《電力電子技術(shù)考試復(fù)習(xí)資料》

1、電力電子技術(shù)1.1晶閘管的導(dǎo)通條件是什么? 導(dǎo)通后流過晶閘管的電流和負載上的電壓由什么決定?答：晶閘管的導(dǎo)通條件是：晶閘管陽極和陽極間施加正向電壓，并在門極和陽極間施加正向觸發(fā)電壓和電流（或脈沖）。導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由負載阻抗決定，負載上電壓由輸入陽極電壓UA決定。1.2晶閘管的關(guān)斷條件是什么?如何實現(xiàn)?晶閘管處于阻斷狀態(tài)時其兩端的電壓大小由什么決定?答：晶閘管的關(guān)斷條件是：要使晶閘管由正向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，可采用陽極電壓反向使陽極電流IA減小，IA下降到維持電流IH以下時，晶閘管內(nèi)部建立的正反饋無法進行。進而實現(xiàn)晶閘管的關(guān)斷，其兩端電壓大小由電源電壓UA決定。1.8型號為KP100

2、-3，維持電流IH=4mA的晶閘管，使用在圖題1.8所示電路中是否合理，為什么?(暫不考慮電壓電流裕量) 圖題1.8 答：（a）因為，所以不合理。(b) 因為, KP100的電流額定值為100，裕量達倍，太大了。（c）因為，大于額定值，所以不合理。1.9 圖題1.9中實線部分表示流過晶閘管的電流波形，其最大值均為Im，試計算各圖的電流平均值電流有效值和波形系數(shù)。 圖題19解：圖(a)： IT(AV)=IT=Kf=1.57圖(b)： IT(AV)= ImIT=Kf=1.11圖(c)： IT(AV)= ImIT= ImKf=1.26圖(d)： IT(AV)=ImIT= ImKf=1.78圖(e)：

3、 IT(AV)=IT=Kf=2.83圖(f)： IT(AV)=IT=Kf=21.12如圖題1.12所示，試畫出負載Rd上的電壓波形(不考慮管子的導(dǎo)通壓降)。 圖題1.12解：其波形如下圖所示：2.1 什么是整流？它與逆變有何區(qū)別？答：整流就是把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，而將直流轉(zhuǎn)換為交流電能稱為逆變，它是對應(yīng)于整流的逆向過程。2.2 單相半波可控整流電路中，如果：(1) 晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖；(2) 晶閘管內(nèi)部短路；(3) 晶閘管內(nèi)部斷開；試分析上述三種情況負載兩端電壓ud和晶閘管兩端電壓uT的波形。答：（1）負載兩端電壓為0，晶閘管上電壓波形與U2相同；（2）負載兩端電壓為U2，晶閘管上的電

4、壓為0；（3）負載兩端電壓為0，晶閘管上的電壓為U2。2.4某電阻性負載的單相半控橋式整流電路，若其中一只晶閘管的陽、陰極之間被燒斷，試畫出整流二極管、晶閘管兩端和負載電阻兩端的電壓波形。解：設(shè)=0，T2被燒壞，如下圖： 2.18 什么是有源逆變？有源逆變的條件是什么？有源逆變有何作用？答：如果將逆變電路交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流電，反送到電網(wǎng)上去稱為有源逆變。有源逆變的條件：（1） 一定要有直流電動勢，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓；（2） 變流器必須工作在的區(qū)域內(nèi)使Ud<0。有源逆變的作用：它可用于直流電機的可逆調(diào)速，繞線型

5、異步電動機的串級調(diào)速，高壓電流輸電太陽能發(fā)電等方面。2.19 無源逆變電路和有源逆變電路有何區(qū)別？答：有源逆變電路是把逆變電路的交流側(cè)接到電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流反送到電網(wǎng)去。無源逆變電路的交流側(cè)直接接到負載，將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流供給負載。2.20 有源逆變最小逆變角受哪些因素限制？為什么？答：最小有源逆變角受晶閘管的關(guān)斷時間tq折合的電角度、換相重疊角以及安全裕量角的限制。如果不能滿足這些因素的要求的話，將導(dǎo)致逆變失敗。3.1 開關(guān)器件的開關(guān)損耗大小同哪些因素有關(guān)？答：開關(guān)損耗與開關(guān)的頻率和變換電路的形態(tài)性能等因素有關(guān)。3.2 試比較Buck電路和Boost電路的

