電力電子簡答題

1、電力電子簡答題1.簡述晶閘管導(dǎo)通的條件與關(guān)斷條件。答：在晶閘管陽極陰極之間加正向電壓，門極也加正向電壓，產(chǎn)生足夠的門極電流Ig，則晶閘管導(dǎo)通，其導(dǎo)通過程叫觸發(fā)。關(guān)斷條件：使流過晶閘管的陽極電流小于維持電流。 實(shí)現(xiàn)關(guān)斷的方式：1減小陽極電壓; 2增大負(fù)載阻抗。3加反向電壓2.述實(shí)現(xiàn)有源逆變的基本條件，并指出至少兩種引起有源逆變失敗的原因（7分）： 答： 直流側(cè)要有電動勢，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； 要求晶閘管的控制角/2，使Ud為負(fù)值，電路工作在逆變狀態(tài)原因：當(dāng)出現(xiàn)觸發(fā)脈沖丟失、晶閘管損壞或快速熔斷器燒斷、電源缺相等原因都會發(fā)生逆變失敗。當(dāng)逆變角太小時，

2、也會發(fā)生逆變失敗。不能實(shí)現(xiàn)有源逆變的電路有：半控橋電路，帶續(xù)流二極管的電路。3什么是逆變失??？失敗的后果？形成失敗的原因答：逆變失敗指的是：逆變過程中因某種原因使換流失敗，該關(guān)斷的器件未關(guān)斷，該導(dǎo)通的器件未導(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，會在逆變橋與逆變電源之間產(chǎn)生強(qiáng)大的環(huán)流，損壞開關(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。在電路結(jié)構(gòu)上，電感性負(fù)載電路，每個開關(guān)管必須反向并聯(lián)續(xù)流二級管17、簡述對觸發(fā)電路的三點(diǎn)要求。答：1）觸發(fā)電路輸出的脈沖應(yīng)具有足夠大的功率； 2）觸發(fā)電路必須滿足

3、主電路的移相要求； 3）觸發(fā)電路必須與主電路保持同步。18.對于正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM），什么是調(diào)制信號？什么是載波信號？何謂調(diào)制比？ 答：在正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）中，把希望輸出的波形稱作調(diào)制信號； 而對它進(jìn)行調(diào)制的三角波或鋸齒波稱為載波信號； 載波頻率fs與調(diào)制信號頻率f1之比，N= fs / f1稱為載波比。21.試說明SPWM控制的基本原理。答：PWM控制技術(shù)是控制半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷時間比，即調(diào)節(jié)脈沖寬度的或周期來控制輸出電壓的一種控制技術(shù)。用正弦基波電壓作為調(diào)制電壓，對它進(jìn)行調(diào)制的三角波稱為載波電壓，當(dāng)正弦基波與三角波相交時，通過比較二者之間的大小來控制逆變器開關(guān)的通

4、斷，從而獲得一系列等幅不等寬正比于正弦基波電壓的矩形波，這就是正弦脈寬調(diào)制方法（SPWM）。34.單相橋式全控整流電路和單相橋式半控整流電路接大電感負(fù)載，負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管的作用是什么？兩者的作用是否相同？ 答：（1）為了使交流電源電壓進(jìn)入負(fù)半周時，由續(xù)流二極管續(xù)流，使晶閘管關(guān)斷，提高整流輸出電壓的平均值（2）是為了避免失控現(xiàn)象的發(fā)生，保證整流電路的安全運(yùn)行。27.3、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有反饋二極管？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各

5、臂都并聯(lián)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓與電流的極性相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓與電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時，電流并不反向，依然經(jīng)電路中的控開關(guān)器件流通，因此不需要并聯(lián)二極管。4、電壓型逆變電路的主要特點(diǎn)是什么？ 答：(1) 直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動； (2) 輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同； (3) 阻感負(fù)載時需提供無功。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。49.什么是PWM控制？答

