电力电子技术 复习题纲(二)

题型（去年分值）：判断9分，选择9分，简答22分，波形分析24分，计

算36分

一、判断、选择多看慕课

二、简答

1.电力电子技术的基础与核心

答：电力电子技术的基础是电力电子器件，电力电子技术的核心是能量变换技术，并随着变换电路和控制技术

的发展而发展的。

2.通过IGBT半导体结构，分析IGBT工作原理以及可以通过大电流的原因

/当4s为正，且大于开启电压4s（th），

/栅极下的P层表面形成N沟道，形成导通的通道。

/导通电阻急剧降低（电导调制效应）

/具有低的通态压降。

IGBT的结构、筒化等效电路和电气图形符号

3.什么是电力电子技术？

答：电力电子技术是应用于电力技术领域中的电子技术；它是以利用大功率电子器件对能量进行变换和控制为

主要内容的技术。国际电气和电子工程师协会（IEEE）的电力电子学会对电力电子技术的定义为：“有效地使用电力

半导体器件、应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术，它包括电压、

电流、频率和波形等方面的变换。”

4.根据IGBT半导体结构，分析擎柱效应

答：IGBT由于寄生晶闸管的影响，可能是集电极电流过大（静杰擎住效应），也可能是峥过大（动态擎住效

di

应），会产生不可控的擎住效应，实际应用中应使IGBT的漏极电流不超过额定电流，或增加控制极上所接电阻凡的

数值，戒小关断时的峥，以避免出现擎住现象“

dt

5,从发展过程看，电力电子器件分哪几个阶段？

答：如果以电力电子技术器件的发展为主线，可以把它分为3个主要发展阶段，即

1）“晶闸管及其应用”，主要标志为晶闸管；

2）“自关断器件及其应用”，主要标志为可关断晶闸管GTO、大功率（巨型）晶体管GTR、功率场效应晶体管

PowerMOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT等；

3）“功率集成电路和智能功率器件及其应用”,主要标志为功率集成电路PIC和智能功率模块IPM0

6.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管通到通到关断？

/导通条件：1.正向的阳极电压；

2.正向的门极电流。

两者缺一不可。

，晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。

7导通到阻断：要使晶闸管关断，方法有二:

/降低阳极电压，包括加反压；使阳极电流小于

，改变负载，比如增加负载电阻。某个电流值。

》反向截止：承受反向阳极电压，晶闸管不导通。

A三种工作状态：导通状态、正向阻断状态和反向截止状态

7.电力二极管的类型有哪些？各自的反向恢复时间是多少？

1）普通二极管，反向恢复时间在5叫以上。

2）快恢复二极管，反向恢复时间在5g以下。快恢复极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者

反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者在100ns以下，甚至达到20~30ns,多用于高频整流和逆变电路中。

3）肖特基二极管，反向恢复时间为10~40ns。

8.已处于通态的晶闸管其擞销驱动电流，为什么不能关断？如何使其从导通到关

断？

9.GT0和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GT0可通过门极关断，而普通晶闸管

不行？

答：GTO之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点

不同：

1）在设计GTO时使其外较大，这样，晶体管V2控制灵敏,使GTO容易关断。

2）由于GTO的内部包含着许多共阳极的小GTC•单元，GTO元阴极面积小，门极和阴极间的距离短，P?基区

的横向电阻小，可以从门极抽出更大的电流。

3）GTO导通时，双晶体管模型口的2个晶体管共基极电流放大倍数之和%+%大于1且近似等于1（1.05左

右），因而处于临界饱和导通状态，若要关断GTO,可用抽出部分阳极电流的办法破坏其临界饱和状态，使GTO用

门板负信号关断。SCR的四+4比1大（大约为1.15）,SCR导通后处于深度饱和状态，因而用门极负脉冲不足以

使《+%达到小于1的程度，因而也就不能用门极负信号去关断阳极电流。这是GTO与SCR的一个极为重要的区

别。

10.分析关断缓冲电路。分析RCD缓冲电路中各元件的作用

1.耗能式缓冲电路

(1)关断缓冲电路

ARDC缓冲电路由电阻、电容和二极管组

成,它与BJT开关并联连接,如图2・29a)。

①原理分析

ABJT关断时，负载电流经VDi和Q,

d〃《./dr受到限制；

》电容越大，(1“(仙越小；

》由于电容的存在，所以不再会出现最大的图2・29耗能式关断发冲电路及其波形

瞬时尖峰损耗.a)疑能式关断■冲电路

A如图2-29b)无缓冲电容时，集

电极电压上升时间极短，出现

大的瞬时关断损耗；

＞如图2・29c),当缓冲电容G较小,

那么4下降到零以前集电极电压

已上升至电源电压；

＞如图2-29d),当缓冲电容G较大

时,4下降到零以后，集电极电压

上升至电源电压。

图329新能式关昕敏冲电踣及英it形

＞缓冲电容Cl越大关断损耗越小。a)疑能式关断绫冲电路b)♦冲电容为军N

c)♦冲电力较小时d)♦冷电力较大时

11.为什么GTR在开关瞬变过程中容易被击穿，预防措施有哪些?