6、異同。答；相同點：Buck電路和Boost電路多以主控型電力電子器件（如GTO，GTR，VDMOS和IGBT等）作為開關(guān)器件，其開關(guān)頻率高，變換效率也高。不同點：Buck電路在T關(guān)斷時，只有電感L儲存的能量提供給負載，實現(xiàn)降壓變換，且輸入電流是脈動的。而Boost電路在T處于通態(tài)時，電源Ud向電感L充電，同時電容C集結(jié)的能量提供給負載，而在T處于關(guān)斷狀態(tài)時，由L與電源E同時向負載提供能量，從而實現(xiàn)了升壓，在連續(xù)工作狀態(tài)下輸入電流是連續(xù)的。3.3 試簡述Buck-Boost電路同Cuk電路的異同。答：這兩種電路都有升降壓變換功能，其輸出電壓與輸入電壓極性相反，而且兩種電路的輸入、輸出關(guān)系式完全相

7、同，Buck-Boost電路是在關(guān)斷期內(nèi)電感L給濾波電容C補充能量，輸出電流脈動很大，而Cuk電路中接入了傳送能量的耦合電容C1，若使C1足夠大，輸入輸出電流都是平滑的，有效的降低了紋波，降低了對濾波電路的要求。3.4 試說明直流斬波器主要有哪幾種電路結(jié)構(gòu)？試分析它們各有什么特點？答：直流斬波電路主要有降壓斬波電路（uck），升壓斬波電路（oost），升降壓斬波電路（uckoost）和庫克（ook）斬波電路。降壓斬波電路是：一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的變換電路。它主要用于直流穩(wěn)壓電源和直流直流電機的調(diào)速。升壓斬波電路是：輸出電壓的平均值高于輸入電壓的變換電路，它可用于直流穩(wěn)壓電源和直

8、流電機的再生制動。升降壓變換電路是輸出電壓平均值可以大于或小于輸入直流電壓，輸出電壓與輸入電壓極性相反。主要用于要求輸出與輸入電壓反向，其值可大于或小于輸入電壓的直流穩(wěn)壓電源。庫克電路也屬升降壓型直流變換電路，但輸入端電流紋波小，輸出直流電壓平穩(wěn)，降低了對濾波器的要求。3.5 試分析反激式和正激式變換器的工作原理。答：正激變換器：當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時，它在高頻變壓器初級繞組中儲存能量，同時將能量傳遞到次級繞組，根據(jù)變壓器對應(yīng)端的感應(yīng)電壓極性，二極管D1導(dǎo)通，此時D2反向截止，把能量儲存到電感L中，同時提供負載電流；當(dāng)開關(guān)管T截止時，變壓器次級繞組中的電壓極性反轉(zhuǎn)過來，使得續(xù)流二極管D2導(dǎo)通（而此時

9、D1反向截止），儲存在電感中的能量繼續(xù)提供電流給負載。變換器的輸出電壓為： 反激變換器：當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通，輸入電壓Ud便加到變壓器TR初級N1上，變壓器儲存能量。根據(jù)變壓器對應(yīng)端的極性，可得次級N2中的感應(yīng)電動勢為下正上負，二極管D截止，次級N2中沒有電流流過。當(dāng)T截止時，N2中的感應(yīng)電動勢極性上正下負，二極管D導(dǎo)通。在T導(dǎo)通期間儲存在變壓器中的能量便通過二極管D向負載釋放。在工作的過程中，變壓器起儲能電感的作用。輸出電壓為 3.6 試分析全橋式變換器的工作原理。答：當(dāng)ug1和ug4為高電平，ug2和ug3為低電平，開關(guān)管T1和T4導(dǎo)通，T2和T3關(guān)斷時，變壓器建立磁化電流并向負載傳遞能量；當(dāng)u