6、：它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。可以通過調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制電流的目的。48.什么是換流（相）？換流（相）的四種方式是什么？答：換流指電力電子電路中支路間電流的轉(zhuǎn)移。 電網(wǎng)換流：換流電壓取自交流電網(wǎng)。 負(fù)載換流：換流電壓取自呈容性的負(fù)載端電壓。 器件換流：利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。 強(qiáng)迫換流：換流電壓由附加的獨(dú)立電路產(chǎn)生。晶閘管電路不能用器件換流，根據(jù)電路形式采用電網(wǎng)換流、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流3種方式。37.什么是控制角？導(dǎo)通角？為什么一定要在

7、晶閘管承受正向電壓時觸發(fā)晶閘管？答：（1）把晶閘管承受正壓起到觸發(fā)導(dǎo)通之間的電度角稱為控制角。 （2）晶閘管一個周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角。 （3）晶體管的性能與三極管性能差不多，都是在正向壓降觸發(fā)導(dǎo)通，反向截止。56、什么是換相重疊角？換相重疊角是什么原因造成的？答:在三相整流電路中，由于換相過程持續(xù)的時間電角度，稱為換相重疊角。由于變壓器漏抗對電路的影響，造成換流電路中的電流不能發(fā)生突變引起的換相重疊角。41.換相重疊角的產(chǎn)生給逆變電路帶來哪些不利影響？ 答：（1）由于變壓器漏感和線路電感等因素的影響，晶閘管的換流（換相）不能瞬時完成，均需一定的時間即換相重疊角所對應(yīng)的時間。 （2）如果

8、逆變角，將使換相不能完成，造成逆變失敗。 6、BOOST升壓電路中，電感L、電容C與二極管的作用是什么？ 答：儲存電能升壓；保持輸出電壓穩(wěn)定。7.什么是軟開關(guān)？采用軟開關(guān)技術(shù)的目的是什么？答:通過在電路中增加小電感、小電容等諧振元件，在開關(guān)過程中實(shí)現(xiàn)零電壓開通，零電流關(guān)斷，消除電壓、電流的重疊。降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，這樣的電路稱為軟開關(guān)電路，具有該開關(guān)過程的開關(guān)稱為軟開關(guān)，目的是進(jìn)一步提高開關(guān)頻率和減少損耗。57.簡述降壓斬波電路的工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓 V導(dǎo)通一段時間ton，由電源 E 向 L、R、M供電，在此期間，uoE。然后使V關(guān)斷一段時間toff，此時

9、電感 L通過二極管 VD 向 R和M供電，uo0。一個周期內(nèi)的平均電壓。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。7、變壓器漏感對整流電路有什么影響？ 答：出現(xiàn)換相重疊角，整流輸出電壓平均值Ud降低；整流電路的工作狀態(tài)增多； 晶閘管的di/dt 減小，有利于晶閘管的安全開通；有時人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt；換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路。換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。（2分）8.：對IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表： 器 件優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，

10、通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小開關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTOGTR耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在二次擊穿問題GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低電 力MOSFET開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置5、某一晶閘管，額定電壓為30

11、0V，額定電流為100A，維持電流為4mA，使用在下圖所示的各電路中是否合理?說明其理由。(不考慮電壓、電流裕量) 答：圖a不合理（1分），電流小于維持電流（2分）圖b不合理（1分），最高電壓大于額定電壓（1分）圖c合理（1分），電流為150A小于1001.57（2分）9、試分析下圖間接交流變流電路的工作原理，并說明其局限性。答：圖是帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路，它在中間直流電容兩端并聯(lián)一個由電力晶體管V0和能耗電阻R0組成的泵升電壓限制電路。當(dāng)泵升電壓超過一定數(shù)值時，使V0導(dǎo)通，把從負(fù)載反饋的能量消耗在R0上。其局限性是當(dāng)負(fù)載為交流電動機(jī)，并且要求電動機(jī)頻繁快速加減速時，電路

