電力電子技術(shù)期末復(fù)習(xí)題及其答案

第一章復(fù)習(xí)題1.使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通。2維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答：（1）維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流。 （2）若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。3.GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，為什么GTO能夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不能？答：（1）GTO在設(shè)計(jì)時(shí)，a2較大，這樣晶體管v2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷； （2）GTO導(dǎo)通時(shí)a1+a2的更接近于1，普通晶閘管a1+a21.5，而GTO則為約等于1.05，GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門(mén)極控制提供了有利條件； （3）多元集成結(jié)構(gòu)每個(gè)GTO元陰極面積很小，門(mén)極和陰極間的距離大為縮短，使得p2極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門(mén)極抽出較大的電流成為可能。4如何防止電力MOSFET因靜電感應(yīng)引起的損壞？答：（1）一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接； （2）裝配時(shí)人體，工作臺(tái)，電烙鐵必須接地，測(cè)試時(shí)所有儀器外殼必須接地； （3）電路中，柵，源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過(guò)高。 （4）漏，源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過(guò)電壓。5.IGBT,GTR,GTO和電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)？答：IGBT驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專(zhuān)用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。 GTR驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定的過(guò)沖，這樣可加速開(kāi)通過(guò)程，減小開(kāi)通損耗，關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。 GTO驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門(mén)極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門(mén)極反偏電路三部分。 電力MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。6.全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析RCD緩沖電路中各元件的作用。答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓，du/dt或過(guò)電流和di/dt，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開(kāi)通時(shí)，Cs經(jīng)Rs放電，Rs起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)VDs從Cs分流，使du/dt減小，抑制過(guò)電壓。7.試說(shuō)明IGBT,GTR,GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn)。（第7題答案）1、請(qǐng)?jiān)谡_的空格內(nèi)標(biāo)出下面元件的簡(jiǎn)稱(chēng)： 電力晶體管GTR；可關(guān)斷晶閘管GTO；功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET；絕緣柵雙極型晶體管IGBT ；IGBT是MOSFET 和GTR的復(fù)合管。 2、晶閘管對(duì)觸發(fā)脈沖的要求是要有足夠的驅(qū)動(dòng)功率 、觸發(fā)脈沖前沿要陡幅值要高和觸發(fā)脈沖要與晶閘管陽(yáng)極電壓同步。 3、多個(gè)晶閘管相并聯(lián)時(shí)必須考慮均流的問(wèn)題，解決的方法是串專(zhuān)用均流電抗器。 4、在電力晶閘管電路中，常用的過(guò)電流保護(hù)措施有快速熔斷器 、 串進(jìn)線(xiàn)電抗器、 接入直流快速開(kāi)關(guān) 、 過(guò)電流繼電器。（寫(xiě)出四種即可） 5、晶閘管是硅晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，常用的有普通晶閘管與門(mén)極可斷晶閘管。6、電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān) 狀態(tài)。7、為了保證晶閘管可靠與迅速地關(guān)斷，通常在管子陽(yáng)極電壓降為0之后，加一段時(shí)間 反向 電壓。8、選用晶閘管的額定電壓值應(yīng)比實(shí)際工作時(shí)的最大電壓大2-3 倍，使其有一定的電壓裕量。9、選用晶閘管的額定電流時(shí)，根據(jù)實(shí)際最大電流計(jì)算后至少還要乘以1.5-2 倍。10、在螺栓式晶閘管上有螺栓的一端是陽(yáng)極 。11、普通晶閘管的圖形符號(hào)是： 三個(gè)電極分別是陽(yáng)極A 陰極K 和門(mén)極G 晶閘管的導(dǎo)通條件是承受正向電壓，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下，關(guān)斷條件 利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值一下。