電力電子技術考試復習資料

1、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狀態(tài)。1.3按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的程度，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普通晶閘管有三個電極，分別是陽極、陰極和門極1.5晶閘管在其陽極與陰極之間加上正向 電壓的同時，門極上加上觸發(fā) 電壓，晶閘管就導通。1.6當晶閘管承受反向陽極電壓時，不論門極加何種極性解發(fā)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，而當器件開關頻率較高時，功率損耗主要為 開關損耗 。1.8電力電子器件組

2、成的系統(tǒng)，一般由控制電路、 驅(qū)動電路和 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多個晶閘管相并聯(lián)時必須考慮均流 的問題，多個晶閘管相串聯(lián)時必須考慮均壓 的問題。1.11按照驅(qū)動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)動和電壓驅(qū)動 兩類。2.1單相半波可控整流電阻性負載電路中，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，帶純阻負載時，a 角的移相范圍是 0 180 ，單個晶閘管所所承受的最大反壓為2u2 ，帶阻感負載時，a 角的移相范圍是 0 90，單個晶閘管所所承受的最大反壓為2u 22.3三相半波可控整流電

3、路中的三個晶閘管的觸發(fā)脈沖相位相序依次互差120 ，單個晶閘管所承受的最大反壓為 6u2 ，當帶阻感負載時， a 角的移相范圍是 0 22.4逆變電路中，當交流側(cè)和電網(wǎng)邊結(jié)時，這種電路稱為有源逆變電路，欲現(xiàn)實有源逆變，只能采用全控電路， 當控制角 0 a時，電路工作在整流狀態(tài)，a時，電路工作在逆變 狀態(tài)。222.5 整流電路工作在有源逆變狀態(tài)的條件是要有直流電動勢和要求晶閘管的控制角值。3.1直流斬波電路完成的是直流到直流的變換。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。a 2 ，使 U d 為負4.1 改變頻率的電路稱為變

4、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)壓電路帶電阻負載，其導通控制角a 的移相范圍為0 ，隨 a 的增大， u0減少，功率因數(shù) 降低。4.3 晶閘管投切電容器選擇晶閘管投入時刻的原則是該時刻交流電源電壓就和電容器預先充電的電壓相等 。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)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，當交流側(cè)有電源時稱有源逆變 ，當交流側(cè)無電源時稱無源逆變 。5.2半橋逆變電路輸出交流電壓

5、的幅值為1 U d，全橋逆變電路輸出交流電壓的幅值為1U d 。25.3三相電壓型逆變電路中，每個橋臂的導電角為185 ，各相開始導電的角度依次相差120 ，在任一時刻，有3 個橋臂導通。6.1 PWM 控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術，依據(jù)的是6.2 得到 PWM 的波形方法一般有兩種計算法和調(diào)制法6.3 SPWM 控制中，載波比是載波頻率和調(diào)制信號頻率面積等效 的原理。實際中主要采用 調(diào)制法的比。二、簡答12. 什么是電力電子技術？電力變換可分為哪四類？答：（1）電力電子技術是應用于電力領域的電子技術，也就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。（ 2）電力變換可分為：交流變直流、

6、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？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）它的特點如下四點：a）能處理電功率的能力，一般遠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大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。14. 使晶閘管導通的條件是什么？答：使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍簎AK >0 且uGK >0 。15.

7、 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）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。16.簡述晶閘管的串并聯(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，常用多個器件并聯(lián)來承擔較大的電流。2.6 無功功率和諧波對公用電網(wǎng)分別有那些危害？答：（ 1）無功功率（reactive power）對電網(wǎng)的影響：1）無功功率會導致電流增大和視在功率增

8、加，導致設備容量增加；2）無功功率增加，會使總電流增加，從而使得設備和線路的損耗增加；3）無功功率使線路壓降增大，沖擊性無功負載還會使電壓劇烈波動。（ 2）諧波對電網(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備的正常工作。3）諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振。4）諧波會導致斷電保護和自動裝置的誤動作。5）諧波會對領近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。3.4簡述圖a）所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓V 導通一段時間ton，由電源 E 向 L 、R、 M 供電，在此期間， uo E。然后使V 關斷一段時間toff ，此時電感L 通過二極

9、管VD 向 R 和 M 供電， uo 0。一個周期內(nèi)的平均電壓 UotonE 。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。t ont off3.5在圖 3-1a 所示的降壓斬波電路中，已知Mon s,E=200V ，R=10 ， L 值極大， E =30V，T=50 s, t =20計算輸出電壓平均值U o，輸出電流平均值 Io。解：由于 L 值極大，故負載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為otonE =20200U =T=80(V)50輸出電流平均值為3.4Io = U o - EM=80 30=5(A)R103.6 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