GTR的安全工作区较窄，当GTR在工作过程中所承受的电压电流都较大时，超出安全工作区域，那么GTR在

开关瞬变过程中易被击穿。

预防措施就是加辅助电路，确保GTR所承受的电压电流在安全工作区域之内。

12.驱动电路的基本任务有哪些？

答：按控制目标的要求施加开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号。对全控型器件则既要提

供开通控制信号，又要提供关断控制信号。除此之外，驱动电路一般还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环

节，一般采用光隔离或磁隔离。

13.根据电路图，分析升降压斩波电路的原理

1.升降压斩波电路结构与工作原理

•工作原理

/当VT导通时，VD截止，电感从电

源人获取能量，C维持输出电压基

RMI升降压斩波电路本不变；

•电路结构.如图3/1所示

/当VT截止时，L中储能传递给电

，又称Buck-Boost斩波电路(Buck-

容及负载片,，输出电压极性为下

RoostChopper)o

/既可升压，也可降压的斩波电路。正上负。

14.根据电路图，分析升压斩波电路的原理

了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供，电压型逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性

相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。

在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈

无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。

20.三相SPWM逆变电路采用什么控制方法，可提高直流电压利用率？

答：对于三相SPWM逆变电路，采用如下2种控制方法可以提高直流电压利用率

(1)采用梯形波调制方法的思路为：采用梯形波作为调制信号，当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波所

含的基波分量幅值超过了三角波幅值，相当于？>1的过调制状态，可有效提高直流电压利用率。

(2)还可以采用线电压控制方式，即在相电压调制信号中叠加3的倍数次谐波及直流分量等，同样可以有效

地提高直流电压利用率。

21.什么是SPWM的规则采样法？

22.电流跟踪SPWM逆变有哪些控制方式？

答：电流跟踪SPWM逆变有3种控制方式：①电流滞环控制方式；②三角形比较方式；③定时比较方式。

23.直接电流控制的pwm整流电路，当设计的交流侧电感量与工作过程中实际值

误差较大时，对输入电流有何影响？

答：该控制方法是让实际电流跟踪给定电流，电路参数/的大小对输入电流基波几乎无影响，对输入电流的谐波

有较小影响。主要表现在：实际电感很大时，电流的变化率较小，滞环控制输出切换频率变小，即PWM频率降低；

相反，实际电感很小时，电流的变化去较大，滞环控制输出切换频率变大，即PWM频率增加。当设计的交流侧电感

量与工作过程中的实际值误差较大时，对输入电流的影响主要体现在高次谐波上。

24.交流调压电路与调功电路有何区别？分别适合于何种负载

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。

交流调压电路是通过改变电压波形来实现调压的，因此输出的电压波形不再是完整的正弦波，谐波分量较大。

从调压器输入端所观察到的调压器及其负载的总体功率因数也随着输出电压的降低而降低。但这种交流调压器控制

方便、体积小、投资省，因此广泛应用于需调温的工频加热、灯光调节及风机、泵类负载的异步电机调速等场合。

交流调功电路一般用于电炉调温等交流功率调节的场合，由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的

每个周期进行频繁控制。

(另：还有两道简答，在慕课讨论区，大家浏览一遍讨论区问题即可。)

三、波形分析

1.升降压，Cuk,正激，反激

・波形分析LI厂

,当“G为高时,VT导通,“r=0,Mj=ws,

%=%,增加，VD截止，帚=0；

/当/为低时，VT断开，“T=q+〃,

”=~a，G=。，片=乙减小.

/波形如图3・13所示。」门口"。

Gofllfa-d-r.

■7

/<>——

o~~~_~7

a）连续导电模式

S3-H升降压新波电降

图3T3升降压新波电路工作波洛

%

3.2.4Cuk斩波电路r

%4

•工作波形a

o

/当VT导通,〃「=0,〃［」=4，八=叫增加，U.叫

匕在“通作用下增加，

VD截止；ZT=/L1+/L2

—►

/当VT断开,iT=0,〃]=Uci，"LI=US-3Ttf

L减小，“2=-。。，小减小，%=。，

书=必+九2减小.

-olnn

/其中心」=4+〃。

-1U,

/如图3-17所示。J+

b)VT■止.VD导通Mir?

