電力電子技術(shù)考試復(fù)習(xí)資料

1、僅供個(gè)人參考一、填空1.1 電力變換可分為以下四類：交流變直流、直流變交流、直流變直流和交流變交流。1.2電力電子器件一般工作在 開關(guān) 狀態(tài)。1.3按照電力電子器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，可將電力電子器件分為：半控 型器件，全控型器件，不可控器件等三類。1.4普通晶閘管有三個(gè)電極，分別是 陽(yáng)極、陰極 和 門極For pers onal use only in study and research; not for commercial use1.5晶閘管在其陽(yáng)極與陰極之間加上 正向 電壓的同時(shí)，門極上加上觸發(fā) 電壓，晶閘管就導(dǎo)通。1.6當(dāng)晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不論門極加何種極性解發(fā)

2、電壓，管子都將工作在截止 狀態(tài)。1.7在通常情況下，電力電子器件功率損耗主要為通態(tài)損耗，而當(dāng)器件開關(guān)頻率較高時(shí)，功率損耗主要為開關(guān)損耗。1.8電力電子器件組成的系統(tǒng)，一般由 控制電路、驅(qū)動(dòng)電路 和 主電路 三部分組成1.9電力二極管的工作特性可概括為單向?qū)щ娦浴?.10多個(gè)晶閘管相并聯(lián)時(shí)必須考慮均流 的問題，多個(gè)晶閘管相串聯(lián)時(shí)必須考慮均壓 的問題。1.11按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的性質(zhì)，可將電力電子器件分為電流驅(qū)動(dòng) 和電壓驅(qū)動(dòng)兩類。2.1單相半波可控整流電阻性負(fù)載電路中，控制角a的最大移相范圍是 0180 。2.1單相橋全控整流電路中，帶純阻負(fù)載時(shí)，a角的移相范圍是 01

3、80，單個(gè)晶閘管所所承受的最大反壓為.一2U2，帶阻感負(fù)載時(shí)，a角的移相范圍是090，單個(gè)晶閘管所所承受的最大反壓為.2u22.3三相半波可控整流電路中的三個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖相位相序依次互差120，單個(gè)晶閘管所承受的最大 /兀反壓為、 6u?，當(dāng)帶阻感負(fù)載時(shí)，a角的移相范圍是022.4逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)和電網(wǎng)邊結(jié)時(shí)，這種電路稱為有源逆變電路，欲現(xiàn)實(shí)有源逆變，只能采用全控電路，當(dāng)控制角0 :： a :：時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)，一:a ：二時(shí)，電路工作在逆變 狀態(tài)。 2 22.5整流電路工作在有源逆變狀態(tài)的條件是要有直流電動(dòng)勢(shì)和要求晶閘管的控制角a 二2，使Ud為負(fù)值。3.1直流斬波電路完成的是

4、直流到直流 的變換。3.2直流斬波電路中最基本的兩種電路是升壓 和 降壓。3.3斬波電路有三種控制方式：脈沖寬度調(diào)制、頻率調(diào)制和混合型。4.1改變頻率的電路稱為變頻電路，變頻電路有交交變頻電路和交直交變頻電路 兩種形式，前者又稱為直接變頻，后者也稱為間接變頻。4.2單相調(diào)壓電路帶電阻負(fù)載，其導(dǎo)通控制角a的移相范圍為 0n ，隨a的增大，u0減少，功率因數(shù)入降低。僅供個(gè)人參考4.3晶閘管投切電容器選擇晶閘管投入時(shí)刻的原則是該時(shí)刻交流電源電壓就和電容器預(yù)先充電的電壓相丄。4.4把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成可調(diào)頻率電流電路稱為交交變頻電路 。4.5交流調(diào)壓的有 相位調(diào)控 和斬控式兩種控制方式，交流調(diào)

5、功電路的采用是通斷控制方式 。5.1把直流變成交流電的電路稱為逆變，當(dāng)交流側(cè)有電源時(shí)稱有源逆變，當(dāng)交流側(cè)無電源時(shí)稱無源逆變。15.2半橋逆變電路輸出交流電壓的幅值為Ud，全橋逆變電路輸出交流電壓的幅值為1U d。2_5.3三相電壓型逆變電路中，每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角為185，各相開始導(dǎo)電的角度依次相差120，在任一時(shí)刻，有 3個(gè)橋臂導(dǎo)通。6.1 PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，依據(jù)的是面積等效的原理。6.2得到PWM的波形方法一般有兩種計(jì)算法 和 調(diào)制法實(shí)際中主要采用 調(diào)制法。6.3 SPWM控制中，載波比是載波頻率和調(diào)制信號(hào)頻率的比。二、簡(jiǎn)答12. 什么是電力電子技術(shù)？電力變換可分為哪四

6、類？答：（1）電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，也就是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的 技術(shù)。（2）電力變換可分為：交流變直流、直流變交流、直流變直流和交流變交流。13. 電力電子器件是如何定義和分類？同處理信息的電子器件相比，它的特點(diǎn)？答：（1）按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：半控型器件、全控型器件和不可控器件。（2）它的特點(diǎn)如下四點(diǎn)：a）能處理電功率的能力，一般遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。b）電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。c）電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。d）電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。14. 使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么

