國脈信息學(xué)院電力電子課程復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、電力電子技術(shù)復(fù)習(xí)（陳炳煌編）第1章 緒論 掌握電力電子技術(shù)的基本概念、學(xué)科地位、基本內(nèi)容，熟悉電力電子技術(shù)和發(fā)展歷史；熟悉電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍；熟悉電力電子技術(shù)的發(fā)展前景；深刻理解本課程的內(nèi)容、任務(wù)與要求?？己酥R點(diǎn)：電力電子技術(shù)的概念、電力電子器件的分類、電力電子電路的種類、電力電子技術(shù)的應(yīng)用。第2章 電力電子器件 第9章 電力電子器件應(yīng)用的共性問題 一、要求掌握的重點(diǎn)內(nèi)容：1、電力電子器件的特征和分類；2、半控型器件：晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理；3、典型全控型器件：門極可關(guān)斷晶閘管，電力晶體管，電力場效應(yīng)晶體管，絕緣柵雙極晶體管的結(jié)構(gòu)與工作原理；4、電力電子器件的保護(hù)；5、電力電子器件的驅(qū)動

2、電路。二、要求深到理解的內(nèi)容：1、不可控器件電力二極管的特性；2、晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管的基本特性；3、器件的串聯(lián)與并聯(lián)等；三、要求了解的內(nèi)容：1、晶閘管的主要參數(shù)；2、4種典型全控型器件的主要參數(shù)；3、其他新型電力電子器件的工作原理。四、難點(diǎn)：器件電流定額的確定，器件的正確選擇。五、考核知識點(diǎn)：電力電子器件的分類和特點(diǎn)；功率二極管的分類及各類的適用范圍；功率二極管的伏安特性；晶閘管的分類及特點(diǎn)；晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及符號；為什么晶閘管一旦導(dǎo)通，門極便失去控制作用；晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷條件；晶閘管的伏安特性；晶閘管的電壓定額和電流定額；IH、IL的

3、定義及其區(qū)別與聯(lián)系；晶閘管的主要派生器件有那些，它們都有什么特征；常見全控器件有幾種，請列舉出其名稱和符號，以及各種全控器件的優(yōu)缺點(diǎn)。六、本章重點(diǎn)難點(diǎn)分析有關(guān)晶閘管電流計(jì)算的問題：晶閘管是整流電路中用得比較多的一種電力電子器件，在進(jìn)行有關(guān)晶閘管的電流計(jì)算時(shí)，針對實(shí)際流過晶閘管的不同電流波形，應(yīng)根據(jù)電流有效值相等的原則選擇計(jì)算公式，即允許流過晶閘管的實(shí)際電流有效值應(yīng)等于額定電流IT對應(yīng)的電流有效值。利用公式I = kf×Id = 1.57IT進(jìn)行晶閘管電流計(jì)算時(shí)，一般可解決兩個(gè)方面的問題：一是已知晶閘管的實(shí)際工作條件（包括流過的電流波形、幅值等），確定所要選用的晶閘管額定電流值；二是已

4、知晶閘管的額定電流，根據(jù)實(shí)際工作情況，計(jì)算晶閘管的通流能力。前者屬于選用晶閘管的問題，后者屬于校核晶閘管的問題。計(jì)算與選擇晶閘管的額定電流解決這類問題的方法是：首先從題目的已知條件中，找出實(shí)際通過晶閘管的電流波形或有關(guān)參數(shù)（如電流幅值、觸發(fā)角等），據(jù)此算出通過晶閘管的實(shí)際電流有效值I，考慮（1.52）倍的安全裕量，算得額定電流為IT = (1.52) I /1.57，再根據(jù)IT值選擇相近電流系列的晶閘管。六、本章典型例題分析例2.1 晶閘管導(dǎo)通和關(guān)斷的條件是什么？解：晶閘管導(dǎo)通條件是：1）晶閘管陽極和陰極之間施加正向陽極電壓；2）晶閘管門極和陰極之間必須加上適當(dāng)?shù)恼蛎}沖電壓和電流。在晶閘管導(dǎo)

