電力電子復習題(二)講解

1、電力電子電力電子復習題（二）講解復習題（二）講解判斷判斷 1、軟開關技術分為零電壓和零電流兩類。、軟開關技術分為零電壓和零電流兩類。 2、要使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過、要使晶閘管由導通變?yōu)殛P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，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，便可使導通的晶閘管關斷。便可使導通的晶閘管關斷。3、某半導體器件的型號為、某半導體器件的型號為KP507的，其中的，其中7表示額定電壓表示額定電壓7000V。4、晶閘管串聯(lián)使用須采取、晶閘管串聯(lián)使用須采取“均壓措施均壓

2、措施”。 5、為防止過電流，只須在晶閘管電路中接入快速熔斷器即可。、為防止過電流，只須在晶閘管電路中接入快速熔斷器即可。6、絕緣柵雙極型晶體管具有電力場效應晶體管和電力晶體管的優(yōu)點。、絕緣柵雙極型晶體管具有電力場效應晶體管和電力晶體管的優(yōu)點。7、把直流電變?yōu)榻涣麟姷倪^程叫整流。、把直流電變?yōu)榻涣麟姷倪^程叫整流。8、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。、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。9、交、交-交變頻電路的主要不足是交變頻電路的主要不足是:接線簡單，如采用三相橋式電路的三相接線簡單，如采用三相橋式電路的三相 交交-交變頻器至少要用交變頻器至少要用72只晶閘管

3、。只晶閘管。10、并聯(lián)諧振逆變器必須是略呈電容性電路。、并聯(lián)諧振逆變器必須是略呈電容性電路。11、使晶閘管導通的條件是、使晶閘管導通的條件是uAK0且且uGK 0 。 12、大功率晶體管的放大倍數(shù)、大功率晶體管的放大倍數(shù)都比較低。都比較低。 13、型號為、型號為KP507的半導體器件，的半導體器件，KP50表示是一個額定電流為表示是一個額定電流為50A的普的普通晶閘管。通晶閘管。14、只要讓加在晶閘管兩端的電壓減小為零，晶閘管就會關斷。、只要讓加在晶閘管兩端的電壓減小為零，晶閘管就會關斷。 15、電力場效應晶體管屬于電流型控制元件。、電力場效應晶體管屬于電流型控制元件。 16、把交流電變?yōu)橹绷?/p>

4、電的過程叫逆變。、把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程叫逆變。 17、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、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；源逆變； 18、電力、電力MOSFET缺點是：開關速度低，為電流驅動，所需驅動功率大，缺點是：開關速度低，為電流驅動，所需驅動功率大，驅動電路復雜，存在二次擊穿問題。驅動電路復雜，存在二次擊穿問題。 19、當電網(wǎng)頻率為、當電網(wǎng)頻率為50Hz時，交交變頻電路輸出的上限頻率為時，交交變頻電路輸出的上限頻率為20Hz左右。左右。20、逆變角太大會造成逆變失敗。、逆變角太大會造成逆變失敗。 分析分析1 1、PWM

5、PWM控制的基本原理。控制的基本原理。 答：答： PWM PWM 控制就是對脈沖的寬度進行調制的一種技術。其基本原理是：依控制就是對脈沖的寬度進行調制的一種技術。其基本原理是：依據(jù)沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相據(jù)沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同這一采樣控制結論，將同這一采樣控制結論，將N N 等分按正弦規(guī)律變化的寬度相等，而幅值不等等分按正弦規(guī)律變化的寬度相等，而幅值不等的脈沖列變換為幅值相等，而寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖列的脈沖列變換為幅值相等，而寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖列PWM PWM 波形，以波形，以期與正弦波等效。期與正弦波

