電力電子復(fù)習(xí)資料

1、湖北理工學(xué)院電氣學(xué)院電力電子復(fù)習(xí)課第一章 緒論BY 12自動化 張一鳴1、 電力電子技術(shù)的概念定義:電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù),使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù).電力電子技術(shù)主要用于電力變換。分為信息電子技術(shù)（信息處理）和電力電子技術(shù)（電力變換）。2、 電力變換通?？煞譃槟乃拇箢?？電力變換通常可分為四大類：交流變直流（整流）、直流變交流（逆變）、交流變交流（變頻、變壓）、直流變直流（斬波）。第2章 電力電子器件1、電力電子器件的概念電力電子器件：是指可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。2、 電力電子器件的分類按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制

2、的程度分類：1.半控型器件，例如晶閘管;2.全控型器件，例如GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、GTR(電力晶體管)， MOSFET(電力場效應(yīng)晶體管)、IGBT(絕緣柵雙極晶體管);3.不可控器件，例如電力二極管;按照驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號的性質(zhì)分類：1.電壓驅(qū)動型器件，例如IGBT、MOSFET、SIT(靜電感應(yīng)晶閘管);2.電流驅(qū)動型器件，例如晶閘管、GTO、GTR;根據(jù)驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的有效信號波形分類：1.脈沖觸發(fā)型，例如晶閘管、GTO;2.電子控制型，例如GTR、MOSFET、IGBT;按照電力電子器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況

3、分類：1.單極型器件，例如電力二極管、晶閘管、GTO、GTR;2.雙極型器件，例如MOSFET、IGBT;3.復(fù)合型器件，例如MCT(MOS控制晶閘管);3、晶閘管的導(dǎo)通條件、關(guān)斷條件、維持導(dǎo)通條件使晶閘管導(dǎo)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）。或：uAK>0且uGK>0。使導(dǎo)通了的晶閘管關(guān)斷的條件是使流過晶閘管的電流減小至一個小的數(shù)值，即維持電流IH一下。維持晶閘管導(dǎo)通的條件是，晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。4、 關(guān)斷晶閘管的方法要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，可利用外加電壓和外

4、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。5、 晶閘管的符號、英文縮寫與引腳 符號 SCR A: 陽極 G：門極 K: 陰極 uAK>0且uGK>0 6、 常用的全控型器件有哪些？P-MOSFET、SIT、 GTO、GTR 、IGBT是哪些全控型器件的英文縮寫，這些器件中哪些是電流控制型器件？哪些是電壓控制型器件？電流型：門極可關(guān)斷晶閘管 （GTO）、電力晶體管 （GTR）電壓型：電力場效應(yīng)晶體管（P-MOSFET）、靜電感應(yīng)晶閘管 （SIT）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）7、 IGBT的結(jié)構(gòu)第3章 整流電路1、什么是整流

5、電路？整流電路的主要分類方法。整流電路是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。1、按組成的器件可分為不可控電路、半控電路、全控電路三種2按電路結(jié)構(gòu)可分為零式電路和橋式電路3按電網(wǎng)交流輸進(jìn)相數(shù)分為單相電路、三相電路和多相電路4按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。其中所有半波整流電路都是單拍電路，所有全波整流電路都是雙拍電路。5按控制方式可分為相控式電路和斬波式電路（斬波器）6按引出方式的不同分中點引出整流電路，橋式整流電路，帶平衡電抗器整流電路，環(huán)形整流電路，十二相整流電路。2、 控制角（觸發(fā)角、觸發(fā)延遲角）、導(dǎo)通角？輸入電壓從0開始直到晶閘管觸發(fā)脈沖到來的瞬間的電角度，稱

6、作控制角；每半個周期晶閘管導(dǎo)通時間的電角度，稱作導(dǎo)通角。   從定義來說 +=180°。 這倆者用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導(dǎo)通或阻斷范圍。所以 導(dǎo)通角越大 控制角越小。3、 單相半控橋電感性負(fù)載電路中，在負(fù)載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管的作用。防止失控現(xiàn)象的產(chǎn)生。4、 晶閘管的換相重疊角與電路的哪些參數(shù)有關(guān) ？晶閘管的換相重疊角與電路的 觸發(fā)角；變壓器漏抗XB；平均電流Id；電源相電壓U2。等到參數(shù)有關(guān)。5、 三相半波相控整流電路和三相橋式全控整流電路三相半波相控整流電路對觸發(fā)脈沖有什么要求？三相半波相控整流電路晶閘管相位相差120度，三相半波相