5、通后，門極就失去控制作用，欲使其關(guān)斷，只需將流過晶閘管的電流減小到其維持電流以下，可采用陽極加反向電壓、減小陽極電壓或增大回路阻抗等方式。例2.2 單相正弦交流電源，其電壓有效值為220V，晶閘管和電阻串聯(lián)相接，試計(jì)算晶閘管實(shí)際承受的正、反向電壓最大值是多少？考慮2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓如何選??？解：晶閘管所承受的正、反向電壓最大值為輸入正弦交流電源電壓的峰值：220= 311V；考慮2倍安全裕量，則晶閘管額定電壓不低于2×311=622V，可取為700V。第3章 整流電路一、要求掌握的重點(diǎn)內(nèi)容：1、單相可控整流電路：單相半波可控整流電路，單相橋式全控整流電路，單相橋式半控整流

6、電路。這三種可控整流電路在電阻性負(fù)載和大電感性負(fù)載(包括有無續(xù)流二極管)時(shí)的工作原理，波形分析和數(shù)量關(guān)系以及單相橋式半控整流電路在大電感性負(fù)載時(shí)的失控現(xiàn)象。2、三相可控整流電路：三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路。這兩種可控整流電路在電阻性負(fù)載和大電感性負(fù)載時(shí)的工作原理，波形分析和數(shù)量關(guān)系以及三相橋式全控整流電路對觸發(fā)電路的要求；3、變壓器漏感對整流電路的影響；4、整流電路的有源逆變工作狀態(tài)。二、要求深刻理解的內(nèi)容：1、整流電路在反電動勢負(fù)載時(shí)的工作情況，4、相控電路的驅(qū)動控制。三、要求了解的內(nèi)容：1、整流電路的諧波和功率因數(shù)。四、難點(diǎn)和重點(diǎn)：可控整流電路的波形分析和數(shù)量關(guān)系。五、考核

7、知識點(diǎn)：各類可控整流電路分析（包括電阻、電感、電動勢負(fù)載）；有源逆變電路的分析；半控橋式電路為什么會產(chǎn)生失控現(xiàn)象？如何避免？三相半波整流電路中整流變壓器接線形式及目的是什么？電感負(fù)載ud為何會出現(xiàn)負(fù)值；三相全控橋式電路對脈沖的相位和寬度有什么要求？ RE負(fù)載與R負(fù)載相比，Ud、 Id、IdVT、IVT有什么變化；RLE負(fù)載與R負(fù)載相比，Ud、 Id、IdVT、IVT、I2、P有無不同；交流回路電感效應(yīng)會產(chǎn)生什么影響；逆變、有源逆變、無源逆變的定義；逆變產(chǎn)生的條件；有源逆變的應(yīng)用；逆變失敗的定義和原因。六、本章重點(diǎn)難點(diǎn)分析波形分析法：整流電路的分析，通常采用波形分析法。所謂波形分析法，是指根據(jù)電

8、源電壓和控制角以及負(fù)載性質(zhì)，作出負(fù)載電壓、負(fù)載電流、整流元件的電壓和電流等波形圖，再由波形圖推導(dǎo)出該電路基本電量的計(jì)算公式和數(shù)量關(guān)系。具體來說，分析方法和步驟如下：1）繪出主電路原理圖，包括標(biāo)明交流電壓、各整流元件序號和負(fù)載性質(zhì)。2）畫出各相電壓或線電壓波形圖，并確定整流元件的自然換相點(diǎn)。3）根據(jù)控制角在相應(yīng)位置上繪出觸發(fā)脈沖，并標(biāo)明相應(yīng)序號。4）根據(jù)可控整流電路的工作原理，繪出負(fù)載電壓、負(fù)載電流、晶閘管電流以及晶閘管兩端電壓的波形，5）根據(jù)波形圖推導(dǎo)出基本電量的計(jì)算公式。變壓器漏抗對整流電路的影響：通常整流電路輸入端都接有整流變壓器，由于整流變壓器存在漏抗，在換相時(shí)，對整流電壓波形將產(chǎn)生影響