7、？答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）。或：Uak>0且Ugk>0。15. 維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答：（1）維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流。（2）要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)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(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。16. 簡(jiǎn)述晶閘管的串并聯(lián)的目的？答：串聯(lián)的目的是希望各器件承受的電壓相等，并聯(lián)的目的是在大功率晶閘管裝置中，常用多個(gè)器件并聯(lián) 來承擔(dān)較大的電流。2.6無功功率和諧波對(duì)

8、公用電網(wǎng)分別有那些危害？答：（1）無功功率（reactive power）對(duì)電網(wǎng)的影響：1）無功功率會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致設(shè)備容量增加；2）無功功率增加，會(huì)使總電流增加，從而使得設(shè)備和線路的損耗增加;3）無功功率使線路壓降增大，沖擊性無功負(fù)載還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)。（2）諧波對(duì)電網(wǎng)的影響1 ）諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗。2 ）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。3）諧波會(huì)引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振。4 ）諧波會(huì)導(dǎo)致斷電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作。5 ）諧波會(huì)對(duì)領(lǐng)近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。3.4 簡(jiǎn)述圖a）所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個(gè)控制周期中，讓V導(dǎo)

9、通一段時(shí)間ton,由電源E向L、R、M供電，在此期間，Uo= E。然后使V關(guān)斷一段時(shí)間 切，此時(shí)電感L通過二極管VD向R和M供電，Uo= 0。一個(gè)周期 內(nèi)的平均電壓 Uo= 址 E。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。t on t off3.5.在圖3-1a所示的降壓斬波電路中，已知E=200V , R=10Q , L值極大，Em =30V , T=50卩s, ton=20卩s,計(jì)算輸出電壓平均值 Uo,輸出電流平均值Io。解：由于L值極大，故負(fù)載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為Uo=20 20050=80(V)輸出電流平均值為.U ° - E m Io =R80 -3010=5(A

10、)3.6 簡(jiǎn)述圖3-2a所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設(shè)電路中電感L值很大，電容 C值也很大。當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為1仆同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載 R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值U。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton,此階段電感L上積蓄的能量為EI1ton。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電并向 負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為 Uo -E 11toff。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即:EI 1切二 U o - E 1簡(jiǎn)化簡(jiǎn)得：ton toffT U oEEtofft o

11、ff式中的T/toff -1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。4.6 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(yùn)用于什么樣的負(fù)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(gè)周期對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控制。而交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電 源接通幾個(gè)周波，再斷開幾個(gè)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(fù)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(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制）及異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也用于異步 電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電

12、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(shè)計(jì)制造。交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時(shí)間常數(shù)很大的控制對(duì)象。由于控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大，沒有必要 對(duì)交流電源的每個(gè)周期進(jìn)行頻繁控制。4.7 什么是 TCR ？什么是 TSC ？它們的基本原理是什么？各有何特點(diǎn)？答： TCR 是晶閘管控制電抗器， TSC 是

13、晶閘管投切電容器。二者的基本原理如下：TCR 是利用電抗器來吸收電網(wǎng)中的無功功率（或提供感性的無功功率） ，通過對(duì)晶閘管開通角 a 的控 制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié) TCR 從電網(wǎng)中吸收的功功率的大小。TSC 則是利用晶閘管來控制手于補(bǔ)償無功功率的電容器的投入和切除來向電網(wǎng)提供無功功率 （提供容 性的無功功率） 。二者的特點(diǎn)是：TCR 只能提供感性的無功功率，但無功功率的大小不一是連續(xù)的。實(shí)際應(yīng)用中往往配以固定電容器（FC）,就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。TSC 提供容性的無功功率，符合大多數(shù)無功功率補(bǔ)償?shù)男枰?。其提供的無功功率不能連續(xù)調(diào)節(jié)，但在 實(shí)用中只要分組

14、合理，就可以達(dá)到比較理想的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。4.8 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(gòu)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(dāng)交交變頻電路 中采用常用的 6 脈波三相橋式整流電路時(shí)， 最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的 1/31/2 。當(dāng)電網(wǎng)頻率為 50Hz 時(shí)，交交變頻電路輸出的上限頻率為 20Hz 左右。當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，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(yán)重，電壓波形畸變和由此引 起的電流波形畸變以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要因素。5.4 根據(jù)逆變電路的基本原理圖闡述其原理，怎樣調(diào)節(jié)輸出電壓有效值

15、？P132答：以單相橋式逆變電路為例，圖中S1S4是橋式電路的4個(gè)臂，他們由電力電子器件及輔助電路組成。當(dāng)S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓 uo為正；當(dāng)S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓 uo為負(fù)。僅供個(gè)人參考其波形如圖所示 。這樣，就是直流電變成交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻 率。這就是逆變電路最基本的工作原理?？刹捎靡葡喾绞秸{(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓有效值。5.5無源逆變電路和有源逆電路有何不同？答：兩種電路的不同主要是：有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)，即交流側(cè)接有電源。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù)載聯(lián)接。6.4說明單極性和雙極性 PWM調(diào)制的區(qū)別？答：