6、等效。2、如圖是一個三相逆變電路，試分析工作原理并畫出波形。、如圖是一個三相逆變電路，試分析工作原理并畫出波形。答：答：基本工作方式：基本工作方式： 每一橋臂導通每一橋臂導通1801800 0，上下橋臂交替導通，即每次換流都是在同一相上，上下橋臂交替導通，即每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。 1 1、3 3、5 5橋臂相位互差橋臂相位互差1201200 0，任意時，任意時刻上下有三個橋臂同時導通，以形成電流回路?？躺舷掠腥齻€橋臂同時導通，以形成電流回路。 橋臂橋臂1 1、3 3、5 5的電流相加可得直流側電流的電流相加可得直流側電流i id

7、d的波形，的波形，i id d 每每6060脈動一脈動一次，直流電壓基本無脈動，因此逆變器從交流側向直流側傳送的功率是脈次，直流電壓基本無脈動，因此逆變器從交流側向直流側傳送的功率是脈動的，電壓型逆變電路的一個特點。動的，電壓型逆變電路的一個特點。 為防止同一相上下兩橋臂的開關器件同時導通而引起直流側電源短路，為防止同一相上下兩橋臂的開關器件同時導通而引起直流側電源短路，應采取應采取“先斷后通先斷后通”的方法。的方法。 3 3換流方式有那幾種？各有什么特點？換流方式有那幾種？各有什么特點？答：答：換流方式有四種：換流方式有四種： （1 1）器件換流：利用全控型器件的自關斷能力進行換流。）器件換

8、流：利用全控型器件的自關斷能力進行換流。（2 2）電網(wǎng)換流：利用電網(wǎng)電源電壓過零來實現(xiàn)換流。）電網(wǎng)換流：利用電網(wǎng)電源電壓過零來實現(xiàn)換流。（3 3）負載換流：利用容性負載電流超前負載電壓來實現(xiàn)換流。）負載換流：利用容性負載電流超前負載電壓來實現(xiàn)換流。（4 4）強迫換流：設置專門的關斷電路，給需要關斷的器件施加反向電壓，）強迫換流：設置專門的關斷電路，給需要關斷的器件施加反向電壓， 強迫其關斷。強迫其關斷。4 4、交、交- -交變頻電路的最高輸出頻率是多少？制約輸出頻率提高交變頻電路的最高輸出頻率是多少？制約輸出頻率提高的因素是什么？的因素是什么？ 答：答： 若電網(wǎng)頻率為若電網(wǎng)頻率為50HZ50H

9、Z時，則交時，則交- -交變頻電路的最高輸出頻率為交變頻電路的最高輸出頻率為20HZ20HZ左右。左右。 制約輸出頻率提高的因素是電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制。當輸制約輸出頻率提高的因素是電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制。當輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所包含的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴出頻率增高時，輸出電壓一周期所包含的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動機的轉矩脈動。重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動機的轉矩脈動。5、使用間接直流變流電路的原因是什么？、使用間接直流變流電路的原因是什么？答：采用這種結構較為復雜的電路來完成直流答：采用

10、這種結構較為復雜的電路來完成直流直流的變換有以下原因：直流的變換有以下原因： 1 1、輸出端與輸入端需要隔離。、輸出端與輸入端需要隔離。 2 2、某些應用中需要相互隔離的多路輸出。、某些應用中需要相互隔離的多路輸出。 3 3、輸出電壓與輸入電壓的比例遠小于、輸出電壓與輸入電壓的比例遠小于1 1或遠大于或遠大于1 1。 4 4、交流環(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電、交流環(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量。容的體積和重量。6 6、什么是、什么是TCRTCR？什么是？什么是TSCTSC？它們的基本原理是什么？各有何特點？它們的基本原理是什么