9、，不僅產(chǎn)生換相壓降，而且使相電壓和線電壓波形出現(xiàn)缺口，造成電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變。七、本章典型例題分析例3.1 接有續(xù)流二極管的單相半波可控整流電路，帶大電感負(fù)載，R=5，變壓器二次側(cè)電壓U2=220V。試計(jì)算當(dāng)觸發(fā)角分別為30°和60°時(shí)，流過晶閘管和續(xù)流二極管中電流的平均值和有效值；問在什么情況下，流過續(xù)流二極管的電流平均值大于流過晶閘管的電流平均值？解：1）當(dāng)= 30°時(shí)， 流過晶閘管的電流平均值為 流過晶閘管的電流有效值為 流過續(xù)流二極管的電流平均值為 流過續(xù)流二極管的電流有效值為 2）當(dāng)= 60°時(shí)， 流過晶閘管的電流平均值為 流過晶閘管的電流有效值

10、為 流過續(xù)流二極管的電流平均值為 流過續(xù)流二極管的電流有效值為 3）要使IdDIdT，由公式知，只需滿足，即0°例3.2 在單相橋式全控整流電路中，如果有一只晶閘管因?yàn)檫^流而燒成斷路，該電路的工作情況將如何？如果這只晶閘管被燒成短路，該電路的工作情況又會如何？答：如果有一只晶閘管因?yàn)檫^流而燒成斷路，則該單相橋式全控整流電路將作為單相半波可控整流電路工作；如果這只晶閘管被燒成短路，則會引起其他晶閘管因?qū)﹄娫炊搪范鵁龤?，?yán)重情況下甚至可能使整流變壓器因過流而損壞。因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，在變壓器二次側(cè)與晶閘管之間應(yīng)串聯(lián)快速熔斷絲，起到過流保護(hù)的作用。例3.3 單相橋式半控整流電路中續(xù)流二極管

11、的作用是什么？在何種情況下，流過續(xù)流二極管的電流平均值大于流過晶閘管的電流平均值？答：單相橋式半控整流電路中續(xù)流二極管的作用是：為感性負(fù)載中電感儲存的能量提供一條專門的釋放回路，以避免發(fā)生一只晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩只二極管輪流導(dǎo)通的“失控現(xiàn)象”。由公式知，流過續(xù)流二極管的電流平均值，流過晶閘管的電流平均值要使IdDIdT，則只需滿足，即例3.4 單相全控橋式整流電路，帶阻感負(fù)載，R = 1，L值很大，即滿足L>>R，U2 = 100V，當(dāng)= 600時(shí)，求：1）作出輸出電壓ud、輸出電流id、變壓器二次側(cè)電流i2的波形；2）求整流輸出平均電壓Ud、電流Id和二次側(cè)電流有效值I2；3）考慮

12、兩倍的安全裕量，選擇晶閘管的額定電壓和額定電流值。解：1)波形略2）Ud = 0.9U2Cos= 0.9×100×Cos60°= 45V Id = Ud / R = 45 / 1 = 45A I2 = Id = 45A3）晶閘管可能承受的最大電壓為UTM=141V，考慮2倍安全裕量,其值為282V，選額定電壓為300V的晶閘管流過晶閘管的電流有效值為IT =Id = 31.82A考慮2倍安全裕量時(shí)晶閘管的平均電流為ITAV = 2IT / 1.57 = 40.54A，選額定電流為50A的晶閘管第4章 逆變電路一、要求掌握的重點(diǎn)內(nèi)容：1、四種換流方式；2、電壓型逆變