10、g1和ug4為低電平，ug2和ug3為高電平，開關(guān)管T2和T3導(dǎo)通，T1和T4關(guān)斷，在此期間變壓器建立反向磁化電流，也向負載傳遞能量，這時磁芯工作在BH回線的另一側(cè)。在T1、T4導(dǎo)通期間(或T2和T3導(dǎo)通期間)，施加在初級繞組NP上的電壓約等于輸入電壓Ud。與半橋電路相比，初級繞組上的電壓增加了一倍，而每個開關(guān)管的耐壓仍為輸入電壓。4.1 什么是電壓型和電流型逆變電路？各有何特點？答：按照逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)為電壓源的逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)為電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路。電壓型逆變電路的主要特點是：（1） 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流電壓基

11、本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。（2） 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關(guān)，而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同，其波形接近于三角波或正弦波。（3） 當(dāng)交流側(cè)為阻感性負載時，需提供無功功率，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)了二極管。（4） 逆變電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動的，因直流電壓無脈動，故功率的脈動是由交流電壓來提供。（5） 當(dāng)用于交直交變頻器中，負載為電動機時，如果電動機工作在再生制動狀態(tài)，就必須向交流電源反饋能量。因直流側(cè)電壓方向不能改變，所以只能靠改變直流電流的方向

12、來實現(xiàn)，這就需要給交直整流橋再反并聯(lián)一套逆變橋。電流型逆變電路的主要特點是：（1） 直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源，直流電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。（2） 因為各開關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作用，故交流側(cè)電流為矩形波，與負載性質(zhì)無關(guān)，而交流側(cè)電壓波形和相位因負載阻抗角的不同而不同。（3） 直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，因電流不能反向，故可控器件不必反并聯(lián)二極管。（4） 當(dāng)用于交直交變頻器且負載為電動機時，若交直變換為可控整流，則很方便地實現(xiàn)再生制動。4.2 電壓型逆變電路中的反饋二極管的作用是什么？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)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

13、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(dāng)輸出交流電壓與電流的極性相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓與電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。4.3為什么在電流型逆變電路的可控器件上要串聯(lián)二極管？解：由于全電路開關(guān)管采用自關(guān)斷器件，其反向不能承受高電壓，所以需要在各開關(guān)器件支路串入二極管。4.7 試說明PWM控制的工作原理。答：將一個任意波電壓分成N等份，并把該任意波曲線每一等份所包圍的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，且矩形脈沖的中點與相應(yīng)任意波等份的中點重合，得到一系列脈沖列。這就是PWM波形。但在實際應(yīng)用

14、中，人們采用任意波與等到腰三角形相交的方法來確定各矩形脈沖的寬度。PWM控制就是利用PWM脈沖對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替所需要的波形。4.9 試說明PWM控制的逆變電路有何優(yōu)點？答：PWM電路優(yōu)點如下：（1）可以得到所需波形的輸出電壓，滿足負載需要；（2）整流電路采用二極管整流，可獲得較高的功率因數(shù)；（3）只用一級可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡單；（4）通過對輸出脈沖的寬度控制就可以改變輸出電壓的大小，大大的加快了逆變器的響應(yīng)速度。 7.1 開關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源相比有何優(yōu)缺點？答：（1）功耗小、效率高。開關(guān)管中的開關(guān)器件交替地

15、工作在導(dǎo)通截止和截止-導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度快，這使得開關(guān)管的功耗很小，電源的效率可以大幅度提高，可達90%95%。 （2）體積小、重量輕。 開關(guān)電源效率高，損耗小，則可以省去較大體積的散熱器； 隔離變壓用的高頻變壓器取代工頻變壓器，可大大減小體積，降低重量； 因為開關(guān)頻率高，輸出濾波電容的容量和體積可大為減小。 （3）穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的輸出電壓是由占空比來調(diào)節(jié)，輸入電壓的變化可以通過調(diào)節(jié)占空比的大小來補償，這樣在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。 （4）電路形式靈活多樣，設(shè)計者可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設(shè)計出能滿足不同應(yīng)用場合的開關(guān)電源。缺點為：存在開關(guān)噪聲干擾。7.x變頻調(diào)速基本方式。1.基頻以下調(diào)。2.基頻以上調(diào)。詳情見218頁