江蘇理工學(xué)院電力電子期末試題之分析

1、電力電子技術(shù)問(wèn)答分析題0100003、晶閘管觸發(fā)的觸發(fā)脈沖要滿(mǎn)足哪幾項(xiàng)基本要求？觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度、觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過(guò)晶閘管門(mén)極的電壓、電流和功率定額和 應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離 。0100004、試說(shuō)明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn)。（12分）解：對(duì)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(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTOGTR耐壓高，電流

2、大，開(kāi)關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低開(kāi)關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問(wèn)題GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)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(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流大，開(kāi)關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻率低電 力MOSFET開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置（3A）（4B）0100004、為使晶閘管變流裝置正常工作，觸發(fā)電路必須滿(mǎn)足什么要求？答：1）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的

3、幅度3）觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過(guò)晶閘管門(mén)極的電壓、電流和功率定額4）應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。（4B）0100003、過(guò)電壓與過(guò)電流產(chǎn)生的原因是什么？簡(jiǎn)述他們的保護(hù)措施（各舉兩種即可）。答：過(guò)電壓產(chǎn)生的原因有外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓兩種，其中外因過(guò)電壓主要有：操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓，內(nèi)因過(guò)電壓主要有：換相過(guò)電壓和關(guān)斷過(guò)電壓。保護(hù)措施有：RC過(guò)電壓抑制電路，反向阻斷式RC電路，雪崩二極管，金屬氧化物壓敏電阻，硒堆和轉(zhuǎn)折二極管等過(guò)電流產(chǎn)生的原因主要是過(guò)載和短路。保護(hù)措施有：快速熔斷器，直流快速熔斷器，過(guò)電流繼電器，電子電路等。（1A、）0100002、讀出下列圖形符號(hào)的名稱(chēng)并標(biāo)出

4、管腳符號(hào)。 答：AK 二極管 晶閘管 GTO GTR MOSFETIGBT（5A）0100002、畫(huà)出下列半導(dǎo)體器件的圖形符號(hào)并標(biāo)明管腳代號(hào)。普通二極管；普通晶閘管；可關(guān)斷晶閘管；功率晶體管；功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管；絕緣柵雙極晶體管。答：AK 二極管 晶閘管GTO GTR MOSFET IGBT（1A）（4B）0100003、簡(jiǎn)述晶閘管導(dǎo)通的條件與關(guān)斷條件。（7分）答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，并在門(mén)極施加觸發(fā)電流（脈沖）。或：uAK>0且uGK>0。要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，可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

5、，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。（3B）0100003、 使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，并在門(mén)極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍簎AK>0且uGK>0。（2B）0100003、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：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。要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，可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。（1B）（5B）0100003、將控制電路、檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、主電路填入以下框圖中，組成

6、一個(gè)電力電子應(yīng)用系統(tǒng)。（6分）答：（1A）（1B）（5B）0200003、某一晶閘管，額定電壓為300V，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(shuō)明其理由。(不考慮電壓、電流裕量)（8分）答：（a）因?yàn)?，所以不合理?b) 因?yàn)? KP100的電流額定值為100，裕量達(dá)倍，太大了。（c）因?yàn)椋笥陬~定值，所以不合理。0200003、單相橋式半控整流電路,電阻性負(fù)載,畫(huà)出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。解:注意到二極管的特點(diǎn):承受電壓為正即導(dǎo)通。因此,二極管承受的電壓不會(huì)出現(xiàn)正的部分。在電路中器件均不導(dǎo)通的階段,交流電源電壓由晶閘管平衡。整流二極管在一周內(nèi)承受

7、的電壓波形如下:（3A）（5A）0200003、在三相半波整流電路中,如果a相的觸發(fā)脈沖消失,試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載（電感足夠大）下整流電壓Ud的波形。（設(shè)觸發(fā)角=）解:假設(shè)=,當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí),Ud的波形如下:當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)，Ud的波形如下：（3A）（4A）0200002、 單相半波可控整流帶電阻負(fù)載電路中，設(shè)輸入為如果：（1）晶閘管門(mén)極不加觸發(fā)脈沖；（2）晶閘管內(nèi)部短路；（3）晶閘管內(nèi)部斷開(kāi)；試分析并畫(huà)出上述三種情況負(fù)載兩端電壓ud和晶閘管兩端電壓uT的波形。答：（1）負(fù)載兩端電壓為0，晶閘管上電壓波形與U2相同；（2）負(fù)載兩端電壓為U2，晶閘管上的電壓為0；（3）負(fù)載兩端電壓為0，

8、晶閘管上的電壓為U2。（1B）（2A）0200004、指出至少三點(diǎn)變壓器漏感對(duì)整流電路有什么影響？（6分）（8分）答：1）出現(xiàn)換相重疊角，整流輸出電壓平均值Ud降低2）整流電路的工作狀態(tài)增多3）晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開(kāi)通4）換相時(shí)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5）換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源（1B）（4B）0200003、畫(huà)出三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載的原理圖，并給圖中6個(gè)晶閘管寫(xiě)上正確的編號(hào)，編號(hào)寫(xiě)在晶閘管的正上方或正下方。答：（2A）（5B）0200003、將下列表格中空缺的部分按要求填好，變壓器二次相電壓為U2，對(duì)于電感負(fù)載滿(mǎn)足大

9、電感負(fù)載的條件。（6分）（1B）0200004、畫(huà)出下圖對(duì)應(yīng)的輸出電壓Ud、晶閘管VT1的電流iVT1和承受的電壓uVT1的波形，其中負(fù)載為純電阻，虛線(xiàn)為脈沖信號(hào)。（12分）答：（此題中uVT1的正確性有待討論）0200005、單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載。當(dāng)控制角=90º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。答：（4A）0200002、無(wú)源逆變電路和有源逆變電路有何區(qū)別？答：有源逆變電路是把逆變電路的交流側(cè)接到電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流反送到電網(wǎng)去。無(wú)源逆變電路的交流側(cè)直接接到負(fù)載，將直流電逆變成某一頻率

