电力电子技术

1、第二章：1. 晶闸管的动态参数有断态电压临界上升率du/dt和通态电流临界上升率等，若 du/dt过大，就会使晶闸管出现_误导通_，若di/dt过大，会导致晶闸管 _损坏2. 目前常用的具有自关断能力的电力电子元件有电力晶体管、可关断晶闸管 、 功率场效应晶体管 、绝缘栅双极型晶体管几种。简述晶闸管的正向伏安特性？答：晶闸管的伏安特性正向特性 当IG=O时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向 漏电流流过。如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低，晶闸管本身的压降很小，在1V左右。如果门极电

2、流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态，IH称为维持电流。3. 使晶闸管导通的条件是什么 ？答：使晶闸管导通的条件是： 晶闸管承受正向阳极电压， 并在门极施加触发电流 （脉冲）。或：uAK0且uGKQ4. 在如下器件：电力二极管（Power Diode ）、晶闸管（SCR、门极可关断晶闸管 （GTO、电力晶体管（GTR、电力场效应管（电力 MOSFE）绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于半控型器件的是 SCR。5. 晶闸管的擎住电流Il答：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。6. 晶闸管通态平均电流 I t（AV）答：晶闸

3、管在环境温度为 40 C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正 弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。7. 晶闸管的控制角a （移相角）答：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度，用a表示,也称触发角或控制角。8. 常用电力电子器件有哪些？ 答：不可控器件：电力二极管。半控型器件：晶闸管。全控型器件：绝缘栅双极晶体管IGBT,电力场效应晶体管（电力MOSFE），门极可关断晶闸管（GTO ,电力晶体管。9. 电力电子器件有几种工作状态 ？（电力电子器件有哪四种工作状态?）答：四种，即开通、截止、反向击穿、正向击穿。10. 维持晶闸管导通的条件是什么

4、？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是晶闸管的电流大于使晶闸管维持导通所必需的最小电流。晶闸管由导通变为关断：去掉正向电压，施加反压，使晶闸管的电流低于维持电流。11. 简述晶闸管的正常工作时的特性 。答：当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的 某一数值以下。12. 对同一只晶闸管，维持电流 Ih与擎住电流Il在

5、数值大小上有Ih 小于 I L。13. 请在空格内标出下面元件的简称：电力晶体管_GTR;可关断晶闸管GTJ ;功率场效应晶体管MOSFE匚;绝缘栅双极型晶体管IGBT _; IGBT 是MOSFET 和GTR的复合管。14. 晶闸管触发电路的要求?答：晶闸管触发电路应满足下列要求：1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通（结合擎住电流的概念）。2）触发脉冲应有足够的幅度。3）不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。4 ）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。16按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为单极型、 双极型、复合型 三17. 电力二极

6、管的主要类型？答：电力二极管的主要类型有普通、快恢复、肖特基。18. 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为 _电流驱动和 电压驱动两类第三章：1三相零式可控整流电路带电阻性负载工作时，在控制角a 30时，负载电流出现断续_。晶闸管a =30 ,画出输出电压Ud和晶闸管承受的电压Uvt波形。所承受的最大反向电压为、6u2。2单相全控桥整流电路，其输出电压的脉动频率是100hz，三相零式可控整流电路，其输出电压的脉动频率为 150hz。3三相半波可控整流电路，带大电感负载，移相范围为（90）。4三相全控桥整流电路，带电阻负载，控制角a =30,试画出整流输出电

7、压Ud的波形，画出晶闸管 V11的电压山11的波形；5单相半波可控整流电路接电阻负载。7在单相半波可控整流大电感负载有续流二极管的电路中，晶闸管的控制角a的最大移相范围是多少？晶闸管的导通角、续流二极管的导通与a关系如何？答：a的最大移相范围1800晶闸管的导通角=刃-a续流二极管的导通角=刃+a6三相半波可控整流电路，变压器二次相电压为20V,带大电感负载，无续流二极管，试计算 ,=45时输出电压，如负载为 200A,求晶闸管上最高电压和晶闸管电流的平均值1打、有效值It。解：Ud =1.17U2 COS- =16.5VU tm = 6U 2 .二 49Vld =200 AIdT = ld

8、/3 =66.7AlT =ld / 3 -115.5A3 =60 ,变压器二次相电压有效值U2=220V8单相全控桥式变流电路如图所示，工作于有源逆变状态，Ed=-150V，R=l Q , L足够大，试按要求完成下列各项:（1）画出输出电压ud的波形； 画出输出电流id的波形；（3）计算输出电流平均值Id ;计算晶闸管电流的平均值IdV1和有效值IV1。解：(3) Ud =0.9U2COS： -99v=51 A(4) IdV1 丄=25.5A2IV1= 36.06Ao才9三相零式可控整流电路，在电阻性负载时，当控制角a R,可视为大电感负载。Ud=. U2COS a 2.34U2COS a=2