11、？各有何特點？ TCR是晶閘管控制電抗器.TSC是晶閘管投切電容器。二者的基本原理如下二者的基本原理如下; ;： TCR是利用電抗器來吸收電網(wǎng)中的無功功率(或提供感性的無功功率),通過對晶閘管開通角角的控制,可以連續(xù)調節(jié)流過電抗器的電流,從而調節(jié) TCR從電網(wǎng)中吸收的無功功率的大小。 TSC 則是利用晶閘管來控制用于補償無功功率的電容器的投入和切除來向電網(wǎng)提供無功功率(提供容性的無功功率)。二者的特點是二者的特點是: : TCR 只能提供感性的無功功率,但無功功率的大小是連續(xù)的.實際應用中往往配以固定電容器(FC), 就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調節(jié)無功功率。 TSC 提供容性的無功功率,

12、符合大多數(shù)無功功率補償?shù)男枰?，其提供的無功功率不能連續(xù)調節(jié)但在實用中只要分組合理,就可以達到比較理想的動態(tài)補償效果.。答：答： TCRTCR是晶閘管控制電抗器，而是晶閘管控制電抗器，而TSCTSC是晶閘管投切電容器。是晶閘管投切電容器?；竟ぷ髟恚夯竟ぷ髟恚?TCRTCR是利用電抗器來吸收電網(wǎng)中的無功功率是利用電抗器來吸收電網(wǎng)中的無功功率( (或提供感性的無功功率或提供感性的無功功率),),通過對晶閘管開通角的控制通過對晶閘管開通角的控制, ,可以連續(xù)調節(jié)流過電抗器的電流可以連續(xù)調節(jié)流過電抗器的電流, ,從而調節(jié)從而調節(jié)TCRTCR從電網(wǎng)中吸收的無功功率的大小。從電網(wǎng)中吸收的無功功率的大

13、小。 TSCTSC則是利用晶閘管來控制用于補償無功功率的電容器的投入和切除則是利用晶閘管來控制用于補償無功功率的電容器的投入和切除來向電網(wǎng)提供無功功率來向電網(wǎng)提供無功功率( (提供容性的無功功率提供容性的無功功率) )?；咎攸c：基本特點： TCRTCR只能提供感性的無功功率只能提供感性的無功功率, ,但無功功率的大小是連續(xù)的，實際應但無功功率的大小是連續(xù)的，實際應用中往往配以固定電容器用中往往配以固定電容器(FC), (FC), 就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調節(jié)無功功率。節(jié)無功功率。 TSCTSC提供容性的無功功率提供容性的無功功率, ,符合大多數(shù)無功功

14、率補償?shù)男枰?，其提供符合大多?shù)無功功率補償?shù)男枰?，其提供的無功功率不能連續(xù)調節(jié)但在實用中只要分組合理的無功功率不能連續(xù)調節(jié)但在實用中只要分組合理, ,就可以達到比較理想就可以達到比較理想的動態(tài)補償效果的動態(tài)補償效果. .。7 7、正確使用晶閘管應該注意哪些事項？、正確使用晶閘管應該注意哪些事項？ 由于晶閘管的過電流、過電壓承受能力比一般電機電器產(chǎn)品要小的多，使用中除了要采取必要的過電流、過電壓等保護措施外，在選擇晶閘管額定電壓、電流時還應留有足夠的安全余量。 另外，使用中的晶閘管還應嚴格遵守規(guī)定要求。此外，還要定期對設備進行維護，如清除灰塵、擰緊接觸螺釘?shù)?。嚴禁用兆歐表檢查晶閘管的絕緣情況。

15、8 8、交、交- -交變頻電路的主要特點和不足是什么？其主要用途是什么？交變頻電路的主要特點和不足是什么？其主要用途是什么？ 交-交變頻電路的主要特點是: 只用一次變流效率較高;可方便實現(xiàn)四象限工作;低頻輸出時的特性接近正弦波。 交-交變頻電路的主要不足是: 接線復雜。如采用三相橋式電路的三相交-交變頻器至少要用36只晶閘管，受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸出功率因數(shù)較低；輸入電流諧波含量大，頻譜復雜。 主要用途：500千瓦 或1000千瓦以下的大功率，低轉速的交流調速電路，如軋機主傳動裝置，鼓風機，球磨機等場合。 9、交流調壓電路和交流調功電路有什么區(qū)別？二者各運用于什么樣

