電力電子技術期末復習題及其答案

第一章復習題1.使晶閘管導通的條件是什么？答：當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導通。2維持晶閘管導通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷？答：（1）維持晶閘管導通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流，即維持電流。 （2）若要使已導通的晶閘管關斷，只能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，便可使導通的晶閘管關斷。3.GTO和普通晶閘管同為PNPN結構，為什么GTO能夠自關斷，而普通晶閘管不能？答：（1）GTO在設計時，a2較大，這樣晶體管v2控制靈敏，易于GTO關斷； （2）GTO導通時a1+a2的更接近于1，普通晶閘管a1+a21.5，而GTO則為約等于1.05，GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制提供了有利條件； （3）多元集成結構每個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。4如何防止電力MOSFET因靜電感應引起的損壞？答：（1）一般在不用時將其三個電極短接； （2）裝配時人體，工作臺，電烙鐵必須接地，測試時所有儀器外殼必須接地； （3）電路中，柵，源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過高。 （4）漏，源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。5.IGBT,GTR,GTO和電力MOSFET的驅動電路各有什么特點？答：IGBT驅動電路的特點是：驅動電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅動型器件，IGBT的驅動多采用專用的混合集成驅動器。 GTR驅動電路的特點是：驅動電路提供的驅動電流有足夠陡的前沿，并有一定的過沖，這樣可加速開通過程，減小開通損耗，關斷時，驅動電路能提供幅值足夠大的反向基極驅動電流，并加反偏截止電壓，以加速關斷速度。 GTO驅動電路的特點是：GTO要求其驅動電路提供的驅動電流的前沿應有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個導通期間施加正門極電流，關斷需施加負門極電流，幅值和陡度要求更高，其驅動電路通常包括開通驅動電路，關斷驅動電路和門極反偏電路三部分。 電力MOSFET驅動電路的特點：要求驅動電路具有較小的輸入電阻，驅動功率小且電路簡單。6.全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析RCD緩沖電路中各元件的作用。答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內因過電壓，du/dt或過電流和di/dt，減小器件的開關損耗。RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開通時，Cs經Rs放電，Rs起到限制放電電流的作用；關斷時，負載電流經VDs從Cs分流，使du/dt減小，抑制過電壓。7.試說明IGBT,GTR,GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點。（第7題答案）1、請在正確的空格內標出下面元件的簡稱： 電力晶體管GTR；可關斷晶閘管GTO；功率場效應晶體管MOSFET；絕緣柵雙極型晶體管IGBT ；IGBT是MOSFET 和GTR的復合管。 2、晶閘管對觸發(fā)脈沖的要求是要有足夠的驅動功率 、觸發(fā)脈沖前沿要陡幅值要高和觸發(fā)脈沖要與晶閘管陽極電壓同步。 3、多個晶閘管相并聯(lián)時必須考慮均流的問題，解決的方法是串專用均流電抗器。 4、在電力晶閘管電路中，常用的過電流保護措施有快速熔斷器 、 串進線電抗器、 接入直流快速開關 、 過電流繼電器。（寫出四種即可） 5、晶閘管是硅晶體閘流管的簡稱，常用的有普通晶閘管與門極可斷晶閘管。6、電力電子器件一般都工作在開關 狀態(tài)。7、為了保證晶閘管可靠與迅速地關斷，通常在管子陽極電壓降為0之后，加一段時間 反向 電壓。8、選用晶閘管的額定電壓值應比實際工作時的最大電壓大2-3 倍，使其有一定的電壓裕量。9、選用晶閘管的額定電流時，根據(jù)實際最大電流計算后至少還要乘以1.5-2 倍。10、在螺栓式晶閘管上有螺栓的一端是陽極 。11、普通晶閘管的圖形符號是： 三個電極分別是陽極A 陰極K 和門極G 晶閘管的導通條件是承受正向電壓，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下，關斷條件 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)值一下。