9、.34 X 100X cos75 =60.56V:=60.56A变压器二次电流的有效值I 2=0.816 X 60.56=49.42A14单相桥式全控整流电路接阻感负载。a =30, 画出输出电压 Ud和输出电流i d的波形。15有源逆变产生的条件?答：（1）在负载将产生负向电压，且 |Ud|E d|（2）3 60o_度较合适;如采用双窄脉冲触发时，双窄脉冲的间隔应为_60o度。27晶闸管触发电路的要求？答：晶闸管触发电路应满足下列要求:1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通（结合擎住电流的概念）2）触发脉冲应有足够的幅度。3）不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。4）应有良好

10、的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。28阻感负载的特点是 电流不能突变，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管 控制角a的最大移相范围是 180，其承受的最大正反向电压均为2U 2，续流二极管承受的最大反向电压为 2U 2 （设U2为相电压有效值）。第四章1.确定最小逆变角3 min要考虑的三个因素是晶闸管关断时间taf所对应的电角度3,安全裕量角?0和 换相重叠角 。2.电压型逆变器中间直流环节以 电容贮能。3. 适用于全控型器件的换流方式是器件换流。4. 什么是电压型逆变电路？有什么特点？答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压

11、型逆变电路。电压型逆变电路的主要特点是： 直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。 由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出 电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流5.画出负载换流电路的输出电压电流波形图，并分析其工作原理。侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性，b电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入直流侧串入大电感Ld, i

12、 d基本没有脉动。t1 前：VT1、VT4 通，VT2、VT3 断，uo、i o 均为正，VT2、VT3 电压即为 UO。t1时：触发VT2 VT3使其开通，uo加到VT4、VT1上使其承受反压而关断， 电流从VT1、VT4换到VT3 VT2。 t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成。6.电流型逆变器中间直流环节以 电感贮能。画出三相桥式逆变电路图。8 .画出单相半桥电压型逆变电路原理图，并简述其工作原理。NV1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压U0为矩形波，幅值为Um=Jd/2。V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或VD

13、2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈。VD1 VD2称为反馈二极管，它又起着使负载电流连续的作用。或者（设开关器件V1和V2的驱动信号在一个周期内各有半周正偏、半周反偏，且两者互补。设t2时刻以前V1为通态，V2为断态。t2时刻给V1关断信号，给 V2开通关断信号，则 V1关断，但感性负载中的电流i0不能立即改变方向，于是 VD2导通续流。当t3时刻i0降为0时，VD2截止，V2开通，i0反向。同样， 在t4时刻给V2关断信号，给 V1开通关断信号后，V2关断，VD1先续流，t5时刻V1才开通。）9逆变器按直流侧提供的电源的性质来分，可分为电压 型逆变器和 电流型逆变器。10电压型三

14、相桥式逆变电路的每只晶闸管导电的角度是180 度。11通常变流电路实现换流的方式有器件换流 、电网换流 、负载换流、强迫换流_四种。12.高压直流输电系统原理如图所示，若使功率从左向右传输，变流器i、n分别工作于什么状态？控制角a如何？输出电压大小、极性如何 ？HQkVItaifV答：变流器I工作在整流状态，a 190。Ud1上正下负。Ud2上正下负。Ud1 Ud2。13. 180导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在 _同一桥臂 _上的上、下二个元件之间进行； 而120导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在不同桥臂 上的元件之间进行的。14在无源逆变器中，为使晶闸管可靠关断，常采用负载换流和

15、 强迫换流 两种。15. 将直流电变为频率、电压可调的交流电称为逆变，交流测接电源称为有源逆变。16为保证晶闸管安全可靠工作，需对它进行过电压、过电流保护及吸收电路 保护。17画出单相全桥逆变电路的原理图和采用移相调压方式时的控制信号波形图、输出电压波形图，并分析其 工作原理。工作原理: V1 , V4 导通，UO=Ud V1 , VD3 导通,U0=0 VD2, VD3 导通,U0=-Ud V3, V2 导通,UO=-Ud V2 , VD4 导通,U0=0 VD1, VD4 导通,U0=Uduo成为正负各为0的脉冲，改变0即可调节输出电压有效值。18.在桥式全控有源逆变电路中，理论上逆变角3

16、的范围是_0o 90 o 19 画出单相半桥逆变电路的原理图和输出电压电流波形图，并分析其工作原理。-4H&E%.uo为矩形波，幅值为V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压Um=jti/2。V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或VD2通时，i o和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈。VD1 VD2称为反馈二极管，它又起着使负载电流连续的作用。20三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角度为180 ，各相开始导电的角度依次相差120 ，在任一时刻，有3 个桥臂导通。21. 无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：交流侧接电网，为有源逆变，交流侧