16、的負、交流調壓電路和交流調功電路有什么區(qū)別？二者各運用于什么樣的負載？為什么？載？為什么？ 交流調壓電路和交流調功電路的電路形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。 交流調功電路是在交流電源的每個周期對輸出電壓波形進行控制。而交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率。 交流調壓電路廣泛用于燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟起動，也用于異步電動機調速。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對無功功率的連續(xù)調節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路調節(jié)變壓器一次電壓。如采用晶閘管相

17、控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調壓電路在變壓器一次側調壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設計制造。 交流調功電路常用于電爐溫度這樣時間常數(shù)很大的控制對象。由于控制對象的時間常數(shù)大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。10、GTO和普通晶閘管同為和普通晶閘管同為PNPN結構，為什么結構，為什么GTO能夠自關斷，而普通能夠自關斷，而普通晶閘管不能？晶閘管不能？ GTO和普通晶闡管同為PNPN結構，由P1N1P2和N1P2N

18、2構成兩個晶體管V1、V2，分別具有共基極電流增益和，由普通晶闡管的分析可得，是器件臨界導通的條件，當兩個等效晶體管過飽和而導通；不能維持飽和導通而關斷。 GTO之所以能夠自行關斷，而普通晶閘管不能，是因為GTO與普通晶閘管在設計和工藝方面有以下幾點不同： 1）GTO在設計時較大,這樣晶體管V2控制靈敏,易于GTO關斷； 2）GTO導通時更接近于l，而普通晶閘管，且GTO為，GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關斷提供了有利條件； 3）多元集成結構使每個GTO元陰極面積很小, 門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, 從而使從門極抽出較大的電流成為可能。1

19、1、什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點。、什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點。 按照逆變電路直流側電源性質分類，直流側是電壓源的稱為電壓型逆變電路，直流側是電流源的稱為電流型逆變電路。 電壓型逆變電路的主要特點是：電壓型逆變電路的主要特點是： 直流側為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。 當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為給交流側向

20、直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。 電流型逆變電路的主要特點是：電流型逆變電路的主要特點是： 直流側串聯(lián)有大電感，相當于電流源。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 電路中開關器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。 當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電感起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關器件反并聯(lián)二極管。1212、如圖、如圖2-6 2-6 單相橋式電流型逆變電路試分析工作原理并畫出波形。單

21、相橋式電流型逆變電路試分析工作原理并畫出波形。 解： 由四個橋臂構成，每個橋臂的晶閘管各串聯(lián)一個電抗器，用來限制晶閘管時的di/dt。工作方式為負載換相。電容C和L 、R構成并聯(lián)諧振電路。輸出電流波形接近矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠小于基波。T1t2：VT1和VT4穩(wěn)定導通階段，i=Id，t2 時刻前在C上建立了左正右負的電壓。T2t4：t2時觸發(fā)VT2和VT3開通，進入換流階段。 LT使VT1、VT4不能立刻關斷，電流有一個減小過程。VT2、VT3電流有一個增大過程。4個晶閘管全部導通，負載電容電壓經(jīng)兩個并聯(lián)的放電回路同時放電。一個經(jīng)LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一個經(jīng)L

22、T2、VT2、VT4、LT4到C。io在t3時刻，即iVT1=iVT2時刻過零，t3時刻大體位于t2和t4的中點。t=t4時，VT1、VT4電流減至零而關斷，換流階段結束。t4t2= tg 稱為換流時間。保證晶閘管的可靠關斷 晶閘管需一段時間才能恢復正向阻斷能力，換流結束后還要使 VT1、VT4承受一段反壓時間tb。tb= t5- t4應大于晶閘管的關斷時間tq。tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4波形繪制及計算波形繪制及計算1 1、下圖中陰影部分為晶閘管處于通