16、三角波載波在信號(hào)波正半周期或負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個(gè)周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性PWM控制方式。三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的PWM波形在半個(gè)周期中有正、有負(fù)，則稱之為雙極性PWM控制方式。6.5簡(jiǎn)述UPS電路的基本工作原理？ SPWM （ PWM ）控制的基本原理？答：當(dāng)市電正常時(shí)，由市電供電，市電經(jīng)整流器整流為直流，再逆變?yōu)?0Hz恒頻恒壓的交流電向負(fù)載供電。同時(shí)，整流器輸出給蓄電池充電，保證蓄電池的電量充足。此時(shí)負(fù)載可得到的高質(zhì)量的交流電壓，具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻性能，也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。市電異常乃至停電時(shí)，蓄電池的直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻恒壓交流

17、電繼續(xù)向負(fù)載供電，供電時(shí)間取 決于蓄電池容量的大小。PWM控制的基本原理。答：PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地 獲得所需要波形（含形狀和幅值）。三、計(jì)算17. 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(jì)算各波形的電流平均值Id1、Id2、 Id3與電流有效值h、12、13。4d1、 Id2、JTa)解：a）Id1 =b).IE2二 5 2 二 0 4 b)圖1-43圖i!晶閘管導(dǎo)電波形皿iV2- Im sin，td(，t)=(1 )： 0.2717 Im42冗2c)I1=ncot)2d©t)

18、 =* J。+ 丄 74767 ImZ 42 . 42二1凱I 丿2Id2 =.二ImSin，td(，t)=(n 4n 21) ： 0.5434 Im12 - 1 W 譏(t)=X2Im "+十瘁0.6741山2 二1 1c)Id3= 2冗。"小't)= 4 Im|d1、Id2、Id3各為多少？這時(shí)， 相解：額定電流a)b)c)三、計(jì)算Im1 >0.476：:?329.35,Idi 0.2717 Imi 89.48Im2 :'I232.90,Id2 ：、0.5434 Im2 ：、126.560.6741Im3=2 I =314,1Id3 =I m3=7

19、8.54I2.7單相橋式全控整流電路,U2= 100V，負(fù)載中R= 2Q , L值極大，當(dāng)a = 30。時(shí)，要求：作出id、和i2的波形；求整流輸出平均電壓 Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值 12；解：Ud、id、和i2的波形如下圖：輸出平均電壓 Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值I2分別為Ud= 0.9 U2 cos a = 0.9X 100 X cos30° = 77.97 (V)Id= Ud/R= 77.97/2= 38.99 (A)I2= Id = 38.99 (A)2.8單相橋式全控整流電路,U2=100V，負(fù)載中R=2 Q , L值極大，反電勢(shì)E=60V,當(dāng)：=30

20、時(shí)，要求:作出比、id和i2的波形;解：比、id和i2的波形如下圖:單相半波可控整流電路(電阻負(fù)載)J 1色2、113 二壇1 Im dt)=2 咕18. 上題中如果不考慮安全裕量，問100A的晶閘管能送出的平均電流應(yīng)的電流最大值Im1、Im2、Im3各為多少？idRU2j0ugri丨2兀©tn0ud11 1ot0*UVT! ；、一/TX0(J(2)!(3)otI T(AV)=100A的晶閘管，允許的電流有效值 I =157A，由上題計(jì)算結(jié)果知(2)(3)(1)單相半波可控整流電路(阻感負(fù)載)o-uiQ-u1VT(4)oLRt單相半波可控整流電路3.7 .在圖3-2a所示的升壓斬波電

21、路中，已知E=50V, L值和C值極大，F(xiàn)=20Q，采用脈寬調(diào)制控制方式,當(dāng)T=40卩s, ton=25卩s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U。，輸出電流平均值I。解：輸出電壓平均值為：T40Uo = E =50=133.3(V)toff40-25輸出電流平均值為:不得用于商業(yè)用途U o =133.3R 20=6.667(A)a二0時(shí)輸出功率為最大值，試4.9 一調(diào)光臺(tái)燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可看成電阻負(fù)載，在 求功率為最大輸出功率的80%、50%時(shí)的開通角a。解：；a =0U 0 = U 2 P = U °I 0UoRR =0.8PmaxU 01 = 0.8U 2 =1asin 2a0.82 :a =60.5P2 = °.5PmaxU ： 0.8U 2 =1asin 2a0.82 二= a2 = 90LRTT；6.67 A;T-tOUdt1OI"tO-1UcOJ訂U2id宀I I H 川 i Uab Uac I UbcUa僅供個(gè)人參考Ud、Id、IdT和I VT分別如下Ud = 2.34U2COSG= 2.34X 100X cos60° 勻17 (V)附加：第2章計(jì)算題1K三栩半波可控整流電路，Ua =100V帶電阻電悠負(fù)載* R=5Q丄