13、電路：單相和三相逆變電路工作波形和電壓計(jì)算式。3、電流型逆變電路：單相和三相逆變電路工作波形和電壓電流計(jì)算式。二、要求一般理解的內(nèi)容：多重逆變電路和多電平逆變電路。三、難點(diǎn)：三相電流型逆變電路，多電平逆變電路。第5章 直流-直流變流電路一、要求掌握的重點(diǎn)內(nèi)容：基本斬波電路降壓、升壓、升降壓、Cuk斬波電路基本原理和主要電壓電流波形和計(jì)算式。二、要求深到理解的內(nèi)容是：復(fù)合斬波電路和多相多重?cái)夭娐返墓ぷ髟?；三、要求一般理解的?nèi)容：帶隔離的直流-直流變流電路；四、要求了解的內(nèi)容是Sepic和Zeta斬波電路。五、重點(diǎn)內(nèi)容是：降壓、升壓、升降壓斬波電路難點(diǎn)：根據(jù)電路工作原理分析，畫出各點(diǎn)的波形圖，

14、導(dǎo)出相關(guān)計(jì)算式。第6章 交流-交流變流電路一、要求掌握的重點(diǎn)內(nèi)容：1、單相交流調(diào)壓電路：電阻負(fù)載和阻感負(fù)載工作波形圖與相關(guān)波形計(jì)算式；2、三相交流調(diào)壓電路，星型聯(lián)結(jié)電路，帶電阻負(fù)載時(shí)改變控制角負(fù)載相電壓波形的變化情況；3、交流調(diào)功電路的工作特點(diǎn)；4、單相交交變頻電路：電路構(gòu)成和基本工作原理，整流與逆變工作狀態(tài)；5、三相交交變頻電路接線方式。二、要求一般理解的內(nèi)容：1、單相交流調(diào)壓電路諧波的特性；2、斬控式交流調(diào)壓電路；3、三相交流調(diào)壓電路多種接線形式；4、交流電力電子開關(guān)；5、單相交交變頻電路輸出正弦波電壓的調(diào)制方法（余弦交點(diǎn)法）。三、要求了解的內(nèi)容：1、三相交交變頻電路改善輸入功率因數(shù)和提高

15、輸出電壓的方法；2、單相及三相交交變頻電路的輸入輸出特性；3、矩陣式變頻電路。四、難點(diǎn)：交交變頻電路。第7章PWM控制技術(shù)一、要求深刻理解和掌握的重要內(nèi)容：1、PWM控制的基本原理；2、PWM逆變電路及其控制方法；3、PWM波形的生成方法。二、要求一般理解的內(nèi)容：1、PWM逆變電路的諧波分析；2、提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)；3、PWM逆變電路的多重化；4、單相PWM整流電路，工作原理和運(yùn)行方式相量圖5、PWM整流電路及其控制方法。三、難點(diǎn)：PWM的控制方法及波形的生成方法。綜合練習(xí)題一、填空題1晶閘管是四層三端器件，三個(gè)引出電極分別為：陽極、陰極和 極。2一只額定電流為100A的普通晶閘

16、管，其允許通過的電流有效值為 A。3具有自關(guān)斷能力的電力電子器件稱為 器件。4三相全控橋式整流電路中，采用共陰極組接法的三只晶閘管，要求其觸發(fā)脈沖以1200為間隔，依次在電源電壓的 半周觸發(fā)各晶閘管。5在考慮變壓器漏抗影響時(shí)，整流電路輸出電壓的平均值將 。6三相全控橋式整流電路輸出的電壓波形在一個(gè)周期內(nèi)脈動 次。7采用時(shí)間比控制方式改變斬波器負(fù)載兩端的平均電壓，對斬波器觸發(fā)脈沖的調(diào)制方法有三種，分別是 ； ； 。8降壓斬波器中，電源電壓Ud=50V，導(dǎo)通比為0.8，則負(fù)載電壓平均值ULD為 。9電流型逆變電路直流側(cè)為 ，輸出電流波形為 。10根據(jù)調(diào)制脈沖的極性，PWM也有兩種調(diào)制方式，分別是