12、中消耗的能量較多，能耗電阻R0也需要較大功率，反饋的能量都消耗在電阻上，不能得到利用。12.晶閘管變流裝置中為什么在主電路上要加入整流變壓器進(jìn)行降壓？ 答：采用整流變壓器降壓后可以使晶閘管工作在一個合適的電壓上，可以使晶閘管的電壓定額下降，還可以使晶閘管工作于小控制角，這有利于減少波形系數(shù)，提高晶閘管的利用率，實(shí)際上也減少的晶閘管的電流定額，另外由于控制角小，這對變流裝置的功率因素的提高也大為有利。13.單相電壓型逆變電路中，電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載對輸出電壓、電流有何影響？電路結(jié)構(gòu)有哪些變化？ 答：電阻性負(fù)載時，輸出電壓和輸出電流同相位，波形相似，均為正負(fù)矩形波。電感性負(fù)載時，輸出電壓為正負(fù)矩

13、形波，輸出電流近似為正弦波，相位滯后于輸出電壓，滯后的角度取決于負(fù)載中電感的大小。16.什么是直流斬波電路？ 答：直流斬波電路是將直流電源的恒定直流電壓通過電力電子器件的開關(guān)作用變換為可調(diào)直流電壓的裝置。19.什么是可控整流?它是利用晶閘管的哪些特性來實(shí)現(xiàn)的? 答：將交流電通過電力電子器件變換成大小可以調(diào)節(jié)的直流電的過程稱為可控整流。 可控整流主要利用了晶閘管的單向可控導(dǎo)電特性。20.電壓源型變頻器和電流源型變頻器的區(qū)別是什么？ 答：電流型變頻器的直流環(huán)節(jié)是電感器，而電壓型變頻器的直流環(huán)節(jié)是電容器。電壓型變頻器不能工作于再生制動狀態(tài)，因?yàn)殡娙輧啥穗妷翰荒苘S變。22.試簡述三相半控橋式整流電路與

14、三相全控橋式整流電路的特點(diǎn)。答：三相全控橋式整流電路采用6只晶閘管構(gòu)成，而三相半控橋式整流電路采用三只晶閘管和三只二極管構(gòu)成；三相全控橋可以工作在有源逆變狀態(tài)，而三相半控橋只能工作在整流狀態(tài)；三相半控橋可能會出現(xiàn)失控現(xiàn)象，而全控橋不會。23.在三相半波可控整流電路中，如果控制脈沖出現(xiàn)在自然換流點(diǎn)以前，可能會出現(xiàn)什么情況？能否換相?答：在三相半波可控整流電路中，如果每只晶閘管采用獨(dú)立的觸發(fā)電路，那么控制脈沖出現(xiàn)在自然換流點(diǎn)以前，電路將停止工作；如果三只晶閘管采用同一個觸發(fā)電路（對共陰極連接），則控制脈沖出現(xiàn)在自然換流點(diǎn)以前，電路仍然能正常換相，但此時的控制角較大，輸出電壓較低。24.在三相全控橋

15、式有源逆變電路中，以連接于A相的共陽極組晶閘管V14為例說明，在一個周期中，其導(dǎo)通及關(guān)斷期間兩端承受電壓波形的規(guī)律。答：共陽極組三只晶閘管輪流導(dǎo)通1200，其順序是VT4VT6VT2。所以，當(dāng)VT4導(dǎo)通時，兩端電壓為零；當(dāng)VT6導(dǎo)通時，VT4兩端電壓為線電壓uvu；當(dāng)VT2導(dǎo)通時，VT4兩端電壓為線電壓uwu。25.三相半控橋與三相全控整流電路相比有哪些特點(diǎn)？答：三相半控橋式整流電路是把全控橋中共陽極組的3個晶閘管換成整流二極管，其顯著特點(diǎn)是共陰極組元件必須觸發(fā)才能換流；共陽極元件總是在自然換流點(diǎn)換流。一周期中仍然換流6次，3次為自然換流，其余3次為觸發(fā)換流，這是與全控橋根本的區(qū)別。改變共陰極