7、控整流電路六個晶閘管相位依次相差60度。6、三相全控橋整流電路中，輸出電壓的脈動頻率是多少？300Hz。全波整流輸出的脈動頻率是100Hz，半波整流輸出電壓的脈動頻率就是50Hz，三相半波的就是150Hz了。7、 產(chǎn)生有源逆變的條件？在所學(xué)電路中哪些電路能產(chǎn)生有源逆變？哪些不能產(chǎn)生有源逆變？條件：（1）變流電路直流側(cè)必須外接與直流電流Id同方向的直流電源Ed,其值要略大于Ud（|>|），才能提供逆變能量；（2）變流電路必須工作在90°（即90°）區(qū)域，使Ud0,才能把直流功率逆變成為交流功率。上了述兩個條件，缺一不可，逆變電路需接平波電抗器。能產(chǎn)生：三相半波可控整流電

8、路、單相全控橋可控整流電路不能產(chǎn)生：三相半控橋整流橋電路、單相全控橋接續(xù)流二極管電路、單相半控橋整流電路8、 P95 第3題、第11題、第13題。3單相橋式全控整流電路，U2100V，負(fù)載中R2，L值極大，當(dāng)30°時，要求：作出ud、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I2；考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。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Ud0.9U2cos0.9×100×cos30°77.97（V）IdUd/R77.97/238.99（A）

9、I2Id38.99（A）晶閘管承受的最大反向電壓為：2U21002141.4（V）考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UN（23）×141.4283424（V）具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。流過晶閘管的電流有效值為：IVTId227.57（A）晶閘管的額定電流為：IN（1.52）×27.571.572635（A）具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。11三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)=60°時，要求：1畫出ud、id和iVT1的波形；2計算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形如下圖：Ud、Id、I

10、dT和IVT分別如下Ud1.17U2cos1.17×100×cos60°58.5（V）IdUdR58.5511.7（A）IdVTId311.733.9（A）IVTId36.755（A）13三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)=60°時，要求：1畫出ud、id和iVT1的波形；2計算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形如下：Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud2.34U2cos2.34×100×cos60°117（V）IdUdR117523.4（A）IDVTId32

11、3.437.8（A）IVTId323.4313.51（A）9、 什么是逆變失?。咳绾畏乐鼓孀兪。磕孀冞\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。10、帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路適用什么場合 。低壓高電流11、 下列電路中哪些電路可能產(chǎn)生有源逆變？哪些電路不能產(chǎn)生有源逆變？若能產(chǎn)生有源逆變，則說明應(yīng)滿足什么條件；若不能產(chǎn)生有源逆變，則說

12、明理由。 （1）（2） （3） （4）條件：（1）變流電路直流側(cè)必須外接與直流電流Id同方向的直流電源Ed,其值要略在于Ud，才能提供逆變能量；（2）變流電路必須工作在90°（即90°）區(qū)域，使Ud0,才能把直流功率逆變成為交流功率。上了述兩個條件，缺一不可，逆變電路需接平波電抗器。（1）（2）不可以產(chǎn)生有源逆變，直流側(cè)沒有直流電動勢。（3）（4）可以產(chǎn)生有源逆變。（3）滿足條件|Em|>Ud時可以產(chǎn)生有源逆變。（4）E<0，|E|>Ud.第4章 逆變電路1、什么是逆變？什么是有源逆變和無源逆變？按逆變后能量饋送去向不同來分類，電力電子元件構(gòu)成的逆變器可分

