電力電子技術期末復習題及其答案

1、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.GT0和普通晶閘管同為PNPN吉構，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

2、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+a2 1.5，而GTO則為約等于1.05， GTO勺飽和程度不深，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MOSFE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

3、極間也要采取緩沖電路等措施吸 收過電壓。5GBT,GTR,GTC和電力MOSFE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：GTC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

4、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MOSFE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(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。7.試說明IGBT,GTR,GT（和電力MOSFE各自的優(yōu) 缺點。*mrtt

5、點濮點IGBT開養(yǎng)速度高幵芙損耗小，具有 時獨沖電詭沖擊的儺力麵總 悵PHfcWU輸人掘抗商為電壓開旳8度低丁電為MOSFEK 電氐電流存凰2 GTOGTR制壓高電按丸稈先特性好 通離繼力戟+ !fi和H：眸低：計y冊加四.m駆動功率九駆動電路復事.存在二歡出窩御磴GTO電壓電流濡塑大JS用丁大 功率場合具有電導謂制嫩與. 其遇礎魅力狠魁啣it光5増空褪小擺斷時門 械債掠沖電st丸稈關連度低, 昌動功率丸卑動電路復雜*開 共凝車惟啤片MOSFET1開關述度彊.輸入陰at高熱穂 攔性au?r需驅創(chuàng)功手小且卵 動電路闇申丄柞砂1H 科F 生二戎由穿時題電SE春呈小血 壓低一繪HSH1 丁勸車平韁過

6、l Td, IdTUlvr 分訊剛下Ud=2.54U2cns(i =Zi4x l00Xcos6fls=H7(VId=Ud/R=ll7/5=23.4(A)W=Id/3=23.4/3=7.8(A)譏J|AVI八乙八U I IV111I1IL iIi rY j| L i;11T t1Iji11Pi11I!I1I十-diiV11Jr*1L| T1hjt耳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

7、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，弓I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，

8、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an /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 I 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(wǎng)某線電

9、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a =90o時，畫出：負載電壓二極管VD2電壓Ud、晶閘管VT1電壓UVT

10、1、整流7、晶閘管對觸發(fā)電路有哪些要求?18. A.觸發(fā)電路必須有足馨的輸出功勒EL觸發(fā)脈沖必須與丕回路山源血圧探持同莎*C觸發(fā)脈沖要冇一左的寬噬.冃脈沖萌沿要陡*以舸發(fā)臟沖的移和范囤應能滿足丄電路的翌求：&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

11、，自然就不會被直流磁化了。9、什么是逆變失?。磕孀兪『笥惺裁春蠊?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(chǎn)生強大的環(huán)流，損 壞開關器件。產(chǎn)生逆變失敗的原因：一是逆變角 太?。欢浅霈F(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

12、 須工作在卩90o)區(qū)域，使Ud=0.1T =L=201 =0.002R 0.5當t on = 5卩S時，有p =T=0.01=蜓=0.0025 由于0.0025e ! = =0.249me 1 e 1所以輸出電流連續(xù)。此時輸出平均電壓為U =尹=譽=252)輸出平均電流為I o = Uo-Em =2510=30(A)輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為0.00250.1 =30.19(A)0.51 eE 1 emaxm001 eR 1 e0.00251 m m 獸站 0.1 詈=2981(A)當ton = 3卩S時，采用同樣的方法可以得出:ap =0.0015由于0.0151 一 e0.01e

13、r.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 = tnE = 100 3 = 15(V)T20/I o = Uo-Em =0 = 10(A)0.50.0015I max= J o.1 亦= 10.13(A)0.0015 Azee1 min=- o.1=9.873(A)e i0.54. 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 流基本恒定為丨1，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，

14、此階段電感L上 積蓄的能量為曰爲。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Uo E I1toff。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:Eht on Uo E I1toff化簡得:t ontofftoff eTtoff式中的T/tof 1，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

15、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(jīng) 逆變電源、逆變橋 而不流經(jīng) 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)流一般米控用控制角 a大于3 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(wǎng)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(jīng) 逆變電源、 而不流經(jīng) 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)流般米控用控制角a 大于 B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

16、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 PW嘛寬調(diào)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(diào)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(diào)制法，跟蹤控制法 三種。其中調(diào)制法又可分 為異步調(diào)控法

17、，同步調(diào)控法兩種。13、14.PWMI逆變電路的控制方法主要有哪幾 種？簡述異步調(diào)制與同步調(diào)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(diào)制法。其中調(diào)制法又可分為兩種， 一是異步調(diào)制法；二是同步調(diào)制法。通常異步調(diào) 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(nèi)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(diào)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(nèi)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(diào)制諧波不易濾除；逆變頻 率較高時，調(diào)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