《電力電子技術(shù)》簡(jiǎn)答

1、1、簡(jiǎn)述晶閘管導(dǎo)通的條件與關(guān)斷條件。晶閘管導(dǎo)通的條件是：陽極承受正向電壓，處于阻斷狀態(tài)的晶閘管，只有在門極加正向觸發(fā)電壓，才能使其導(dǎo)通。門極所加正向觸發(fā)脈沖的最小寬度，應(yīng)能使陽極電流達(dá)到維持通態(tài)所需要的最小陽極電流，即擎住電流IL以上。導(dǎo)通后的晶閘管管壓降很小。（3分）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某個(gè)小的數(shù)值一維持電流IH以下。其方法有二：（1）減小正向陽極電壓至某一最小值以下，或加反向陽極電壓；（2分）（2）增加負(fù)載回路中的電阻。（2分）2、電壓型逆變電路的主要特點(diǎn)是什么？（8分）（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(dòng)；（2分）（2）輸出電壓為矩形波

2、，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同；（3分）（3）阻感負(fù)載時(shí)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。（3分）3、簡(jiǎn)述實(shí)現(xiàn)有源逆變的基本條件，并指出至少兩種引起有源逆變失敗的原因（7分）（1）外部條件:要有一個(gè)能提供逆變能量的直流電源，且極性必須與直流電流方向一致，其電壓值要稍大于Ud；（2分）（2）內(nèi)部條件：變流電路必須工作于B<90。區(qū)域，使直流端電壓Ud的極性與整流狀態(tài)時(shí)相反，才能把直流功率逆變成交流功率返送回電網(wǎng)。這兩個(gè)條件缺一不可。（2分）當(dāng)出現(xiàn)觸發(fā)脈沖丟失、晶閘管損壞或快速熔斷器燒斷、電源缺相等原因都會(huì)發(fā)生逆變失敗。當(dāng)逆變角太小時(shí)，也會(huì)發(fā)生逆變

3、失敗。（3分）4、變壓器漏感對(duì)整流電路有什么影響？（8分）答：出現(xiàn)換相重疊角，整流輸出電壓平均值Ud降低；整流電路的工作狀態(tài)增多；（2分）晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通；（2分）有時(shí)人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt；換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt,可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路（2分）；換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。（2分）IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表：（每F格15分）器件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)IGBT開關(guān)速度咼，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小開關(guān)速度低于電力MOS

4、FET,電壓，電流容量不及GTOGTR耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問題GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低電力MOSFET開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在一次擊穿問題電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置3、軟開關(guān)電路可以分為哪幾類？各有什么特點(diǎn)？（10分）答：根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件開通及關(guān)斷時(shí)的電壓電

5、流狀態(tài)，可將軟開關(guān)電路分為零電壓電路和零電流電路兩大類；根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可將軟開關(guān)電路分為準(zhǔn)諧振電路，零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路（4分）。準(zhǔn)諧振電路：準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦波，電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但諧振電壓或諧振電流很大，對(duì)器件要求高，只能采用脈沖頻率調(diào)制控制方式（2分）。零開關(guān)PWM電路：這類電路中引入輔助開關(guān)來控制諧振的開始時(shí)刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后，此電路的電壓和電流基本上是方波，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關(guān)頻率固定的PWM控制方式（2分）。零轉(zhuǎn)換PWM電路：這類軟開關(guān)電路還是采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時(shí)刻，所不同的是，諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的

6、，輸入電壓和負(fù)載電流對(duì)電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)并從零負(fù)載到滿負(fù)載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)，無功率的交換被消減到最?。?分）。什么是逆變失??？逆變失敗后有什么后果？形成的原因是什么？（8分）答：逆變失敗指的是：逆變過程中因某種原因使換流失敗，該關(guān)斷的器件末關(guān)斷，該導(dǎo)通的器件末導(dǎo)通。從而使逆變橋進(jìn)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(yán)重的，會(huì)在逆變橋與逆變電源之間產(chǎn)生強(qiáng)大的環(huán)流，損壞開關(guān)器件（4分）。產(chǎn)生逆變失敗的原因：一是逆變角太小；二是出現(xiàn)觸發(fā)脈沖丟失；三是主電路器件損壞；四是電源缺相等（4分）3、晶閘管變流裝置中為什么在主電路上要加入整流變壓器進(jìn)行