16、組晶閘管的控制角，仍可獲得02.34U2的直流可調(diào)電壓。三相半控橋式整流電路只需三套觸發(fā)電路、不需要寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)、線路簡單經(jīng)濟(jì)、調(diào)整方便。電路結(jié)構(gòu)比三相全控橋更簡單、經(jīng)濟(jì)，而帶電阻性負(fù)載時性能并不比全控橋差。所以多用在中等容量或不要求可逆拖動的電力裝置中26.什么是晶閘管交流開關(guān)？交流調(diào)壓器的晶閘管常用哪些方式控制？答：如果令交流調(diào)壓器中的晶閘管在交流電壓自然過零時關(guān)斷或?qū)?，則稱之為晶閘管交流開關(guān)。交流調(diào)壓器中的晶閘管有兩種控制方式：(1)相位控制在電源電壓的每一周期，在選定的時刻將負(fù)載與電源接通，改變選定的時刻即可達(dá)到調(diào)壓的目的，即相控方式；(2)通-斷控制將晶閘管作為開關(guān)，使負(fù)載與

17、電源接通若干周波，然后再斷開一定的周波，通過改變通斷的時間比達(dá)到調(diào)壓的目的。有全周波連續(xù)式和全周波間隔式兩種形式。28.如何區(qū)分電壓源型和電流源型變頻器？答：電壓源型變頻器：交-直-交變頻器中，直流部分采用大電容器濾波，理想情況下直流電壓波形為一直線，可看作是一個內(nèi)阻為零的電壓源，再經(jīng)逆變器輸出交流電壓波形；交-交變頻器雖無濾波電容器，但是交流電源系統(tǒng)的阻抗很低。電流源型變頻器：交-直-交變頻器中采用大電感濾波，其直流電流波形較平直，可看作是一個電流源；交-交變頻器在輸出端接有電抗器。兩種類型變頻器的區(qū)別在于濾波器形式的不同，于是在用途上也各不相同：電壓源型變頻器因電容器上的電壓不能突變，所以

18、對電壓控制響應(yīng)慢，對調(diào)整型負(fù)載動態(tài)響應(yīng)慢，適于多臺電動機(jī)同步運(yùn)行的電源，且無快速加減速的負(fù)載；電流型變頻器因?yàn)V波電感上的電流不能突變，雖對負(fù)載變化反應(yīng)慢，但對系統(tǒng)調(diào)速的動態(tài)響應(yīng)靈敏，因而適于單臺變頻器配用單臺電動機(jī)的系統(tǒng)，可滿足快速起動、制動和可逆運(yùn)行的要求。如果將不可控整流改成可控整流，還可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的回饋制動。31.什么叫過電流？過電流產(chǎn)生的原因是什么？答：當(dāng)流過晶閘管的電流大大超過其正常工作電流時，稱為過電流。產(chǎn)生的原因有：（1）直流側(cè)短路；（2）機(jī)械過載；（3）可逆系統(tǒng)中產(chǎn)生環(huán)流或者逆變失??；（4）電路中管子誤導(dǎo)通及管子擊穿短路等。 32.IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅(qū)

19、動電路各有什么特點(diǎn)?。IGBT驅(qū)動電路的特點(diǎn)是:驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻,GBT是電壓驅(qū)動型器件,IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器。 GTR驅(qū)動電路的特點(diǎn)是:驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電流有足夠陡的前沿,并有一定的過沖,這樣可加速開通過程,減小開通損耗,關(guān)斷時,驅(qū)動電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動電流,并加反偏截止電壓,以加速關(guān)斷速度。 GTO驅(qū)動電路的特點(diǎn)是:GTO要求其驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度,且一般需要在整個導(dǎo)通期間施加正門極電流,關(guān)斷需施加負(fù)門極電流,幅值和陡度要求更高,其驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路,關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分。 電力MOSFET驅(qū)動

