江苏理工学院电力电子期末试题之分析课件

1、电力电子技术问答分析题0100003、晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通触发脉冲应有足够的幅度、触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额和 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 。0100004、试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。（12分）解：对IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的优缺点的比较如下表：器 件优 点缺 点IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及GTOGTR耐压高，电流

2、大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低电 力MOSFET开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置（3A）（4B）0100004、为使晶闸管变流装置正常工作，触发电路必须满足什么要求？答：1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通2）触发脉冲应有足够的

3、幅度3）触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额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。（4B）0100003、过电压与过电流产生的原因是什么？简述他们的保护措施（各举两种即可）。答：过电压产生的原因有外因过电压和内因过电压两种，其中外因过电压主要有：操作过电压和雷击过电压，内因过电压主要有：换相过电压和关断过电压。保护措施有：RC过电压抑制电路，反向阻断式RC电路，雪崩二极管，金属氧化物压敏电阻，硒堆和转折二极管等过电流产生的原因主要是过载和短路。保护措施有：快速熔断器，直流快速熔断器，过电流继电器，电子电路等。（1A、）0100002、读出下列图形符号的名称并标出

4、管脚符号。 答：AK 二极管 晶闸管 GTO GTR MOSFETIGBT（5A）0100002、画出下列半导体器件的图形符号并标明管脚代号。普通二极管；普通晶闸管；可关断晶闸管；功率晶体管；功率场效应晶体管；绝缘栅双极晶体管。答：AK 二极管 晶闸管GTO GTR MOSFET IGBT（1A）（4B）0100003、简述晶闸管导通的条件与关断条件。（7分）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uGK0。要使晶闸管由导通变为关断，可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，即降到维持电流以下，便可使导通的晶

5、闸管关断。（3B）0100003、 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uGK0。（2B）0100003、维持晶闸管导通的条件是什么？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使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸管由导通变为关断，可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，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。（1B）（5B）0100003、将控制电路、检测电路、驱动电路、主电路填入以下框图中，组成一个电力电子应用系统。（6分）答

6、：（1A）（1B）（5B）0200003、某一晶闸管，额定电压为300V，额定电流为100A，维持电流为4mA，使用在下图所示的各电路中是否合理?说明其理由。(不考虑电压、电流裕量)（8分）答：（a）因为，所以不合理。(b) 因为, KP100的电流额定值为100，裕量达倍，太大了。（c）因为，大于额定值，所以不合理。0200003、单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画出整流二极管在一周内承受的电压波形。解:注意到二极管的特点:承受电压为正即导通。因此,二极管承受的电压不会出现正的部分。在电路中器件均不导通的阶段,交流电源电压由晶闸管平衡。整流二极管在一周内承受的电压波形如下:（3A）（5A）

7、0200003、在三相半波整流电路中,如果a相的触发脉冲消失,试绘出在电阻性负载和电感性负载（电感足够大）下整流电压Ud的波形。（设触发角=）解:假设=,当负载为电阻时,Ud的波形如下:当负载为电感时，Ud的波形如下：（3A）（4A）0200002、 单相半波可控整流带电阻负载电路中，设输入为如果：（1）晶闸管门极不加触发脉冲；（2）晶闸管内部短路；（3）晶闸管内部断开；试分析并画出上述三种情况负载两端电压ud和晶闸管两端电压uT的波形。答：（1）负载两端电压为0，晶闸管上电压波形与U2相同；（2）负载两端电压为U2，晶闸管上的电压为0；（3）负载两端电压为0，晶闸管上的电压为U2。（1B）（

8、2A）0200004、指出至少三点变压器漏感对整流电路有什么影响？（6分）（8分）答：1）出现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud降低2）整流电路的工作状态增多3）晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通4）换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通5）换相使电网电压出现缺口，成为干扰源（1B）（4B）0200003、画出三相桥式全控整流电路带阻感负载的原理图，并给图中6个晶闸管写上正确的编号，编号写在晶闸管的正上方或正下方。答：（2A）（5B）0200003、将下列表格中空缺的部分按要求填好，变压器二次相电压为U2，对于电感负载满足大电感负载的条件。（6分）（1B）

9、0200004、画出下图对应的输出电压Ud、晶闸管VT1的电流iVT1和承受的电压uVT1的波形，其中负载为纯电阻，虚线为脉冲信号。（12分）答：（此题中uVT1的正确性有待讨论）0200005、单相桥式半控整流电路，电阻性负载。当控制角=90时，画出：负载电压ud、晶闸管VT1电压uVT1、整流二极管VD2电压uVD2，在一周期内的电压波形图。答：（4A）0200002、无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？答：有源逆变电路是把逆变电路的交流侧接到电网上，把直流电逆变成同频率的交流反送到电网去。无源逆变电路的交流侧直接接到负载，将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流供给负载。0200003、什