13、為有源逆變器與無源逆變器兩大類。逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)可分為電流型逆變電路和電壓型逆變電路。將直流電轉(zhuǎn)為交流電，這種對應(yīng)于整流的逆向過程稱為逆變。當(dāng)交流側(cè)和電網(wǎng)連接時，這種電路稱為有源逆變。如果變流電路的交流側(cè)不和電網(wǎng)鏈接，而是直接接到負(fù)載，把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載，稱為無源逆變。2、 什么是換流？換流方式有哪幾種？無源逆變電路中的換流方式有哪幾種？電流從一個支路向另一個支路轉(zhuǎn)移的過程稱為換流，換流也稱為換相。換流方式：器件換流、電網(wǎng)換流、負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流。器件換流，負(fù)載換流，強(qiáng)迫換流。3、 什么是電壓型逆變器（電路）？什么是電流型逆變器（電路）？逆變電路直流側(cè)電

14、源是電壓源的稱為電壓型逆變器（電路）。逆變電路直流側(cè)電源是電流源的稱為電流型逆變器（電路）。4、 電壓型逆變器（電路）有什么特點？電流型逆變器（電路）有什么特點？電壓型:(1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動；    (2)輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同；    (3)阻感負(fù)載時需提供無功。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功提供通道，逆變橋各 臂并聯(lián)反饋二極管電流型：(1)直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源。 (2)交流輸出電流為矩形波，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。 (3)直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，

15、不必反并聯(lián)二極管。5、 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？ 作用：電壓型逆變器當(dāng)交流側(cè)為阻感性負(fù)載時，需要向電源反饋無功功率。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，逆變橋各臂開關(guān)器件都反并聯(lián)了反饋二極管。原因：而對電流型逆變器來說，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時，也需要提供無功能量反饋，但直流側(cè)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(guān)器件反并聯(lián)二極管。6、電流型三相橋式逆變電路，120°導(dǎo)通型，則在任一時刻開關(guān)管導(dǎo)通的個數(shù)是不同相的上、下橋臂各一只 

16、;；其換相是在不同相（或不同橋臂）上的元件之間進(jìn)行的，即橫向換相（流）。 7、180°導(dǎo)電型電壓型三相橋式逆變電路，其換相是在同一相（或同一橋臂）的上、下二個開關(guān)之間進(jìn)行 ，即縱向換相（流）。8、采用多重化電壓源型逆變器（電路）的目的，主要是為了減小輸出諧波。9、電流型逆變器（電路）中間直流環(huán)節(jié)貯能元件是電感 ；電壓型逆變器（電路）中間直流環(huán)節(jié)貯能元件是電容。 10、并聯(lián)與串聯(lián)諧振式逆變器（電路）屬于負(fù)載換流方式，無需專門換流關(guān)斷電路。 第5章 直流直流變流電路1、什么是直流直流變流電路？是指將直流變?yōu)榱硪还潭ǖ碾妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。2、 最基本的兩種直流斬波電路的計算。如：有一開

17、關(guān)頻率為20kHz的Buck變換電路工作在電感電流連續(xù)的情況下，L=0.5mH，輸入電壓Ud=12V，輸出電壓U0=8V，求：占空比D的大??；求電感中電流的峰-峰值IL。解答：（1） , （2） 3、 根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)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。第一種調(diào)制方式為：保持開關(guān)周期不變，改變開關(guān)導(dǎo)通時間ton稱為脈寬調(diào)制。簡稱“PWM”調(diào)制。第二種調(diào)制方式為：保持開關(guān)導(dǎo)通時間ton不變，改變開關(guān)周期，稱為頻率調(diào)制。簡稱為“PFM”調(diào)制。第三種調(diào)制方式為：同時改變周期T與導(dǎo)通時間ton。使占空比改變，稱為混合調(diào)制. 4、 升壓斬波電路中，已知電源電壓，負(fù)載

18、電壓和斬波周期，則全控型器件的開通時間怎么計算？5、 降壓斬波電路中，已知電源電壓，負(fù)載電壓和斬波周期，則全控型器件的開通時間怎么計算？6、圖示電路是什么電路？當(dāng)直流電動機(jī)工作在電動運行狀態(tài)時，試畫出此時的等效電路圖并簡述其工作原理。當(dāng)直流電動機(jī)工作在再生制動運行狀態(tài)時，試畫出此時的等效電路圖并簡述其工作原理。電流可逆斬波電路當(dāng)直流電動機(jī)工作在電動運行狀態(tài)時，V1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，工作于第一象限。當(dāng)直流電動機(jī)工作在再生制動運行狀態(tài)時，V2和VD2構(gòu)成降壓斬波電路，工作于第二象限。 第6章 交流交流變流電路1、 什么是交流交流變流電路？把一種形式的交流變?yōu)榱硗庖环N形式的交流的電路。2、