17、接负载，为无源逆变。22. 全桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为1（填上倍数）Ud。23电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，从大的方面，换流可以分为两类，即外部换流和自换流，进一步划分，前者又包括电网换流 和 负载换流 两种换流方式，后者包括 器件换流 和强迫换流两种换流方式。24半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为0.5Ud，全桥逆变电路输出交流电压的幅值 Um为1 Ud。第五章:1、直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有降压斩波电路；升压 斩波电路； 升降压 _斩波电路。2对于桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于正转电动状态，试分析此时电路的工作情况，并绘制相应 的

18、电流流通路径图，同时标明电流流向。解：需使电动机工作于正转电动状态时，由V3和VD构成的降压斩波电路工作，此时需要V2保持导通，与V3和VD构成的降压斩波电路相配合。当V3导通时，电源向 M供电，使其反转电动,电流路径如（1 ）图:V1丿-匚VD?木V2-IV4-IR JEmv4V1-IV2-IV3R I。M J+ Em-V4VD3当V3关断时，负载通过 VD续流，电流路径如（2）图:3、分析Cuk斩波电路的工作原理。Cuk斩波电路工作原理V 导通时，E L1V回路和R L2 C V回路分别流过电流。V 关断时，E L1C VD回路和R L2VD回路分别流过电流。 输出电压的极性与电源电压极性

19、相反。基本的数量关系C的电流在一周期内的平均值应为零，即T0 icdt =0得I 2ton = lit off从而可得12toffT -ton 1-0（li ton 5由Li和L2的电压平均值为零，可得出输出电压Uo与电源电压E的关系tt-上e 亘EEtoffT ton14.如图所示斩波电路，直流电源电压 E=100V斩波频率f=1kHz。若要求输出电压 ud的平均值=25V75V 可调，试计算斩波器 V的占空比a的变化范围以及相应的斩波器V的导通时间t0n的变化范围。解：u0E= 0.250.75= 1mstonton =0.25 0.75ms5分析下图所示斩波电路的基本工作原理。解：形状Q

20、是可以代替什么元件？Q通时，E向L充电，充电电流恒为11，同时C的电压向负载供电，因 C值很大，输出电压 uo为恒值, 记为Ub。设Q通的时间为to n,此阶段L上积蓄的能量为EI1tonQ断时，E和L共同向C充电并向负载 R供电。设Q断的时间为toff，则此期间电感稳态时，一个周期 T中L积蓄能量与释放能量相等L释放能量为VIJEl itonUoE |itOffT/t off1 ,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路形状Q是可以代替晶闸管或全控型器件。6.下图所示的降压斩波电路中，E= 100V, L= 100mH R= 0.5 Q , Eg 10V,采用脉宽调制控制方式，T= 2

21、0卩s,当Ton= 4卩s时。求：（1）输出电压平均值 UO; （2）输出电流平均值I。；（3并判断负载电流是否连续。+叶且=J =0.1E 100=0. 2L 0.1 T =R 0.5当t on=4卩S时，有=-=0.0001T二如=0.00002由于0.0001 /e-1e0.00002-1=0.2m所以输出电流连续。此时输出平均电压为Uo = E =100 4 =20(V)T20输出平均电流为20 -10=0.5=20(A)7.画出升压斩波电路的原理图和输出电流波形图，并分析其工作原理。V通时，E向L充电，充电电流恒为11,同时C的电压向负载供电，因 C值很大，输出电压 uo为恒值, 记

22、为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为。EhtonV断时，E和L共同向C充电并向负载 R供电。设 V断的时间为toff，则此期间电感 L释放能量为Uo E btof稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等EI 1ton =Uo Elsoffton t offtoffTE =t offT/t off1 ,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。8.画出降压斩波电路的原理图和输出电压电流波形图（电流连续），并分析其工作原理。工作原理t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压 uo=E,负载电流io按指数曲线上升；t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载

23、电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大。on=aE (3-1 )9如图所示为一降压斩波电路，试画出输出电压u0和输出电流i0的波形（电流断续）。10交流电能转换成直流电能称整流，把一种直流电能转换成另一种直流电能称直流斩波，而把直流电能转换成交流电能称逆变。11 .直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有降压 斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路。12画出升降压斩波电路的原理图和电源i1、电流负载i2波形图。13.分别写出降压斩波电路、升压斩波电路和升降压斩波电路的直流输出电压U0与电源电压E的关系式。答：降压斩波电路 E升压

