電力電子技術第五版課后簡答題(1).doc

1、晶閘管導通的條件是什么？ （1）晶閘管陽極和陰極之間施加正向陽極電壓（2）晶閘管門極和陰極之間必須施加適當?shù)恼蛎}沖電壓和電流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？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。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，便可使導通的晶閘管關斷。3. 圖1-43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Im，試計算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。圖1-43 晶閘管導電波形解：a) Id1=()0.2717 ImI1=0.4767 Imb) Id2 =()0.5434 ImI2 =0.6741Ic) Id3= ImI3 = Im4. 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：GTO和普通晶閘管同為PNPN結構，由P1N1P2和N1P2N2構成兩個晶體管V1、V2,分別具有共基極電流增益和，由普通晶閘管的分析可得，+=1是器件臨界導通的條件。+1，兩個等效晶體管過飽和而導通；+1，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導通時的+更接近于1，普通晶閘管+1.15，而GTO則為+1.05，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。5、電力電子器件的分類（）從門極驅(qū)動特性可以分為：電壓型和電流型（）從載流特性可以分為：單極型、雙極型和復合型（）從門極控制特性可以分為：不可控、半控及全控型6、電力變換的基本類型包括哪些？ 包括四種變換類型：（）整流 （）逆變 （）斬波 （）交交電力變換 7、有源逆變實現(xiàn)的條件是什么？（1） 晶閘管的控制角大于90度，使整流器輸出電壓Ud為負（2）整流器直流側(cè)有直流電動勢，其極性必須和晶閘管導通方向一致，其幅值應大于變流器直流側(cè)的平均電壓 8、電壓源逆變電路與電流源逆變電路的區(qū)別？（1）電壓型無源逆變電路直流側(cè)接大電容濾波，輸出電壓為方波交流，輸出電流的波形與負載性質(zhì)有關；電流型無源逆變電路直流側(cè)接大電感濾波，輸出電流為方波交流，輸出電壓的波形與負載性質(zhì)有關（2）電壓型無源逆變電路各逆變開關管都必須反并聯(lián)二極管，以提供之后的感性負載電流回路；電流型無源逆變電路各逆變開關管不需反并聯(lián)二極管，但是應在負載兩端并聯(lián)電容，以吸收換流時負載電感中的儲能9、單極性調(diào)制與雙極性調(diào)制的區(qū)別？ （1）單極性調(diào)制是指逆變器輸出的半個周期中，被調(diào)制成的脈沖輸出電壓只有一種極性，正半周為+Ud和零，負半周為-Ud和零（2）雙極性調(diào)制是指逆變器輸出的每半個周期中都被調(diào)制成+/-Ud之間變化的等幅不等寬的脈沖列在近似相同的條件下，單極性調(diào)制比雙極性調(diào)制具有更好的諧波抑制效果。10、半控橋能否用于有源逆變？為什么。 半控橋不能用于有源逆變，因為半控橋整流輸出電壓在移相范圍內(nèi)始終大于零。11、電壓型無源逆變的特點是什么？ 電壓型無源逆變電路輸入為恒定的直流電壓，輸出電壓為方波交流電壓，輸出電流波形與負載的性質(zhì)有關，阻感需要在功率電子器件旁邊反并聯(lián)二極管，以提供滯后電流的續(xù)流回路。12、電力電子技術的定義和作用電力電子技術是研究利用電力電子器件實現(xiàn)電能變換和控制的電路，內(nèi)容涉及電力電子器件、功率變換技術和控制理論，作用是把粗電變成負載需要的精電。13、電力電子系統(tǒng)的基本結構電力電子系統(tǒng)包括功率變換主電路和控制電路，功率變換主電路是屬于電路變換的強電電路，控制電路是弱電電路，兩者在控制理論的支持下實現(xiàn)接口，從而獲得期望性能指標的輸出電能。14、有源逆變和無源逆變的區(qū)別有源逆變是把直流電能逆變成交流電能后送給電網(wǎng)；無源逆變是把直流電能逆變正交流電能后送給負載；16、晶閘管觸發(fā)的觸發(fā)脈沖要滿足哪幾項基本要求？答：（1）觸發(fā)信號應有足夠的功率；（2）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；（3）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。17、與信息電子電路中的二極管相比，電力二極管具有怎樣的結構特點才使得其具有耐受高壓和大電流的能力？答：（1）電力二極管大都采用垂直導電結構，使得硅片中通過電流的有效面積增大，顯著提高了二極管的通流能力；（2）電力二極管在P區(qū)和N區(qū)之間多了一層低摻雜N區(qū)，也稱漂移區(qū)。低摻雜N區(qū)由于摻雜濃度低而接近于無摻雜的純半導體材料即本征半導體，由于摻雜濃度低，低摻雜N區(qū)就可以承受很高的電壓而不被擊穿。 18、什么是可控整流?它是利用晶閘管的哪些特性來實現(xiàn)的? 答：將交流電通過電力電子器件變換成大小可以調(diào)節(jié)的直流電的過程稱為可控整流。可控整流主要利用了晶閘管的單向可控導電特性。19、整流電路多重化的主要目的是什么？答：整流電路多重化的目的主要包括兩個方面，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功功率對電網(wǎng)的干擾。20、什么是逆變失?。咳绾畏乐鼓孀兪。看穑耗孀冞\行時，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角等。21、單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當負載分別為電阻負載或電感負載時，要求的晶閘管移相范圍分別是多少？單相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 180，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 90。三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 120，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 90。22、試簡述三相半控橋式整流電路與三相全控橋式整流電路的特點。答：三相全控橋式整流電路采用6只晶閘管構成，而三相半控橋式整流電路采用三只晶閘管和三只二極管構成；三相全控橋可以工作在有源逆變狀態(tài)，而三相半控橋只能工作在整流狀態(tài)；三相半控橋可能會出現(xiàn)失控現(xiàn)象，而全控橋不會。