20、電路的特點(diǎn):要求驅(qū)動電路具有較小的輸入電阻,驅(qū)動功率小且電路簡單。 36.變頻器由那些基本部分構(gòu)成？答：1)整流器。2)逆變器。3)中間直流環(huán)節(jié)。4)控制電路。 38.為什么半控橋的負(fù)載側(cè)并有續(xù)流管的電路不能實(shí)現(xiàn)有源逆變？ 答：由逆變可知，晶閘管半控橋式電路及具有續(xù)流二極管電路，它們不能輸出負(fù)電壓Ud固不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。 39.用單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路,當(dāng)移相到晶閘管達(dá)到某一導(dǎo)通角時,再繼續(xù)調(diào)大導(dǎo)通角時,忽然晶閘管變成全關(guān)斷是何原因? 答：單結(jié)晶體管導(dǎo)通后,如果由電源通過電位器加到發(fā)射極的電流超過谷點(diǎn)電流單結(jié)晶體管就關(guān)不了。這時，單結(jié)晶體管只產(chǎn)生一個脈沖，尚能保持晶閘管工作，但是若進(jìn)一步減小電位

21、器電阻，加大發(fā)射極電流，那么在同步電源的梯形波上升前沿發(fā)射極就與基極直通，電容沖不上電，不能發(fā)出觸發(fā)脈沖，晶閘管就全關(guān)斷了。 40.單相可控整流電路供電給電阻負(fù)載或蓄電池充電（反電勢負(fù)載），在控制角相同，負(fù)載電流平均值相等的條件下，哪一種負(fù)載晶閘管的額定電流值大一些？為什么？答：（1）反電動勢負(fù)載電路中晶閘管的額定電流大一些。因?yàn)楫?dāng)控制角為時，電阻性負(fù)載時，晶閘管的導(dǎo)通角-。 （2）而反電動勢式負(fù)載時，當(dāng)小于不導(dǎo)電角時，-2；當(dāng)大于不導(dǎo)電角時，晶閘管的導(dǎo)通角-。 （3）所以，反電動勢負(fù)載時的波形系數(shù)Kf1大于電阻性負(fù)載時的波形系數(shù)Kf2。當(dāng)負(fù)載電流平均值相等的條件下，反電動勢負(fù)載時的晶閘管電流

22、的有效值大于電阻性負(fù)載時的晶閘管電流的有效值。因此，反電動勢負(fù)載晶閘管的額定電流大一些。 42.如圖為單相橋式SPWM逆變器的主電路。試說明單極性控制方式在調(diào)制波ur的負(fù)半周的控制方法和工作過程?答：設(shè)ur為正弦調(diào)制，uc為負(fù)向三角形載波，在ur的負(fù)半周，關(guān)斷V31、V34、使V32始終受控導(dǎo)通，只控制V33。在uruc時，控制V33導(dǎo)通，輸出電壓u0為Ud，在uruc時，使V33關(guān)斷，輸出電壓為OV。 43.何謂斬波電路的直流調(diào)壓和直流調(diào)功原理？分別寫出降壓和升壓斬波電路直流輸出電壓U0電源電壓Ud的關(guān)系式? 答：（1）改變導(dǎo)通比D（Kt）即可改變直流平均輸出電壓U0又可改變負(fù)載上消耗功率的大小，這就是斬波電路的直流調(diào)壓和調(diào)功原理。 （2）降壓斬波電路。 （3）升壓斬波電路 44.脈寬可調(diào)的斬波電路如圖，說明電路中V12及L1、C、V22各有什么作用？V11承受反壓的時間由哪些參數(shù)決定? 答