10、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U o。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EI 1ton 。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 U o E I 1toff 。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：EI 1tonU oE I 1t off化簡得：U otont offET Etofftoff

11、式中的 T / toff1，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周波，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

12、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。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？答： TCR 是晶閘管控制電抗器，TSC 是晶閘管投切電容器。二者的

13、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），通過對晶閘管開通角制，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。a 的控TSC 則是利用晶閘管來控制手于補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。實際應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)無功功率補償?shù)男枰?。其提供的無功功率不能連續(xù)調(diào)節(jié)，但在實用中只要分組合理，就可以達到比較理想的動態(tài)補償效

14、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錯誤 !未指定書簽。 。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？P132答：以單相橋式逆變電路為例，

15、圖中S1S4 是橋式電路的4 個臂，他們由電力電子器件及輔助電路組成。當 S1、S4 閉合， S2、 S3 斷開時，負載電壓uo 為正；當S1、S4 斷開，S2、S3 閉合時，負載電壓uo 為負。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)直接和負載聯(lián)接。6.4 說明單極性和雙極性PWM調(diào)制的區(qū)別？答：三角波載波在信號波正半周期或負半周

16、期里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個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為雙極性的，所得的PWM波形在半個周期中有正、有負，則稱之為雙極性PWM控制方式。6.5 簡述UPS電路的基本工作原理？SPWM（ PWM）控制的基本原理？答：當市電正常時，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載供電。同時，整流器輸出給蓄電池充電，保證蓄電池的電量充足。此時負載可得到的高質(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，蓄電池的直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻恒壓交流電繼續(xù)向負載供電，供電時間取決于蓄電池

17、容量的大小。PWM 控制的基本原理。答： PWM 控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術。即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值） 。三、計算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，試計算各波形的電流平均值Id1、 I d2、 Id3 與電流有效值I1、 I2、 I3 。04204520224a)b)c)圖1-43圖1-43晶閘管導電波形解： a)Id1=1I m sintd (t) = I m (21 )0.2717 I m2 422I 1=1(I m sint) 2 d (t ) = I m310.4767 I

18、 m24242b)Id2 =1I m sintd (t) =I m(21 )0.5434 Im42I 2=1(I m sint ) 2 d (t ) =2 Im310.6741I m4242c)I=12I m d(t)1I=md342 0I3 =12 I m 2 d( t ) = 1 I m20218.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I d1、Id2、Id3 各為多少？這時， 相應的電流最大值Im1、 I m2 、 Im3 各為多少 ?解：額定電流I T(AV)=100A 的晶閘管，允許的電流有效值I =157A ，由上題計算結(jié)果知a)Im1I329.35，Id

19、10.2717 I m189.480.4767b)Im2I232.90,Id20.5434 I m2126.560.6741Id3= 1c)I m3=2 I = 314,I m3=78.54三、計算2.7 單相橋式全控整流電路，U 100V ，負載中 R 2， L 值極大，當 30°時，要求：作出u 、2di 、和 i的波形；d2求整流輸出平均電壓U、電流I，變壓器二次電流有效值I ；u2dd2解： ud、 i d、和 i 2的波形如下圖：Ot輸出平均電壓U d、電流 I d，變壓器二次電流有效值I2分別為udUd 0.9 U2 cos 0.9× 100× cos

20、30° 77.97（ V ）OtI d Ud / R 77.97/ 238.99（ A ）idI dI2 Id 38.99（A ）Ot2.8 單相橋式全控整流電路，U 2=100V ，負載中 R=2， L 值極大，反電勢i2，當IdE=60V=30 時，要求：Ot作出 ud、 id 和 i2 的波形；解： ud、 i d 和 i2 的波形如下圖：u2OtudOti dIdOI dIti2dOt? 單相半波可控整流電路（電阻負載）Ti du2uVT(1)u1u2udR0t12tugT0ti duduVTu1ud(2)u2R0tuVTTi duVT0tu1ud(3)u2R(1)(2)(3)? 單相半波可控整流電路（阻感負載）VTidTu2(1)u1uVTLu2ud0t12tRugVTidT0tuVTL(2)u1udu2ud+RVT0tididT(3)u1uVTLu 0tu2udRVTVTid0tT(4)u1uVTLu2ud(1)(2)(3)(4)R單相半波可控整流電路u 20t 12tu g0tu d+0ti d0tVT0t(1)(2)(3)(4)3.7 在圖 3-2a 所示的升