0.5，L=0.5H，晶闸管擎住电流为15mA,要使晶闸管导通，门极触发电流脉冲宽度至少应为多少？解：晶闸管导通后，主回路电压方程为 主电路电流按下式由零上升 晶闸管要维持导通，id必要上升达到擎住电流值以上，在此期间，门极脉冲应继续维持，将Id=15mA代入，得 取， t150s。因此，门极触发电流脉冲宽度至少应不不大于150s。2、 三相桥式整流电路，U2=100V，带电阻电感负载R=50，L值极大，当=60度时，计算Ud,Id,IdT和Ivt。单相桥式全控整流：3、 分析单相电压型逆变器移相调压工作原理。调节输出频率：图中所使用都是全控器件，变化开关1、4，2、3切换频率，则输出交流电频率随着变化。变化移相电压角度，则可以变化输出电压幅值。4、分析滞环比较方式电流跟踪控制工作原理。基本原理：1、把指令电流i*和实际输出电流i偏差i*-i作为滞环比较器输入2、通过比较器输出控制器件V1和V2通断3、VD1通时，i增大4、VD2通时，i减小5、通过环宽为2I滞环比较器控制，i就在i*+I和i*-I范畴内，呈锯齿状地跟踪指令电流i*某一电热装置（电阻性负载），规定直流平均电压为75V，电流为20A，采用单相半波可控整流电路直接从220V交流电网供电。计算晶闸管控制角、导通角、负载电流有效值，解：(1)整流输出平均电压 d= = cos=则控制角60 导通角=-=120 (2).负载电流平均值 Id=20(A) 则 RUdId7520=3.75 负载电流有效值I，即为晶闸管电流有效值IV1，因此I=IV1=37.6(A)分析下图示升压斩波电路原理并计算，已知E=50V，负载电阻R=20，L值和C值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40s，ton=25s时，计算输出电压平均值U0，输出电流平均值I0。解： 开关元件导通（模式1）时，电感L储能，负载R上电压uo和电流io由电容器C上电压uc提供。开关元件关断（模式2）时，直流电源Ud和电感L储能向负载R和电容器C提供能量，电容器C充电。因而，可达到输出平均直流电压高于电源输入直流电压。输出电压平均值Uo为其中，Ton为导通时间，T为开关周期，Kt为导通比。 设流过晶闸管周期电流波形如下图所示，其最大值均为Im，当采用额定电流为200A晶闸管，当不考虑安全余量时，所能送出平均电流为多少?相应电流最大值是多少？(7分)。(在环境温度为40和规定散热冷却条件下，晶闸管在电阻性负载单相、工频正弦半波导电、结温稳定在额定值125时，所相应通态平均电流值定义为晶闸管额定电流。因而当晶闸管额定电流为200A时，其容许通过电流有效值为314A。)解：电流平均值：Idb= 电流有效值Ia=200A晶闸管容许通过电流有效值为314A，因而相应电流最大值为314*A，所能送出平均电流IDb=314/ =181A。三相全控桥整流电路，带阻感负载，U2100V，R10W，wLR R，求当a30oo时，输出电压平均值Ud，输出电流平均值Id，变压器二次侧电流有效值I2。 （8分）解： 整流变压器二次侧电流为正负半周各宽120、前沿相差180矩形波，其有效值为：分析负载换流原理。解：由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation）。电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性工作状态。 4个臂切换仅使电流途径变化，负载电流基本呈矩形波。 负载工作在对基波电流接近并联谐振状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦。 t1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，uo、io均为正，VT2、VT3电压即为uo。 t1时：触发VT2、VT3使其开通，uo加到VT4、VT1上使其承受反压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2。 t1必要在uo过零前并留有足够裕量，才干使换流顺利完毕。一台电炉额定功率为1000W，由220V单相交流供电，为了实现电炉功率可变，采用双向可控硅采用移相触发调节电炉供电电压，请画出电路图，根据下面波形图和给定计算公式，计算当电炉需要功率为500W时，双向晶闸管触发角是多少？此时电炉电流有效值是多少？解：电路图：随便找一种最简朴调光台灯电路。计算电炉等值电阻：计算当功率变为500W时需要电压值：计算触发角：电流有效值：请从VT1向VT3换流过程分析入手，阐明题图所示串联二极管式晶闸管逆变电路换流过程。解：假设以从VT1向VT3换流过程进行分析：假设换流前VT1和VT2导通，C13电压UC0左正右负。如图a所示。换流阶段分为恒流放电和二极管换流两个阶段。t1时刻触发VT3导通，VT1被施以反压而关断。Id从VT1换到VT3，C13通过VD1、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电，放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段。如图b所示。uC13下降到零之前，VT1承受反压，反压时间不不大于tq就能保证关断。t2时刻uC13降到零，之后C13反向充电。忽视负载电阻压降，则二极管VD3导通，电流为iV，VD1电流为iU=Id-iV，VD1和VD3同步通，进入二极管换流阶段。随着C13电压增高，充电电流渐小，iV渐大，t3时刻iU减到零，iV=Id，VD1承受反压而关断，二极管换流阶段结束。t3后来，VT2、VT3稳定导通阶段。绘制单相桥式SPWM逆变电路产生单极性SPWM波形图和双极性SPWM波形图并阐明其调制原理解：一方面画出逆变电路产生单极性SPWM波形图：在ur和uc交点时刻控制IGBT通断ur正半周，V1保持通，V2保持断。当uruc时使V4通，V3断，uo=Ud 。当uruc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如io0，V1和V4通，如io0，VD1和VD4通， uo=Ud 。当uruc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。如io0，VD2和VD3通，uo=-Ud 。四、作图题1. 绘出晶闸管阳极伏安特性曲线，标注出重要参数并阐明其意义。2. 三相半波可控整流带电阻性负载绘制电路图及触发角为30度电路波形图。