12、可關斷晶閘管的圖形符號是： 電力場效應管的圖形符號是：絕緣柵雙極晶體管的圖形符號： 電力晶體管的圖形符號是：13、絕緣柵雙極晶體管是G作為柵極E作為發(fā)射極與集電極C復合而成。14、1、雙向晶閘管的圖形符號是 ，三個電極分別是第一陽極T1，第二陽極T2 和門極G；雙向晶閘管的的觸發(fā)方式有I+ 、 I-、III+ 、 III.。15、一般操作過電壓都是瞬時引起的尖峰電壓，經常使用的保護方法是RC過電壓抑制電路而對于能量較大的過電壓還需要設置非線性電阻保護，目前常用的方法有雪崩二極管和金屬氧化物壓敏電阻 。16、在電力晶閘管電路中，常用的過電流保護措施有快速熔斷器 、 串進線電抗器、 接入直流快速開關 、 過電流繼電器。（寫出四種即可）17、給晶閘管陽極加上一定的正向電壓在門極加上正向電壓，并形成足夠的門極電流，晶體管才能導通。18、對變流電路實施過電壓保護時，過電壓保護用到的主要原件有：電阻、電容、二極管、電感。 第二章復習題1、 雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要不同？答：雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比，在采用相同晶閘管的條件下，雙反星形電路的輸出電流可大一倍。2、 指出造成逆變失敗的幾種主要原因？答：（1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時、準確地給各晶體管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相，使交流電源電壓和直流電動勢順向串聯(lián)，形成短路。（2）晶閘管發(fā)生故障，在應該阻斷期間，器件失去阻斷能力，或在應該導通期間，器件不能導通，造成逆變失敗。（3）在逆變工作時，交流電源發(fā)生缺相或突然消失，由于直流電動勢Em的存在，晶閘管仍可導通，此時交流器的交流側由于失去了同直流電動勢極性相反的交流電壓，因此直流電動勢將通過晶閘管使電路短路。（4）換相的裕量角不足，引起換相失敗，應考慮變壓器漏抗引起重疊角對逆變電路換相的影響。3、實現(xiàn)有源逆變必須滿足哪兩個必不可少的條件？答：（1）要有直流電動勢，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流側的平均電壓。（2）要求晶閘管的控制角a/2，使Ud為負值。4、晶閘管觸發(fā)的觸發(fā)脈沖需要滿足哪幾項基本要求？答：、A:觸發(fā)信號應有足夠的功率。B：觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖前沿盡可能陡，使元件在觸發(fā)導通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導通。C：觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。5、實現(xiàn)正確觸發(fā)的同步定相的方法步驟有哪些？答：A：根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，確定同步信號電壓us與對應晶閘管陽極電壓之間的相位關系。 B：根據(jù)整流變壓器TS的接法與鐘點數(shù)，以電網某線電壓作參考矢量，畫出整流變壓器二次側也就是晶閘管陽極電壓的矢量。再根據(jù)A確定同步信號US與晶閘管陽極電壓的相位關系，畫出對應的同步相電壓矢量和同步線電壓的矢量。 C：根據(jù)同步變壓器二次線電壓矢量位置，定出同步變壓器TS的鐘點數(shù)和接法。只需把同步變壓器二次電壓Usu、Usv、Usw分別接到VT1，VT3，VT5管的觸發(fā)電路；Us(-U)、Us(-v)、Us(-w)分別接到VT4、VT6、VT2的觸發(fā)電路，與主電路的各個符號完全對應，即能保證觸發(fā)脈沖與主電路同步。6、單相橋式半控整流電路，電阻性負載。當控制角=90時，畫出：負載電壓ud、晶閘管VT1電壓uVT1、整流二極管VD2電壓uVD2，在一周期內的電壓波形圖7、晶閘管對觸發(fā)電路有哪些要求？8、三相半波整流電路，將整流變壓器的二次繞組均分為兩段，每段的電動勢相同，接成兩折接法，其分段布置及矢量圖如圖所示，問變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么？解：三相半波可控整流電路，當變壓器二次繞組分成兩組，按本題圖示曲折接線，及矢量圖所示。變壓器二次繞組中，同一相的兩個繞阻的電流，方向相反大小相等，因而形成的磁通，方向也相反、磁通量大小也會相等。這樣變壓器鐵心中就不會存在直流磁通，自然就不會被直流磁化了。9、什么是逆變失??？逆變失敗后有什么后果？形成的原因是什么？解：逆變失敗指的是：逆變過程中因某種原因使換流失敗，該關斷的器件末關斷，該導通的器件末導通。從而使逆變橋進入整流狀態(tài)，造成兩電源順向聯(lián)接，形成短路。逆變失敗后果是嚴重的，會在逆變橋與逆變電源之間產生強大的環(huán)流，損壞開關器件。