23、態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的、下圖中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為電流最大值均為I Im m，試計算各波形的電流平均值，試計算各波形的電流平均值I Id1d1、I Id2d2、I Id3d3與電流與電流有效值有效值I I1 1、I I2 2、I I3 3。 0022244254a)b)c)圖1-430a)解：b)c)2 2、在升壓斬波電路中，已知、在升壓斬波電路中，已知E E=50V=50V，L L 值和值和C C 值極大，值極大，R R=20=20，采用脈，采用脈寬調制控制方式，當寬調制控制方式，當T T = 40s= 40s，t tonon=25s=25s時，

24、計算輸出電壓平均值時，計算輸出電壓平均值U U0 0 ，輸出電流平均值輸出電流平均值I I0 0。 解：輸出電壓平均值為：輸出電流平均值為：3、一調光臺燈由單相交流調壓電路供電，設該臺燈可看作電阻負載，在時、一調光臺燈由單相交流調壓電路供電，設該臺燈可看作電阻負載，在時輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的80時的開通角。時的開通角。 解: =00時的輸出電壓U0最大，即為電源電壓U1 此時負載電流為最大值，即因此最大輸出功率為輸出功率為最大輸出功率的80%時,有:可見有：U0=0.8U1又即解得 =60.5404 4、單相半波可控整流電路對電感負

25、載供電、單相半波可控整流電路對電感負載供電,L=20mH,U,L=20mH,U2 2=100V,=100V,求當求當=0=00 0時時和和=60=600 0時的負載電流時的負載電流I Id d, ,并畫出并畫出U Ud d與與I Id d波形。波形。解：（1）=00 時，因為忽略電阻，故列回路方程得兩邊積分，得當晶閘管導通時刻，t =0，id = 0，故 波形圖如下：（2）=600 時,因忽略電阻，故電源在電源正半周600-1800 期間為電感貯藏能量,而在1800-3000期間則電感釋放能量。為此，有1200期間電流斷續(xù)?；芈贩匠倘匀粸榭傻茫阂驗閠=600時，id=0，故 因而 波形圖如下：

26、5 5、單相橋式全控整流電路，、單相橋式全控整流電路，U U2 2=100V=100V，負載中，負載中R R=2=2，L L值極大，反電勢值極大，反電勢E E=60V=60V，當，當=30=30 時，要求：時，要求： 作出作出u ud d、i id d和和i i2 2的波形；的波形； 求整流輸出平均電壓求整流輸出平均電壓U Ud d、電流、電流I Id d，變壓器二次側電流有效值，變壓器二次側電流有效值I I2 2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 解：ud、id和i2的波形如下圖：整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側電流有

27、效值I2分別為Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id 9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：U21001.414 141.4（V）流過每個晶閘管的電流的有效值為：IVTId1.4146.36（A） 故晶閘管的額定電壓為：UN(23)141.4283424（V） 晶閘管的額定電流為：IN(1.52)6.361.5768（A）晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。6 6、一調光臺燈由單相交流調壓電路供電，設該臺燈可看作電阻負載，在、一調光臺燈由單相交流調壓電路供電，設該臺燈可看作電阻負載，在=

28、0=00 0時輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的時輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的5050時的開通角。時的開通角。解：=00時的輸出電壓最大，為此時負載電流最大，為故輸出最大功率，為現(xiàn)要求輸出功率為最大功率的50%，則應有:又因故 =9007 7、在降壓斬波電路中，已知、在降壓斬波電路中，已知E E=200V=200V，R R=10=10，L L值極大，值極大，E EM M=30V=30V，T T=50s,=50s,t tonon=20s,=20s,計算輸出電壓平均值計算輸出電壓平均值U Uo o，輸出電流平均值，輸出電流平均值I Io o。解：由于L值極大，故負載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為而輸出電流則為8 8、三相半波可控整流電路、三相半波可控整流電路,U,U2 2=100V,=100V,帶電阻電感負載帶電阻電感負載,R=5,L,R=5,L值極大值極大, ,當當60600 0時時, ,要求：