图3d7Cuk变换叁主支工作波形

•基本的数量关系

/绕组W3被输入电源〃钳位，开关管

VT承受最高电压为：

3.4.2隔离型反激斩波电路

・反激电路(Flyback)工作过程

/图军28中，%但分别为原边绕组W1、副

边绕组W2的匝数；

，当VT导通，5加到W1线圈上，变压器储存

能量，G线性增长。W2线圈中的感应电动势

为下正上负，VD截止，线圈中没有电流

流过。

/当VT截止时,W2中的感应电动势极性上正下

1

负，二极管VD导通，小减小。1»)电流断续模£的波形

图3-28反激式交换U电路与工作波形

2.全桥，半桥，推挽

/在VT］和VT2都截止期间,〃DD=O。

/电感心上电流只能通过二极管续流,

续流期间4)3=，［)5=。/2,下降。

•波形分析

/二极管VDsVD?导通，〃DD电压约

为NWsINu

/电感上上的电流人上升；

/开关管V%、VT4通过的电流为

图3JI全桥电路原理图

•波形分析

♦在VT［导通，VT2截止时，二次

侧使VD2VD3导通，将能量传给负

载，〃DD电压约为电感L

上电流配上升

3.单向桥式移相电路逆变波形

3.单相全桥逆变移相调压方式

•工作原理

，阻感负载时，采用移相调压控制，

，当VT3的基极信号比V明落后。角度

（0V6V180。），即VT3、VT4的栅极

信号分别比VT?、VT1的前移180「仇

，其移相调压

方式如图4-4［电，小

t>.RL

所示。，早CA-B

{IM、《1的

°桥式逆交电路

电压式三相方波逆变波形

箕4T二招型客行上小式⑥衣

(0tJ/3x/3〜2a/32日3rX-4K/34x/3〜5W35x/3〜2K

，通

VT.VT.VT,VT,VT,VTVT;VTVTVTVTVTHVI；

开关管4454$6VXVT,VT,

+zHpzMXOZ*

rTTTivw

负我等呼《飞鸣

效电路AN直N7曲-J

s_PZw6Zy型a

输-2U/3UJ32U/3

%U4/3■U/3"3

山

相-2U./3

外U/32UJ3U4/3-Ud/3

电

压

%-21//3■UJ3UJ32a/3UJ3-L'd/3

%0乜05u.

00

aaUU

忆q0aa04

%

A负载线电压为120。正负对称的矩形波。

》相电压为180°正负对称的阶梯波。相

位互差120°。

>180*导电型同一相上下桥臂须“先断

后通”方法。

A120°导电型不存在上下直通的问题，

但其输出交流线电压有效值低。故一

般采用180。导电型。

•改变开关管的触发频率或者触发顺序

'ZeVTCVTCVTCVTzTVT],就可

改变输由电压〃。的频率和相序；

«419取压图三用标式也交Hl・工作渡那

4.电阻负载三相桥式全控整流波形

1.电路的构成

A共阴极组VT”VT3,

VT5,与共阳极组VT4，

VT6,VT2串接。

A三相桥式整流电路，如图

5-16

>晶闸管的导通顺序为：

VTrVT2-VT3.VT4-VT5-VT6。

.a=30

0*yf

%

'I'II.Ill，iv；V'VI1:'.

WWW

0'i'Ai/'/T

XAXXX：

、y<7人：人卜〉、4人

0

0

图5-17三相桥式全控整流电路带电阻负段0=0。时的波形图5-18三相桥式全控整流电路带电阻负栽a=30"时的波形

\NNNNNkNNNNN.

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图5-19三相桥式全控整漉电路情电阻负M60”时的波影图5-20三相桥式全控整床电路带电阻夕较b90W的波形

阻感负载三相桥式全控整流波形

(2)阻感负载时的工作情况

A电路分析

假设电感L较大，使负载电流/；

波形平直，见图5・21°

>a=0。时的波形见图5・22

/确定a=0。位置，以60。宽度依

次标定6时段。图5-21阻感负栽时三相桥式全控整流电路原理图

/g波形连续，工作情况与带电阻

负载时十分相似。

图124三相新式全控姿赛电路带R1B负fta-SOOW的波形18623三箱桥式全控整it电郎倍用4MHS3O叼的波形

电阻负载三相半波全控整流波形

1.电阻负载

(1)电路结构

>为得到零线，变压器二次侧必须接

成星形，而一次侧接成三角形，避

免3次谐波流入电网。

>三个晶闸管按共阴极接法连接，有

公共端，连线方便。

图牛【。三相半波可控整流电路共阴极接

>负载为电阻/?。见图5・10a)0法电阻负载时的电路

(2)工作原理

整流变压器次级绕组三相正弦波力

电压〃.、%、外互差120。

1)控制角的情况”

>VTPVT,^VT3换为二极管时，S

在相电压的交点西|、函2、函3处，

均出现了二极管换相，称这些交“

点为自然换相点。

A当V%、VT2>V