10、或可變頻率的交流供給負(fù)載。0200003、什么是有源逆變？有源逆變的條件是什么？ 答：如果將逆變電路交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流電，反送到電網(wǎng)上去稱(chēng)為有源逆變。有源逆變的條件：（1）一定要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓；（2）變流器必須工作在的區(qū)域內(nèi)使Ud<0。（1A）（2A）0200004、簡(jiǎn)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：有源逆變的條件：（1）一定要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓；（2）變流器必須工作在的區(qū)域內(nèi)使Ud&

11、lt;0。逆變失敗的原因有：1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖2）晶閘管發(fā)生故障3）在逆變工作時(shí)，交流電源發(fā)生缺相或突然消失4）換相地裕量角不足，引起換相失敗等0200003、 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：有源逆變的條件：（1） 一定要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓；（2） 變流器必須工作在的區(qū)域內(nèi)使Ud<0。（2B）0200002、單相半波可控整流電路，輸入電壓u2如圖所示，如（1）晶閘管內(nèi)部短路，（2）晶閘管內(nèi)部開(kāi)路，在下面的坐標(biāo)中畫(huà)出其直流輸出電壓Ud和晶閘管兩端電壓UT的波形。 答：（5

12、A）0200003、如圖所示，試畫(huà)出負(fù)載Rd上的電壓波形(不考慮管子的導(dǎo)通壓降)。解：其波形如下圖所示：（右圖為修改后的，削去了左圖終多余的一條橫線(xiàn)）（1A）（3B）（4A）0200003、電路與波形如圖所示。（1）若在t1時(shí)刻合上K，在t2時(shí)刻斷開(kāi)K，畫(huà)出負(fù)載電阻R上的電壓波形；（2）若在t1時(shí)刻合上K，在t3時(shí)刻斷開(kāi)K，畫(huà)出負(fù)載電阻R上的電壓波形。（ug寬度大于3600）。       （a）電路圖          &#

13、160;         （b）輸入電壓u2的波形圖答：（1B、）（4B）0200004、什么是逆變失??？形成的原因是什么？（并指出至少兩種形成逆變失敗的原因。）答：逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱(chēng)為逆變失敗或逆變顛覆。逆變失敗的原因有：1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖2）晶閘管發(fā)生故障3）在逆變工作時(shí)，交流電源發(fā)生缺相或突然消失4）換相地裕量角不足，引起

14、換相失敗等（2B）0200004、導(dǎo)致逆變失敗的原因是什么？答：逆變失敗的原因有：1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖2）晶閘管發(fā)生故障3）在逆變工作時(shí)，交流電源發(fā)生缺相或突然消失4）換相地裕量角不足，引起換相失敗等0200004、什么是逆變失敗？如何防止逆變失敗？答：逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱(chēng)為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角等。（4A

15、）0300004、根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行控制的方法不同，直流斬波電路可有哪三種控制方式？并簡(jiǎn)述其控制原理。答：第一種調(diào)制方式為：保持開(kāi)關(guān)周期不變，改變開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton稱(chēng)為脈寬調(diào)制。簡(jiǎn)稱(chēng)“PWM”調(diào)制。第二種調(diào)制方式為：保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變開(kāi)關(guān)周期，稱(chēng)為頻率調(diào)制。簡(jiǎn)稱(chēng)為“PFM”調(diào)制。第三種調(diào)制方式為：同時(shí)改變周期T與導(dǎo)通時(shí)間ton。使占空比改變，稱(chēng)為混合調(diào)制。0300004、根據(jù)下圖簡(jiǎn)述升壓斬波電路的基本工作原理。（圖中設(shè)：電感L、與電容C足夠大）答：當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，設(shè)充電電流為I1，L值很大，I1基本恒定，同時(shí)電容C向負(fù)載供電，C很大，使電容器電壓U0基本

16、不變，設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，在ton時(shí)間內(nèi)，電感L上積蓄的能量為EI1ton；當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，E與L同時(shí)向電容充電，并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，在toff時(shí)間內(nèi)L釋放的能量為（U0-E）I1toff，在一周期內(nèi)L積蓄的能量與釋放的能量相等。可求得： 分析不難看出該斬波電路是升壓斬波電路。（2B）0400003、交流調(diào)壓和交流調(diào)功電路有何區(qū)別？答：交流調(diào)功能電路和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，但控制方式不同。交流調(diào)壓電路都是通過(guò)控制晶閘管在每一個(gè)電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大小（相位控制）來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。晶閘管交流調(diào)功電路采用整周波的通、斷控制方法，例如以n個(gè)電源周波

17、為一個(gè)大周期，改變導(dǎo)通周波數(shù)與阻斷周波數(shù)的比值來(lái)改變變換器在整個(gè)大周期內(nèi)輸出的平均功率，實(shí)現(xiàn)交流調(diào)功。0500002、什么叫整流？什么叫逆變？什么叫有源逆變？什么叫無(wú)源逆變？答：把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程叫整流；把直流電變?yōu)榻涣麟姷倪^(guò)程叫逆變；將直流電變?yōu)楹碗娋W(wǎng)同頻率的交流電并反送到交流電網(wǎng)去的過(guò)程稱(chēng)為有源逆變；將直流電變?yōu)榻涣麟娭苯庸┙o負(fù)載使用的過(guò)程叫無(wú)源逆變。0500004、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？答：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

18、變橋各臂開(kāi)關(guān)器件都反并聯(lián)了反饋二極管。（3B）0600004、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)？答：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，