產生逆變失敗的原因：一是逆變角太??；二是出現(xiàn)觸發(fā)脈沖丟失；三是主電路器件損壞；四是電源缺相等。10、 實現(xiàn)有源逆變必須滿足哪些必不可少的條件？（6分）答1、 實現(xiàn)有源逆變必須外接一直流電源，其方向與晶閘管電流方向相同，其數(shù)值要稍大于逆變橋電壓，才能提供逆變能量。另外變流器必須工作在90）區(qū)域，使Udm所以輸出電流連續(xù)。 此時輸出平均電壓為Uo =25(V) 輸出平均電流為Io =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為Imax=30.19(A)Imin=29.81(A)當ton=3s時，采用同樣的方法可以得出：=0.0015 由于=0.149m所以輸出電流仍然連續(xù)。 此時輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時值分別為：Uo =15(V)Io =10(A)Imax=10.13(A)Imin=9.873(A)4簡述圖3-2a所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設電路中電感L值很大，電容C值也很大。當V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時電容C上的電壓向負載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值Uo。設V處于通態(tài)的時間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為。當V處于斷態(tài)時E和L共同向電容C充電并向負載R提供能量。設V處于斷態(tài)的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：化簡得：式中的，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。1、在電流型逆變器中，輸出電壓波形為正弦波，輸出電流波形為方波 。 2、180導電型三相橋式逆變電路，晶閘管換相是在 同一橋臂 上的上、下二個元件之間進行；而120o導電型三相橋式逆變電路，晶閘管換相是在不同橋臂上的元件之間進行的。3、 在有環(huán)流逆變系統(tǒng)中，環(huán)流指的是只流經 逆變電源、逆變橋而不流經負載的電流。環(huán)流可在電路中加電抗器來限制。為了減小環(huán)流一般采控用控制角大于 的工作方式。 4、通常變流電路實現(xiàn)換流的方式有器件換流，電網換流，負載換流，強迫換流，四種。5、 在有環(huán)流逆變系統(tǒng)中，環(huán)流指的是只流經 逆變電源、逆變橋而不流經負載的電流。環(huán)流可在電路中加電抗器來限制。為了減小環(huán)流一般采控用控制角大于 的工作方式。6、變頻電路常用的換流方式有負載諧振換流、脈沖（強迫）換流 兩種。7、逆變器按直流側提供的電源的性質來分，可分為 型逆變器和 型逆變器。電壓型逆變器直流側是電壓源，通常由可控整流輸出在最靠近逆變橋側用 器進行濾波，電壓型三相橋式逆變電路的換流是在橋路的 原件之間換流，每只晶閘管導電的角度是 度；而電流型逆變器直流側是電流源，由可控整流輸出在最靠近逆變橋側是由 濾波，電流型三相橋式逆變電路換流是在原件之間換流，每次晶閘管導電的角度是 度。8、PWM脈寬調制型變頻電路的基本原理：對逆變電路中開關器件的通斷進行有規(guī)律的調劑，使輸出端得到 脈沖來等效正弦波。9、直流斬波電路在改變負載的直流電壓時，常用控制方式有 、 、 、三種10、PWM逆變電路的控制方式有 、 、 、 、11、PWM逆變電路的控制方法有計算法，調制法，跟蹤控制法 三種。其中調制法又可分為異步調控法，同步調控法 兩種。13、14.PWM逆變電路的控制方法主要有哪幾種？簡述異步調制與同步調制各有哪些優(yōu)缺點？解：PWM逆變電路的常用控制方法有兩種，一是計算法；二是調制法。其中調制法又可分為兩種，一是異步調制法；二是同步調制法。通常異步調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：當逆變頻率較低時，載波頻率也很低，造成調制諧波不易濾除；逆變頻率較高時，調制載波頻率也過高，使開關器件的開關頻率過高而難以承受。15、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？（7分） 電壓型逆變器當交流側為阻感性負載時，需要向電源反饋無功功率。直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂開關器件都反并聯(lián)了反饋二極管。而對電流型逆變器來說，當交流側為阻感負載時，也需要提供無功能量反饋，但直流側電感起緩沖無功能量的作用，因反饋無功能量時，直流電流并不反向，因此不必象電壓型逆變器那樣要給開關器件反并聯(lián)二極管。16、17、18、指出下圖中各保護元件及VD、Ld的名稱和作用。解：星形接法的硒堆過電壓保護；三角形