24、斩波电路 U =1 e 升降压斩波电路1aUo :1-:14 .降压斩波电路，已知E=200V, R=10Q , L值极大。采用脉宽调制控制方式，当控制周期T=50卩s，全控开关VT的导通时间 3=20卩S,试完成下列各项要求。画出降压斩波电路图计算稳态时输出电压的平均值UO输出电流的平均值I。解：- U。t on t offU o0 =8AR15.升压斩波电路的典型应用有直流电动机传动 和单向功率因素校正等。1、直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有降压斩波电路；升压波电路;升降压斩波电路。第六、七章:1. 交交变频电路(采用三相桥式整流电路)的最高输出频率是多少？制约输出频率

25、提高的因素是什么？ 答：一般来讲，构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。当交交变频电路中采用常用的6脉波三相桥式整流电路时，最高输出频率不应高于电网频率的1/31/2错误！未指定书签。当电网频率为50Hz时，交交变频电路输出的上限频率为20Hz左右。当输出频率增高时，输出电压一周期所包含的电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变和由此引起 的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。2. 单相交流调压电路带阻感负载，当控制角 v ( =arctan(L/R)时,VT1的导通时间大于n ,VT2的导通时间小于n 。3. 根据载波和信号波是否同步及

26、载波比的变化情况，PWM调制方式可分为 同步调制和异步调制。一般为综合两种方法的优点，在低频输出时采用方法是异步调制 。4. 改变频率的电路称为变频电路，变频电路有交交变频电路和交直交 电路两种形式，前者又称为 直接 变频，后者也称为间接变频。5. 什么叫交一交变频电路？答：晶闸管交交变频电路，也称周波变流器(Cycloco nvertor)。交交变频电路一一把电网频率的交流电变成可调频率的交流电，属于直接变频电路。6. 什么是电压型逆变电路？有什么特点？答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路。电压型逆变电路的主要特点是： 直流侧为电压源，或并联有大

27、电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。 由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出 电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。7. 改变SPWM逆变器中的调制比，可以改变输出电压基波的幅值。8. 交流调压电路和交流调功电路有什么区别？答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。而交流调功电路

28、是将负载与交流电 源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平 均功率。9. 一台工业炉原由额定电压为单相交流220 V供电，额定功率为10千瓦。现改用双向晶闸管组成的单相交流调压电源供电，如果正常工作时负载只需要5千瓦。试问双向晶闸管的触发角a应为多少度？试求此时的电流有效值，以及电源侧的功率因数值。解：U 0max = J丄 R2U1 sin(0t)2dcct =U 1耳兀0此时负载电流最大，为0 m ax0 m axR因此最大输出功率为P max0 max0 max输出功率为最大输出功率的50%时，有:p _ （ 一0.5Ui）2 RU0 二、

29、0.56sin 2:.2 二+ 3T -CL二 4.84 .1I。二U1袪sin 2a十it - a /R 二 32.14A1 si n2： 八=0.707 .2 二10. 交流调功电路的调节方式。答：将负载与电源接通几个周波，再断开几个周波，改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率,因其直接调节对象是电路的平均输出功率，所以称为交流调功电路。11. 已知自耦变压器基本绕组为1-0，调整绕组1-3与1-2之间的匝数是1-0的10%。试分析图示两组反并联晶闸管组成的电路，是如何实现在输入电压波动时，使输出电压U0保持稳定？VII解 通过对电压检测，实施对两组反并联晶闸管门极予以控制。例如：

30、输入电压高于10%时，让VT1、VT2这组反并联的晶闸管的触发脉冲移到180,使它不输出电压，而让VT3、VT4这组反并联晶闸管的触发脉冲移到0。，使他们分别在正负半周全导通时输出电压降低；当输入电压低于额定值10%寸，让VT1、VT2这组反并联晶闸管的触发脉冲移到0。，使他们分别在正负半周全导通。让VT3 VT4反并联晶闸管的触发脉冲移到180使他们截止，从而使输出电压提高10%达到稳定输出电压的目的。12. 单相交流调压器，电源为工频220V,阻感串联作为负载，其中R=1Q , L=2mH试求：开通角a的变化范围；负载电流的最大有效值；最大输出功率及此时电源侧的功率因数。解：负载阻抗角为：

31、C0I2兀汉50汇2汇10山 =arctan ()=arctan () = 0.5610R1开通角a的变化范围为：当a =时，输出电压最大，负载电流也为最大220omax :一 186.28AR2(丄)2，此时输出功率最大，为Poma= I omaxR =220、R2（丄）2R= 34.7(KW)功率因数为Pomax _34701UTT _ 220 186.28= 0.8467实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即cos 0.846713. 正弦脉宽调制（SPWM技术运用于电压型逆变电路中，改变载波频率可改变开关管的工作频率。14. 分析单相交交变频电路的整流与逆变工作状态。（10工作状态t1t3期间：io处于正半周，正组工作，反组被封锁。t1t2阶段：uo和io均为正，正组整流，输出功率t2t3阶段：uo反向，io仍为正，正组逆变，输出t3t5期间：i