23、如下圖，指出單相半橋電壓型逆變電路工作過程中各時間段電流流經(jīng)的通路(用V1,VD1,V2,VD2表示)。(1) 0t1時間段內(nèi)，電流的通路為VD；(2) t1t2時間段內(nèi)，電流的通路為V1；(3) t2t3時間段內(nèi)，電流的通路為VD2；(4) t3t4時間段內(nèi)，電流的通路為V2；(5) t4t5時間段內(nèi)，電流的通路為VD1；24、什么是逆變失??？逆變失敗后有什么后果？形成的原因是什么？（1）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。（2）逆變失敗后果是嚴重的，會在逆變橋與逆變電源之間產(chǎn)生強大的環(huán)流，損壞開關器件。（3）產(chǎn)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。25、換流方式有那兒種？各有什么特點？答：換流方式有4種： 器件換流：利用全控器件的自關斷能力進行換流。全控型器件采用此換流方式。 電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。 負載換流：由負載提供換流電壓，當負載為電容性負載即負載電流超前于負載電壓時，可實現(xiàn)負載換流。 強迫換流：設置附加換流電路，給欲關斷的晶閘管強追施加反向電壓換流稱為強迫換流。通常是利用附加電容上的能量實現(xiàn)，也稱電容換流。晶閘管電路不能采用器件換流,根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、負載換流和強迫換流3種方式26、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？ 答：在電壓型逆變電路中,當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率,直流側(cè)電容起 緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)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。當輸出交流電壓和電流的極性相同時,電流經(jīng)電路中的可控開關器件流通，而當輸出電壓電流極性相反時,由反饋二極管提供電流通道。27、根據(jù)對輸出電壓平均值進行控制的方法不同，直流斬波電路可有哪三種控制方式？并簡述其控制原理。（1）第一種調(diào)制方式為：保持開關周期不變，改變開關導通時間ton稱為脈寬調(diào)制。簡稱“PWM”調(diào)制。（2）第二種調(diào)制方式為：保持開關導通時間ton不變，改變開關周期，稱為頻率調(diào)制。簡稱為“PFM”調(diào)制。（3）第三種調(diào)制方式為：同時改變周期T與導通時間ton。使占空比改變，稱為混合調(diào)制。28、交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū)別？二者各運用于什么樣的負載？為什么？ 答：:交流調(diào)壓電路和交流調(diào)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(diào)壓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(diào)功電路是將負載與交流電源接通幾個波，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(diào)節(jié)負載所消耗的平均功率。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)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(diào)速。在供用電系統(tǒng)中,還常用于對無功功率的連續(xù)調(diào)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(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，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(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側(cè)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(diào)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。29、交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?答：一般來講，構成交交變頻電路的兩組變流電路的脈波數(shù)越多，最高輸出頻率就越高。當交交變頻電路中采用常用的6脈波三相橋式整流電路時，最高輸出頻率不應高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。當電網(wǎng)頻率為50Hz時，交交變頻電路輸出的上限頻率為20Hz左右。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(zhuǎn)矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。 30. 如何防止電力MOSFET因靜電感應應起的損壞？答：電力MOSFET的柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損壞。MOSFET的輸入電容是低泄漏電容，當柵極開路時極易受靜電干擾而充上超過20的擊穿電壓，所以為防止MOSFET因靜電感應而引起的損壞，應注意以下幾點： 一般在不用時將其三個電極短接； 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； 電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過高 漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。31. IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅(qū)動電路各有什么特點？答：IGBT驅(qū)動電路的特點是：驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅(qū)動型器件，IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器。GTR驅(qū)動電路的特點是：驅(qū)動電路提供的驅(qū)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(qū)動電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動電流，并加反偏截止電壓，以加速關斷速度。