12、可關(guān)斷晶閘管的圖形符號(hào)是： 電力場(chǎng)效應(yīng)管的圖形符號(hào)是：絕緣柵雙極晶體管的圖形符號(hào)： 電力晶體管的圖形符號(hào)是：13、絕緣柵雙極晶體管是G作為柵極E作為發(fā)射極與集電極C復(fù)合而成。14、1、雙向晶閘管的圖形符號(hào)是 ，三個(gè)電極分別是第一陽(yáng)極T1，第二陽(yáng)極T2 和門(mén)極G；雙向晶閘管的的觸發(fā)方式有I+ 、 I-、III+ 、 III.。15、一般操作過(guò)電壓都是瞬時(shí)引起的尖峰電壓，經(jīng)常使用的保護(hù)方法是RC過(guò)電壓抑制電路而對(duì)于能量較大的過(guò)電壓還需要設(shè)置非線(xiàn)性電阻保護(hù)，目前常用的方法有雪崩二極管和金屬氧化物壓敏電阻 。16、在電力晶閘管電路中，常用的過(guò)電流保護(hù)措施有快速熔斷器 、 串進(jìn)線(xiàn)電抗器、 接入直流快速開(kāi)關(guān) 、 過(guò)電流繼電器。（寫(xiě)出四種即可）17、給晶閘管陽(yáng)極加上一定的正向電壓在門(mén)極加上正向電壓，并形成足夠的門(mén)極電流，晶體管才能導(dǎo)通。18、對(duì)變流電路實(shí)施過(guò)電壓保護(hù)時(shí)，過(guò)電壓保護(hù)用到的主要原件有：電阻、電容、二極管、電感。 第二章復(fù)習(xí)題1、 雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要不同？答：雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比，在采用相同晶閘管的條件下，雙反星形電路的輸出電流可大一倍。2、 指出造成逆變失敗的幾種主要原因？答：（1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶體管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相，使交流電源電壓和直流電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，形成短路。（2）晶閘管發(fā)生故障，在應(yīng)該阻斷期間，器件失去阻斷能力，或在應(yīng)該導(dǎo)通期間，器件不能導(dǎo)通，造成逆變失敗。（3）在逆變工作時(shí)，交流電源發(fā)生缺相或突然消失，由于直流電動(dòng)勢(shì)Em的存在，晶閘管仍可導(dǎo)通，此時(shí)交流器的交流側(cè)由于失去了同直流電動(dòng)勢(shì)極性相反的交流電壓，因此直流電動(dòng)勢(shì)將通過(guò)晶閘管使電路短路。（4）換相的裕量角不足，引起換相失敗，應(yīng)考慮變壓器漏抗引起重疊角對(duì)逆變電路換相的影響。3、實(shí)現(xiàn)有源逆變必須滿(mǎn)足哪兩個(gè)必不可少的條件？答：（1）要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓。（2）要求晶閘管的控制角a/2，使Ud為負(fù)值。4、晶閘管觸發(fā)的觸發(fā)脈沖需要滿(mǎn)足哪幾項(xiàng)基本要求？答：、A:觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率。B：觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖前沿盡可能陡，使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽(yáng)極電流能迅速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。C：觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿(mǎn)足電路要求。5、實(shí)現(xiàn)正確觸發(fā)的同步定相的方法步驟有哪些？答：A：根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，確定同步信號(hào)電壓us與對(duì)應(yīng)晶閘管陽(yáng)極電壓之間的相位關(guān)系。 B：根據(jù)整流變壓器TS的接法與鐘點(diǎn)數(shù)，以電網(wǎng)某線(xiàn)電壓作參考矢量，畫(huà)出整流變壓器二次側(cè)也就是晶閘管陽(yáng)極電壓的矢量。再根據(jù)A確定同步信號(hào)US與晶閘管陽(yáng)極電壓的相位關(guān)系，畫(huà)出對(duì)應(yīng)的同步相電壓矢量和同步線(xiàn)電壓的矢量。 C：根據(jù)同步變壓器二次線(xiàn)電壓矢量位置，定出同步變壓器TS的鐘點(diǎn)數(shù)和接法。只需把同步變壓器二次電壓Usu、Usv、Usw分別接到VT1，VT3，VT5管的觸發(fā)電路；Us(-U)、Us(-v)、Us(-w)分別接到VT4、VT6、VT2的觸發(fā)電路，與主電路的各個(gè)符號(hào)完全對(duì)應(yīng)，即能保證觸發(fā)脈沖與主電路同步。6、單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載。當(dāng)控制角=90時(shí)，畫(huà)出：負(fù)載電壓ud、晶閘管VT1電壓uVT1、整流二極管VD2電壓uVD2，在一周期內(nèi)的電壓波形圖7、晶閘管對(duì)觸發(fā)電路有哪些要求？8、三相半波整流電路，將整流變壓器的二次繞組均分為兩段，每段的電動(dòng)勢(shì)相同，接成兩折接法，其分段布置及矢量圖如圖所示，問(wèn)變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么？解：三相半波可控整流電路，當(dāng)變壓器二次繞組分成兩組，按本題圖示曲折接線(xiàn)，及矢量圖所示。變壓器二次繞組中，同一相的兩個(gè)繞阻的電流，方向相反大小相等，因而形成的磁通，方向也相反、磁通量大小也會(huì)相等。這樣變壓器鐵心中就不會(huì)存在直流磁通，自然就不會(huì)被直流磁化了。9、什么是逆變失??？逆變失敗后有什么后果？形成的原因是什么？解：逆變失敗指的是：逆變過(guò)程中因某種原因使換流失敗，該關(guān)斷的器件末關(guān)斷，該導(dǎo)通的器件末導(dǎo)通。從而使逆變橋進(jìn)入整流狀態(tài)，造成兩電源順向聯(lián)接，形成短路。逆變失敗后果是嚴(yán)重的，會(huì)在逆變橋與逆變電源之間產(chǎn)生強(qiáng)大的環(huán)流，損壞開(kāi)關(guān)器件。產(chǎn)生逆變失敗的原因：一是逆變角太??；二是出現(xiàn)觸發(fā)脈沖丟失；三是主電路器件損壞；四是電源缺相等。