19、什么是交流電力控制電路？什么是變頻電路？交流電力控制電路：把兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在電路中，通過對晶閘管的控制就可以控制交流輸出，這種電路不改變交流電的頻率。變頻電路：對交流電的頻率進(jìn)行變換的電路。3、對于電阻性負(fù)載單相交流調(diào)壓電路，控制角的移相范圍為0°<<180°；對于阻感性負(fù)載單相交流調(diào)壓電路，控制角的移相范圍為<<180°。4、什么是交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路？二者各運用于什么樣的負(fù)載？ 交流調(diào)壓電路：在每半個周波內(nèi)通過對晶閘管的開通纖維的控制，調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。交流調(diào)功電路：以交流電的周期為單位控制晶閘管的通斷，改變通斷周期數(shù)

20、和斷態(tài)周期數(shù)的比，可以方便的調(diào)節(jié)輸出功率的平均值。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(jī)的軟起動，也用于異步電動機(jī)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(shè)計制造。交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時間

21、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(jìn)行頻繁控制。5、 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？1、 輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。電網(wǎng)頻率為50Hz時，其輸出上限頻率約為20Hz。電壓波形畸變及由此產(chǎn)生的電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。6、 交交變頻電路的主要特點是什么？其主要用途是什么？交交變頻電路的主要特點是：只用一次變流，效率較高；可方便實現(xiàn)四象限工作；低頻輸出時的特性接近正弦波。主要用途：500千瓦或1000千瓦以下的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路，如軋機(jī)主傳動裝置、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等場合。7、

22、 三相交交變頻電路主要有哪兩種接線方式 ？三相交交變頻電路有公共交流母線進(jìn)線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式兩種接線方式。第7章 PWM控制技術(shù)1、什么是PWM控制？試說明PWM控制的基本原理。PWM控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對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）。在采樣控制理論中有一條重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理.2、 PWM逆變電路的控制方法主要有哪幾種？計算法和調(diào)制法。3、 什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？載波頻率 調(diào)

23、制信號頻率 載波比異步調(diào)制法是保持載波頻率不變，載波信號和調(diào)制信號不保持同步，載波比是變化的。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。4、 在PWM逆變電路的相電壓正弦波調(diào)制信號中疊加適當(dāng)?shù)?次諧波，使之成為鞍形波的目的 是什么？包含幅值更大的基波分量 5、 單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別？單極性PWM控制方式。三角波載波在信號波正半周期或負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化。雙極性PWM控制方式的三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的PWM波形在半個周期中有正、有負(fù)。6、若增大SPWM逆變器的輸出電壓基波頻率，可采用

24、的控制方法是增大正弦調(diào)制波頻率。7、試畫出采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路原理圖。若采用單極性PWM控制方式，試簡述其控制規(guī)律，并畫出負(fù)載電壓uo的波形。若采用雙極性PWM控制方式，試簡述其控制規(guī)律，并畫出負(fù)載電壓uo的波形。（調(diào)制信號和載波的波形如圖所示）單相橋式PWM逆變電路原理圖： 單極性PWM控制 雙極性PWM控制 第8章 軟開關(guān)技術(shù)1、 什么是硬開關(guān)？什么是軟開關(guān)？硬開關(guān)：開關(guān)在控制電路的開通和關(guān)斷過程中，會引起電壓和電流的劇烈變化，并產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，這樣的開關(guān)叫硬開關(guān)。軟開關(guān)：有時也稱為諧振開關(guān)，軟開關(guān)電路在電路中增加了小電感、電容等諧振器件，在開關(guān)過程前后引入諧振，使開關(guān)條件得以改善，從而降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。1、 根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件是零電壓開通還是零電流關(guān)斷，可以將軟開關(guān)電路分成零電壓電路和零電流電路。3、軟開關(guān)電路的分類。根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可以將軟開關(guān)電路分成準(zhǔn)諧振電路、零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。4、高頻化的意義是什么？為