GTO驅(qū)動電路的特點是：GTO要求其驅(qū)動電路提供的驅(qū)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(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路，關斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分。電力MOSFET驅(qū)動電路的特點：要求驅(qū)動電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動功率小且電路簡單。32. 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(nèi)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(jīng)Rs放電，Rs起到限制放電電流的作用；關斷時，負載電流經(jīng)VDs從Cs分流，使du/dt減小，抑制過電壓。33. 試說明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點。解：對IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點的比較如下表：器 件優(yōu) 點缺 點IGBT開關速度高，開關損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小開關速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTOGTR耐壓高，電流大，開關特性好，通流能力強，飽和壓降低開關速度低，為電流驅(qū)動，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜，存在二次擊穿問題GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導調(diào)制效應，其通流能力很強電流關斷增益很小，關斷時門極負脈沖電流大，開關速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜，開關頻率低電 力MOSFET開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置34三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b兩相的自然換相點是同一點嗎？如果不是，它們在相位上差多少度？三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b兩相之間換相的的自然換相點不是同一點。它們在相位上相差180。35單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？答：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有2k（k=1、2、3）次諧波，其中幅值最大的是2次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有2k1（k1、2、3）次即奇次諧波，其中主要的有3次、5次諧波。36三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6k（k1、2、3）次的諧波，其中幅值最大的是6次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有6k1(k=1、2、3)次的諧波，其中主要的是5、7次諧波。37帶平衡電抗器的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異同？答：帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點：三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián)，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯(lián)，且后者需要用平衡電抗器；當變壓器二次電壓有效值U2相等時，雙反星形電路的整流電壓平均值Ud是三相橋式電路的1/2，而整流電流平均值Id是三相橋式電路的2倍。在兩種電路中，晶閘管的導通及觸發(fā)脈沖的分配關系是一樣的，整流電壓ud和整流電流id的波形形狀一樣。38整流電路多重化的主要目的是什么？答：整流電路多重化的目的主要包括兩個方面，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功功率對電網(wǎng)的干擾。39單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當負載分別為電阻負載或電感負載時，要求的晶閘管移相范圍分別是多少？答：單相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 180，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 90。 三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 120，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 90。40.晶閘管兩端并聯(lián)R、C吸收回路的主要作用有哪些？其中電阻R的作用是什么？R、C回路的作用是：吸收晶閘管瞬間過電壓，限制電流上升率，動態(tài)均壓作用。R的作用為：使L、C形成阻尼振蕩，不會產(chǎn)生振蕩過電壓，減小晶閘管的開通電流上升率，降低開通損耗。、41、晶閘管觸發(fā)的觸發(fā)脈沖要滿足哪幾項基本要求？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。42、為使晶閘管變流裝置正常工作，觸發(fā)電路必須滿足什么要求？ A、觸發(fā)電路必須有足夠的輸出功率；B、觸發(fā)脈沖必須與主回路電源電壓保持同步；C、觸發(fā)脈沖要有一定的寬度，且脈沖前沿要陡；D、觸發(fā)脈沖的移相范圍應能滿足主電路的要求；43.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(nèi)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(jīng)Rs放電，Rs起到限制放電電流的作用；關斷時，負載電流經(jīng)VDs從Cs分流，使du/dt減小，抑制過電壓。44.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。45.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(cè)由于失去了同直流電動勢極性相反的交流電壓