7、降壓？（7分）答：采用整流變壓器降壓后可以使晶閘管工作在一個(gè)合適的電壓上，可以使晶閘管的電壓定額下降（2分），還可以使晶閘管工作于小控制角，這有利于減少波形系數(shù)，提高晶閘管的利用率，實(shí)際上也減少的晶閘管的電流定額（3分），另外由于控制角小，這對(duì)變流裝置的功率因素的提高也大為有利（2分）。4、單相電壓型逆變電路中，電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載對(duì)輸出電壓、電流有何影響？電路結(jié)構(gòu)有哪些變化？（7分）答：電阻性負(fù)載時(shí)，輸出電壓和輸出電流同相位，波形相似，均為正負(fù)矩形波（2分）。電感性負(fù)載時(shí)，輸出電壓為正負(fù)矩形波，輸出電流近似為正弦波，相位滯后于輸出電壓，滯后的角度取決于負(fù)載中電感的大?。?分）。在電路結(jié)構(gòu)上

8、，電感性負(fù)載電路，每個(gè)開關(guān)管必須反向并聯(lián)續(xù)流二級(jí)管（2分）。4、簡(jiǎn)述對(duì)觸發(fā)電路的三點(diǎn)要求。（5分）1）觸發(fā)電路輸出的脈沖應(yīng)具有足夠大的功率；（1分）2）觸發(fā)電路必須滿足主電路的移相要求；（2分）3）觸發(fā)電路必須與主電路保持同步。（2分）5、對(duì)于正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）,什么是調(diào)制信號(hào)？什么是載波信號(hào)？何謂調(diào)制比？（5分答：在正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）中，把希望輸出的波形稱作調(diào)制信號(hào)；（2分）而對(duì)它進(jìn)行調(diào)制的三角波或鋸齒波稱為載波信號(hào)；（2分）載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比，N=fc/fr稱為載波比。（1分）什么是可控整流?它是利用晶閘管的哪些特性來實(shí)現(xiàn)的?（5分）答：將交流電通過電力

9、電子器件變換成大小可以調(diào)節(jié)的直流電的過程稱為可控整流?？煽卣髦饕昧司чl管的單向可控導(dǎo)電特性。（2分）4、電壓源型變頻器和電流源型變頻器的區(qū)別是什么？（5分）答：電流型變頻器的直流環(huán)節(jié)是電感器，而電壓型變頻器的直流環(huán)節(jié)是電容器。電壓型變頻器不能工作于再生制動(dòng)狀態(tài)，因?yàn)殡娙輧啥穗妷翰荒苘S變。（2分）試說明SPWM控制的基本原理。（5分）答：PWM控制技術(shù)是控制半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間比，即調(diào)節(jié)脈沖寬度的或周期來控制輸出電壓的一種控制技術(shù)。（2分）用正弦基波電壓作為調(diào)制電壓，對(duì)它進(jìn)行調(diào)制的三角波稱為載波電壓，當(dāng)正弦基波與三角波相交時(shí)，通過比較二者之間的大小來控制逆變器開關(guān)的通斷，從而獲得

10、一系列等幅不等寬正比于正弦基波電壓的矩形波，這就是正弦脈寬調(diào)制方法（SPWM）。（3分）試簡(jiǎn)述三相半控橋式整流電路與三相全控橋式整流電路的特點(diǎn)。1、答：三相全控橋式整流電路采用6只晶閘管構(gòu)成，而三相半控橋式整流電路采用三只晶閘管和三只二極管構(gòu)成；（2分）三相全控橋可以工作在有源逆變狀態(tài)，而三相半控橋只能工作在整流狀態(tài)；（2分）三相半控橋可能會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象，而全控橋不會(huì)。（1分）1、在晶閘管可控整流電路的直流拖動(dòng)中，當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有哪些特點(diǎn)？答：在晶閘管可控整流電路的直流拖動(dòng)中，當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速將抬高；機(jī)械特性變軟，即負(fù)載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。2、在

11、三相半波可控整流電路中，如果控制脈沖出現(xiàn)在自然換流點(diǎn)以前，可能會(huì)出現(xiàn)什么情況？能否換相？答：在三相半波可控整流電路中，如果每只晶閘管采用獨(dú)立的觸發(fā)電路，那么控制脈沖出現(xiàn)在自然換流點(diǎn)以前，電路將停止工作；如果三只晶閘管采用同一個(gè)觸發(fā)電路（對(duì)共陰極連接），則控制脈沖出現(xiàn)在自然換流點(diǎn)以前，電路仍然能正常換相，但此時(shí)的控制角較大，輸出電壓較低。3、在三相全控橋式有源逆變電路中，以連接于A相的共陽極組晶閘管V14為例說明，在一個(gè)周期中，其導(dǎo)通及關(guān)斷期間兩端承受電壓波形的規(guī)律。答：共陽極組三只晶閘管輪流導(dǎo)通1200，其順序是VT4TVT6VT2。所以，當(dāng)VT4導(dǎo)通時(shí)，兩端電壓為零；當(dāng)VT6導(dǎo)通時(shí)，VT4兩