10、么是有源逆变？有源逆变的条件是什么？ 答：如果将逆变电路交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电，反送到电网上去称为有源逆变。有源逆变的条件：（1）一定要有直流电动势，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；（2）变流器必须工作在的区域内使Ud0。（1A）（2A）0200004、简述实现有源逆变的基本条件，并指出至少两种引起有源逆变失败的原因。（7分）答：有源逆变的条件：（1）一定要有直流电动势，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；（2）变流器必须工作在的区域内使Ud0。逆变失败的原因有：1）触发电路工作不可靠，不能适时

11、、准确地给各晶闸管分配脉冲2）晶闸管发生故障3）在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失4）换相地裕量角不足，引起换相失败等0200003、 实现有源逆变必须满足哪两个必不可少的条件？答：有源逆变的条件：（1） 一定要有直流电动势，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；（2） 变流器必须工作在的区域内使Ud0。（2B）0200002、单相半波可控整流电路，输入电压u2如图所示，如（1）晶闸管内部短路，（2）晶闸管内部开路，在下面的坐标中画出其直流输出电压Ud和晶闸管两端电压UT的波形。 答：（5A）0200003、如图所示，试画出负载Rd上的电压波形(不考虑管子

12、的导通压降)。解：其波形如下图所示：（右图为修改后的，削去了左图终多余的一条横线）（1A）（3B）（4A）0200003、电路与波形如图所示。（1）若在t1时刻合上K，在t2时刻断开K，画出负载电阻R上的电压波形；（2）若在t1时刻合上K，在t3时刻断开K，画出负载电阻R上的电压波形。（ug宽度大于3600）。（a）电路图 （b）输入电压u2的波形图答：（1B、）（4B）0200004、什么是逆变失败？形成的原因是什么？（并指出至少两种形成逆变失败的原因。）答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电

13、路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。逆变失败的原因有：1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲2）晶闸管发生故障3）在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失4）换相地裕量角不足，引起换相失败等（2B）0200004、导致逆变失败的原因是什么？答：逆变失败的原因有：1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲2）晶闸管发生故障3）在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失4）换相地裕量角不足，引起换相失败等0200004、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输

14、出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角等。（4A）0300004、根据对输出电压平均值进行控制的方法不同，直流斩波电路可有哪三种控制方式？并简述其控制原理。答：第一种调制方式为：保持开关周期不变，改变开关导通时间ton称为脉宽调制。简称“PWM”调制。第二种调制方式为：保持开关导通时间ton不变，改变开关周期，称为频率调制。简称为“PFM”调制。第三种调制方式为：同时改变周期T与导通时间ton。使占空比改变，称为混合调制。0

15、300004、根据下图简述升压斩波电路的基本工作原理。（图中设：电感L、与电容C足够大）答：当V处于通态时，电源E向电感L充电，设充电电流为I1，L值很大，I1基本恒定，同时电容C向负载供电，C很大，使电容器电压U0基本不变，设V处于通态的时间为ton，在ton时间内，电感L上积蓄的能量为EI1ton；当V处于断态时，E与L同时向电容充电，并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，在toff时间内L释放的能量为（U0-E）I1toff，在一周期内L积蓄的能量与释放的能量相等。可求得： 分析不难看出该斩波电路是升压斩波电路。（2B）0400003、交流调压和交流调功电路有何区别？答：交流

16、调功能电路和交流调压电路的电路形式完全相同，但控制方式不同。交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。晶闸管交流调功电路采用整周波的通、断控制方法，例如以n个电源周波为一个大周期，改变导通周波数与阻断周波数的比值来改变变换器在整个大周期内输出的平均功率，实现交流调功。0500002、什么叫整流？什么叫逆变？什么叫有源逆变？什么叫无源逆变？答：把交流电变为直流电的过程叫整流；把直流电变为交流电的过程叫逆变；将直流电变为和电网同频率的交流电并反送到交流电网去的过程称为有源逆变；将直流电变为交流电直接供给负载使用的过程叫无源逆变。0500004、

17、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？答：电压型逆变器当交流侧为阻感性负载时，需要向电源反馈无功功率。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，逆变桥各臂开关器件都反并联了反馈二极管。（3B）0600004、PWM逆变电路的控制方法主要有哪几种？简述异步调制与同步调制各有哪些优缺点？答：PWM逆变电路的常用控制方法有两种，一是计算法；二是调制法。其中调制法又可分为两种，一是异步调制法；二是同步调制法。通常异步调制法是保持载波频率不变，信号频率根据需要而改变时，载波比是变化的。优点是：信号频率较低时载波比较大，一周期内脉冲数较多，输出较接近正弦波。缺点是：正负半周脉冲数不相等，对称性差。因此，希望采用较高的载波频率，以克服在信号频率较高时仍能保持较大的载波比。同步调制时，保持载波比为常数，并在变频时使载波和信号波保持同步变化。优点是：信号波一周内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的，对称性好。缺点是：当逆变频率较低时，载波频率也很低，造成调制谐波不易滤除；逆变频率较高时，调制载波频率也过高，使开关器件的开关频率