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)問答分析題0100003、晶閘管觸發(fā)的觸發(fā)脈沖要滿足哪幾項基本要求？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)不超過晶閘管門極的電壓、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、試說明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點。（12分）解：對IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點的比較如下表：器 件優(yōu) 點缺 點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，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

2、大，開關(guān)特性好，通流能力強，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)，其通流能力很強電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極負脈沖電流大，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（3A）（4B）0100004、為使晶閘管變流裝置正常工作，觸發(fā)電路必須滿足什么要求？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)不超過晶閘管門極的電壓、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、過電壓與過電流產(chǎn)生的原因是什么？簡述他們的保護措施（各舉兩種即可）。答：過電壓產(chǎn)生的原因有外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩種，其中外因過電壓主要有：操作過電壓和雷擊過電壓，內(nèi)因過電壓主要有：換相過電壓和關(guān)斷過電壓。保護措施有：RC過電壓抑制電路，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)折二極管等過電流產(chǎn)生的原因主要是過載和短路。保護措施有：快速熔斷器，直流快速熔斷器，過電流繼電器，電子電路等。（1A、）0100002、讀出下列圖形符號的名稱并標出

4、管腳符號。 答：AK 二極管 晶閘管 GTO GTR MOSFETIGBT（5A）0100002、畫出下列半導(dǎo)體器件的圖形符號并標明管腳代號。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：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍簎AK>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：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(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、檢測電路、驅(qū)動電路、主電路填入以下框圖中，組成

6、一個電力電子應(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?說明其理由。(不考慮電壓、電流裕量)（8分）答：（a）因為，所以不合理。(b) 因為, KP100的電流額定值為100，裕量達倍，太大了。（c）因為，大于額定值，所以不合理。0200003、單相橋式半控整流電路,電阻性負載,畫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:承受電壓為正即導(dǎo)通。因此,二極管承受的電壓不會出現(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,試繪出在電阻性負載和電感性負載（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)負載為電阻時,Ud的波形如下:當(dāng)負載為電感時，Ud的波形如下：（3A）（4A）0200002、 單相半波可控整流帶電阻負載電路中，設(shè)輸入為如果：（1）晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖；（2）晶閘管內(nèi)部短路；（3）晶閘管內(nèi)部斷開；試分析并畫出上述三種情況負載兩端電壓ud和晶閘管兩端電壓uT的波形。答：（1）負載兩端電壓為0，晶閘管上電壓波形與U2相同；（2）負載兩端電壓為U2，晶閘管上的電壓為0；（3）負載兩端電壓為0，

8、晶閘管上的電壓為U2。（1B）（2A）0200004、指出至少三點變壓器漏感對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通4）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5）換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源（1B）（4B）0200003、畫出三相橋式全控整流電路帶阻感負載的原理圖，并給圖中6個晶閘管寫上正確的編號，編號寫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，對于電感負載滿足大

9、電感負載的條件。（6分）（1B）0200004、畫出下圖對應(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，其中負載為純電阻，虛線為脈沖信號。（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，電阻性負載。當(dāng)控制角=90º時，畫出：負載電壓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。無源逆變電路的交流側(cè)直接接到負載，將直流電逆變成某一頻率

10、或可變頻率的交流供給負載。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)上去稱為有源逆變。有源逆變的條件：（1）一定要有直流電動勢，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、簡述實現(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）一定要有直流電動勢，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、準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，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、 實現(xiàn)有源逆變必須滿足哪兩個必不可少的條件？答：有源逆變的條件：（1） 一定要有直流電動勢，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)部開路，在下面的坐標中畫出其直流輸出電壓Ud和晶閘管兩端電壓UT的波形。 答：（5

12、A）0200003、如圖所示，試畫出負載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）（1A）（3B）（4A）0200003、電路與波形如圖所示。（1）若在t1時刻合上K，在t2時刻斷開K，畫出負載電阻R上的電壓波形；（2）若在t1時刻合上K，在t3時刻斷開K，畫出負載電阻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、什么是逆變失敗？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：逆變運行時，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會通過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勢變?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、準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，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、準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，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?。咳绾畏乐鼓孀兪?？答：逆變運行時，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會通過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勢變?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)對輸出電壓平均值進行控制的方法不同，直流斬波電路可有哪三種控制方式？并簡述其控制原理。答：第一種調(diào)制方式為：保持開關(guān)周期不變，改變開關(guān)導(dǎo)通時間ton稱為脈寬調(diào)制。簡稱“PWM”調(diào)制。第二種調(diào)制方式為：保持開關(guān)導(dǎo)通時間ton不變，改變開關(guān)周期，稱為頻率調(diào)制。簡稱為“PFM”調(diào)制。第三種調(diào)制方式為：同時改變周期T與導(dǎo)通時間ton。使占空比改變，稱為混合調(diào)制。0300004、根據(jù)下圖簡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，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，同時電容C向負載供電，C很大，使電容器電壓U0基本

16、不變，設(shè)V處于通態(tài)的時間為ton，在ton時間內(nèi)，電感L上積蓄的能量為EI1ton；當(dāng)V處于斷態(tài)時，E與L同時向電容充電，并向負載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時間為toff，在toff時間內(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)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大小（相位控制）來調(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個電源周波

17、為一個大周期，改變導(dǎo)通周波數(shù)與阻斷周波數(shù)的比值來改變變換器在整個大周期內(nèi)輸出的平均功率，實現(xiàn)交流調(diào)功。0500002、什么叫整流？什么叫逆變？什么叫有源逆變？什么叫無源逆變？答：把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程叫整流；把直流電變?yōu)榻涣麟姷倪^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)去的過程稱為有源逆變；將直流電變?yōu)榻涣麟娭苯庸┙o負載使用的過程叫無源逆變。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有反饋二極管？答：電壓型逆變器當(dāng)交流側(cè)為阻感性負載時，需要向電源反饋無功功率。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

18、變橋各臂開關(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？簡述異步調(diào)制與同步調(diào)制各有哪些優(yōu)缺點？答：PWM逆變電路的常用控制方法有兩種，一是計算法；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，信號頻率根據(jù)需要而改變時，載波比是變化的。優(yōu)點是：信號頻率較低時載波比較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，輸出較接近正弦波。缺點是：正負半周脈沖數(shù)不相等，對稱性差。因此，希望采用較高的載波頻率，以克服在信號頻率較高時仍能保持較大的載波比。同步調(diào)制時，保持載波比為常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步變化。優(yōu)點是：信號波一周內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的，對稱性好。缺點是：當(dāng)逆變頻率較低時，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，調(diào)制載波頻率也過高，