10、 實(shí)現(xiàn)有源逆變必須滿(mǎn)足哪些必不可少的條件？（6分）答1、 實(shí)現(xiàn)有源逆變必須外接一直流電源，其方向與晶閘管電流方向相同，其數(shù)值要稍大于逆變橋電壓，才能提供逆變能量。另外變流器必須工作在90）區(qū)域，使Udm所以輸出電流連續(xù)。 此時(shí)輸出平均電壓為Uo =25(V) 輸出平均電流為Io =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為Imax=30.19(A)Imin=29.81(A)當(dāng)ton=3s時(shí)，采用同樣的方法可以得出：=0.0015 由于=0.149m所以輸出電流仍然連續(xù)。 此時(shí)輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時(shí)值分別為：Uo =15(V)Io =10(A)Imax=10.13(A)Imin=9.873(A)4簡(jiǎn)述圖3-2a所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值Uo。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：化簡(jiǎn)得：式中的，輸出電壓高于電源電壓，故稱(chēng)該電路為升壓斬波電路。1、在電流型逆變器中，輸出電壓波形為正弦波，輸出電流波形為方波 。 2、180導(dǎo)電型三相橋式逆變電路，晶閘管換相是在 同一橋臂 上的上、下二個(gè)元件之間進(jìn)行；而120o導(dǎo)電型三相橋式逆變電路，晶閘管換相是在不同橋臂上的元件之間進(jìn)行的。3、 在有環(huán)流逆變系統(tǒng)中，環(huán)流指的是只流經(jīng) 逆變電源、逆變橋而不流經(jīng)負(fù)載的電流。環(huán)流可在電路中加電抗器來(lái)限制。為了減小環(huán)流一般采控用控制角大于 的工作方式。 4、通常變流電路實(shí)現(xiàn)換流的方式有器件換流，電網(wǎng)換流，負(fù)載換流，強(qiáng)迫換流，四種。5、 在有環(huán)流逆變系統(tǒng)中，環(huán)流指的是只流經(jīng) 逆變電源、逆變橋而不流經(jīng)負(fù)載的電流。環(huán)流可在電路中加電抗器來(lái)限制。為了減小環(huán)流一般采控用控制角大于 的工作方式。6、變頻電路常用的換流方式有負(fù)載諧振換流、脈沖（強(qiáng)迫）換流 兩種。7、逆變器按直流側(cè)提供的電源的性質(zhì)來(lái)分，可分為 型逆變器和 型逆變器。電壓型逆變器直流側(cè)是電壓源，通常由可控整流輸出在最靠近逆變橋側(cè)用 器進(jìn)行濾波，電壓型三相橋式逆變電路的換流是在橋路的 原件之間換流，每只晶閘管導(dǎo)電的角度是 度；而電流型逆變器直流側(cè)是電流源，由可控整流輸出在最靠近逆變橋側(cè)是由 濾波，電流型三相橋式逆變電路換流是在原件之間換流，每次晶閘管導(dǎo)電的角度是 度。8、PWM脈寬調(diào)制型變頻電路的基本原理：對(duì)逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行有規(guī)律的調(diào)劑，使輸出端得到 脈沖來(lái)等效正弦波。9、直流斬波電路在改變負(fù)載的直流電壓時(shí)，常用控制方式有 、 、 、三種10、PWM逆變電路的控制方式有 、 、 、 、11、PWM逆變電路的控制方法有計(jì)算法，調(diào)制法，跟蹤控制法 三種。其中調(diào)制法又可分為異步調(diào)控法，同步調(diào)控法 兩種。13、14.PWM逆變電路的控制方法主要有哪幾種？簡(jiǎn)述異步調(diào)制與同步調(diào)制各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？解：PWM逆變電路的常用控制方法有兩種，一是計(jì)算法；二是調(diào)制法。其中調(diào)制法又可分為兩種，一是異步調(diào)制法；二是同步調(diào)制法。通常異步調(diào)制法是保持載波頻率不變，信號(hào)頻率根據(jù)需要而改變時(shí)，載波比是變化的。優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)頻率較低時(shí)載波比較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，輸出較接近正弦波。缺點(diǎn)是：正負(fù)半周脈沖數(shù)不相等，對(duì)稱(chēng)性差。因此，希望采用較高的載波頻率，以克服在信號(hào)頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比。同步調(diào)制時(shí)，保持載波比為常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步變化。優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)波一周內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的，對(duì)稱(chēng)性好。缺點(diǎn)是：當(dāng)逆變頻率較低時(shí)，載波頻率也很低，造成調(diào)制諧波不易濾除；逆變頻率較高時(shí)，調(diào)制載波頻率也過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高而難以承受。15、電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒(méi)有反饋二極管？（7分） 電壓型逆變器當(dāng)交流側(cè)為阻感性負(fù)載時(shí)，需要向電源反饋無(wú)功功率。直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂開(kāi)關(guān)器件都反并聯(lián)了反饋二極管。而對(duì)電流型逆變器來(lái)說(shuō)，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)，也需要提供無(wú)功能量反饋，但直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用，因反饋無(wú)功能量時(shí)，直流電流并不反向，因此不必象電壓型逆變器那樣要給開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)二極管。16、17、18、指出下圖中各保護(hù)元件及VD、Ld的名稱(chēng)和作用。解：星形接法的硒堆過(guò)電壓保護(hù)；三角形