17、和 調(diào)制。二、簡答題1試說明晶閘管的開通和關(guān)斷的條件。2試說明晶閘管整流裝置實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件。3試說明整流電路中整流變壓器二次側(cè)相電壓U2選得過高或過低，將出現(xiàn)什么問題？4單相半控橋整流電路帶感性負(fù)載時(shí)，若該電路不接續(xù)流二極管，請對其可能發(fā)生的“失控”現(xiàn)象進(jìn)行分析。5三相橋式全控整流電路帶大電感負(fù)載時(shí)，以連接于A相的共陰極組晶閘管T1為例說明，在一個(gè)周期內(nèi)，其承受電壓的情況。6某單相可控整流電路，分別給阻性負(fù)載和蓄電池反電動勢負(fù)載供電，在流過負(fù)載電流平均值相同的條件下，哪一種負(fù)載下晶閘管的額定電流應(yīng)選大一些？為什么？三、計(jì)算題1單相橋式可控整流電路，帶一大電感對蓄電池充電，R = 3，電感L

18、足夠大，U2 = 220V，反電動勢E = 60V。1）要保持充電電流為10A，估算此時(shí)的控制角；2）該電路中晶閘管承受的最大電壓是多少？2單相全控橋式整流電路，帶阻感負(fù)載，R = 5，L值很大，即滿足L>>R，U2 = 100V，當(dāng)= 600時(shí)，求：1）作出輸出電壓ud、輸出電流id、變壓器二次側(cè)電流i2的波形；2）求整流輸出平均電壓Ud、電流Id和二次側(cè)電流有效值I2；3）考慮兩倍的安全裕量，選擇晶閘管的額定電壓和額定電流值。3單相全控橋式有源逆變電路，回路電阻R = 1，平波電抗器Ld足夠大，變壓器二次電壓有效值U2 = 220V，負(fù)載電動勢Ed=-200V，當(dāng)= 300時(shí)，

19、求：1）畫出輸出電壓ud、流過晶閘管電流iT1的波形；2）計(jì)算變流電路輸出平均電壓Ud、負(fù)載平均電流Id。參考答案：一、填空題（本大題共14小空，每小空2分，共28分）1門21573全控型4正5減小667脈沖寬度調(diào)制；脈沖頻率調(diào)制；調(diào)頻調(diào)寬混合控制840V9電流源；矩形波10單極性；雙極性二、簡答題1晶閘管導(dǎo)通條件是：1）晶閘管陽極和陰極之間施加正向陽極電壓；2）晶閘管門極和陰極之間必須加上適當(dāng)?shù)恼蛎}沖電壓和電流。在晶閘管導(dǎo)通后，門極就失去控制作用，欲使其關(guān)斷，只需將流過晶閘管的電流減小到其維持電流以下，可采用陽極加反向電壓、減小陽極電壓或增大回路阻抗等方式。21）變流電路直流側(cè)應(yīng)具有能提供

20、逆變能量的直流電源電動勢Ed，其極性應(yīng)與晶閘管的導(dǎo)電電流方向一致；2）變流電路輸出的平均電壓Ud的極性必須為負(fù)，以保證與直流電源電動勢Ed構(gòu)成同極性相連，即控制角90°，且滿足UdEd。3整流電路中整流變壓器二次側(cè)相電壓U2選得過高，則晶閘管運(yùn)行時(shí)控制角過大，造成功率因數(shù)變壞，無功功率增大；選擇過低，則有可能在最不利的運(yùn)行情況下，即使晶閘管的控制角退到最小時(shí)，仍然不能達(dá)到負(fù)載要求的額定電壓。4單相半控橋整流電路帶感性負(fù)載時(shí)，不接續(xù)流二極管，將可能發(fā)生失控現(xiàn)象。以晶閘管T1導(dǎo)通的情況為例，當(dāng)交流電源電壓在負(fù)半周時(shí)，負(fù)載電流通過T1和二極管D2續(xù)流，輸出電壓為零；當(dāng)交流電源電壓在正半周時(shí)，負(fù)載電流通過T1和二極管D4流通，輸出電壓為電源電壓。即在一個(gè)周期內(nèi)，