12、端電壓為線電壓uvu；當(dāng)VT2導(dǎo)通時(shí)，VT4兩端電壓為線電壓UWU。5、試說明功率晶體管（GTR）的安全工作區(qū)SOA由哪幾條曲線所限定？答：功率晶體管（GTR）的安全工作區(qū)SOA由以下條曲線所限定：最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM以及二次擊穿臨界線。2、什么是晶閘管交流開關(guān)？交流調(diào)壓器的晶閘管常用哪些方式控制？答：如果令交流調(diào)壓器中的晶閘管在交流電壓自然過零時(shí)關(guān)斷或?qū)?，則稱之為晶閘管交流開關(guān)（1分）。交流調(diào)壓器中的晶閘管有兩種控制方式：（1）相位控制在電源電壓的每一周期，在選定的時(shí)刻將負(fù)載與電源接通，改變選定的時(shí)刻即可達(dá)到調(diào)壓的目的，即相控方式（2分）；（2）通-斷

13、控制將晶閘管作為開關(guān)，使負(fù)載與電源接通若干周波，然后再斷開一定的周波，通過改變通斷的時(shí)間比達(dá)到調(diào)壓的目的。有全周波連續(xù)式和全周波間隔式兩種形式（2分）。3、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？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，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)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓與電流的極性相同時(shí)，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(shí)，由反饋二極管提供電流通道（3分）。在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖

14、。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時(shí)，電流并不反向，依然經(jīng)電路中的控開關(guān)器件流通，因此不需要并聯(lián)二極管（2分）4、什么是組合變流電路？一般的開關(guān)電源是怎樣組合的？為什么要這樣組合？答：組合變流電路是將某幾種基本的變流電路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC）組合起來，以實(shí)現(xiàn)一定新功能的變流電路（2分）。開關(guān)電源通常采用交-直-交-直方式組合（1分）。由于開關(guān)電源采用了工作頻率較高的交流環(huán)節(jié)，變壓器和濾波器都大大減小，因此同等功率條件下其體積和重量都遠(yuǎn)小于相控整流電源。除此之外，工作頻率的提高還有利于控制性能的提高。由于這些原因，在數(shù)百KW以下的功率范圍內(nèi)，開關(guān)電源正逐漸取代相控整

15、流電源（2分）。6、什么是觸發(fā)延遲角？什么是導(dǎo)通角？從晶閘管開始承受正向電壓起，到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)時(shí)的電角度,稱為觸發(fā)延遲角；移相觸發(fā)就是改變晶閘管每周其導(dǎo)通的起始點(diǎn)即觸發(fā)延遲角的大小，達(dá)到改變輸出電壓,功率的目的。移相觸發(fā)的主要缺點(diǎn)是使電路中出現(xiàn)包含高次諧波的缺角正弦波,在換流時(shí)刻會(huì)出現(xiàn)缺口“毛刺”，造成電源電壓波形畸變和高頻電磁波輻射干擾。大觸發(fā)延遲角運(yùn)行時(shí),功率因數(shù)較低（3分）。晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱導(dǎo)通角，導(dǎo)通角的最大值與電路的結(jié)構(gòu)形式和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)（2分）。4、什么叫過電流？過電流產(chǎn)生的原因是什么？答：當(dāng)流過晶閘管的電流大大超過其正常工作電流時(shí)，稱為過電流。產(chǎn)生的原因有

16、：（1）直流側(cè)短路；（2）機(jī)械過載；（3）可逆系統(tǒng)中產(chǎn)生環(huán)流或者逆變失敗；（4）電路中管子誤導(dǎo)通及管子擊穿短路等。（5分）3、逆變電路必須具備什么條件才能進(jìn)行逆變工作？答：（1）逆變電路必須同時(shí)具備下述兩個(gè)條件才能產(chǎn)生有源逆變：變流電路直流側(cè)應(yīng)具有能提供逆變能量的直流電源電勢(shì)Ed,其極性應(yīng)與晶閘管的導(dǎo)電電流方向一致。（3分）（2）變流電路輸出的直流平均電壓Ud的極性必須為負(fù)（相對(duì)于整流時(shí)定義的極性），以保證與直流電源電勢(shì)Ed構(gòu)成同極性相連，且滿足Ud<Ed。（2分）4、變頻器由那些基本部分構(gòu)成？答：1）整流器。2）逆變器。3）中間直流環(huán)節(jié)。4）控制電路4、什么是換流？換流方式各有那幾種？各有什么特點(diǎn)？答：換流（commutation）指電力電子電路中支路間電流的轉(zhuǎn)移。換流方式有4種：器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。全控型器件采用此換流方式。（1分）電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。（1負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。（1分）強(qiáng)迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。、通常是利用附加電容上的能量實(shí)現(xiàn)，也稱電容換流。（1分）晶閘管電路不能用器件換流，根據(jù)電路形式采用