最新東南大學(xué)-研究生電力電子考試題

1、 精品文檔1、請(qǐng)一一列舉電力電子器件和理想開關(guān)的主要區(qū)別，并簡(jiǎn)要說明使電力電子器件正常工作的應(yīng)對(duì)措施。答：電力電子器件與理想開關(guān)的主要區(qū)別在于：（1） 理想開關(guān)導(dǎo)通零電阻，而器件存在導(dǎo)通壓降，存在通態(tài)損耗；且關(guān)斷后存在反向漏電流，存在斷態(tài)損耗。（2） 理想開關(guān)可瞬時(shí)開通和關(guān)斷，而器件需要一定的開通、關(guān)斷時(shí)間，存在開通和關(guān)斷損耗。（3） 理想開關(guān)耐壓、耐流能力無限，而器件只能承受一定的額定電壓和額定電流，并且只能承受一定的 du/dt 和 di/dt。下面以晶閘管為例說明使電力電子器件正常工作的應(yīng)對(duì)措施：（1） 選用晶閘管時(shí)注意其額定電壓和電流應(yīng)留有一定裕量，額定電壓取正常工作時(shí)承受的峰值電壓的

2、 23 倍，額定電流取 1.52 倍通態(tài)平均電流有效值，并工作在安全工作區(qū)內(nèi)。（2） 晶閘管需要在門級(jí)加一定寬度和強(qiáng)度的觸發(fā)脈沖才能正常工作。（3） 當(dāng)晶閘管承受反壓或其中流過的電流下降至維持電流以下時(shí)，晶閘管才能關(guān)斷。（4） 晶閘管具有一定的開通和關(guān)斷時(shí)間，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意使用頻率的限制。（5） 避免過大的 du/dt 和 di/dt，使用中應(yīng)該加緩沖電路；為了防止器件過熱導(dǎo)致器件損壞，實(shí)際應(yīng)用時(shí)還應(yīng)該注意散熱。2、大功率開關(guān)器件（GTR、IGBT 等）在開關(guān)電路中為何需要加入緩沖電路？緩沖電路根據(jù)其在器件工作中的作用可分為哪兩大類？答：緩沖電路可以抑制過電壓 du/dt，過電流 di/dt

3、，減少器件的開關(guān)損耗，塑造開關(guān)器件開關(guān)過程中的開關(guān)狀態(tài)軌跡。如無極性的R-C 緩沖電路可以保護(hù)器件；極性化R-C 緩沖電路可以吸收器件的關(guān)斷、換向VDidi/dt抑制電路過電壓和 du/dt，進(jìn)行關(guān)斷保護(hù)；極性化 L-R 緩沖電路可以抑制開通電流過沖和 di/dt，進(jìn)行開通保護(hù)；關(guān)斷和開通緩沖電路結(jié)合可以構(gòu)成復(fù)V合緩沖電路。VDs按能量去向分配可分為耗能式和饋能式緩沖電路。如圖所示的緩沖電路在 V 開通時(shí)，C 通過 R 向 V 放電，使 i 先上一個(gè)臺(tái)階，以后因有緩沖電路ssCLL ，i 上升速度減慢；在V 關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過VD 向 C 分流，減 VDiCss輕了 V 的負(fù)擔(dān)，抑制了 du

4、/dt 和過電壓。3、電力電子開關(guān)器件的功耗主要有哪些？請(qǐng)簡(jiǎn)述軟開關(guān)諧振技術(shù)減少開關(guān)損耗的基本原理。答：電力電子器件的功耗主要有開通損耗、關(guān)斷損耗和導(dǎo)通期間的損耗三種。高頻環(huán)境中前兩種損耗占主要比例，低頻環(huán)境中第三種損耗占主要比例。軟開關(guān)技術(shù)使電壓 U 或/且電流 I 減小從而減小開關(guān)損耗功率 P=UI。軟開關(guān)可分為 ZVS（零電壓開關(guān)）和 ZCS（零電流開關(guān)）兩種，前者可以減小器件開通、關(guān)斷期間的電流I；后者可以減小器件開關(guān)期間的電壓 U，都達(dá)到減小損耗 P 的目的。4、如下圖所示為一PWM 整流電路，請(qǐng)簡(jiǎn)單分析該電路的工作原理，并（與相控整流電路相比較）舉出三條該電路的優(yōu)點(diǎn)。精品文檔 精品

5、文檔答 ：PWM 整流電路是升壓型整流電路。工作時(shí)按自然采樣法對(duì) VT VT 進(jìn)行 SPWM 控制，14使 u 輸出電壓中含有與正弦調(diào)制波同頻、幅值成比例的基波，以及載波頻率的高次諧波，AB不含低次諧波。當(dāng) u 0 時(shí)，VT 、VD 、VD 和 L 以及 VT 、VD 、VD 和 L 分別組成兩組升壓斬波電路。s241s314s以第一組為例，VT 導(dǎo)通時(shí)，電源通過 VT 和 VD 為 L 充電；VT 截止時(shí)，L 通過 VD 和224s2s1VD 向直流電容 C 供電。同理，當(dāng)u B-C 的順序依次導(dǎo)通，且相鄰的開關(guān)狀態(tài)只改rr 0,0,0 U 1,1,1變一位，即（100，110，010，01

6、1，001，101 以及 000，111），其中U和07是零矢量。6、假設(shè)下圖中開關(guān)器件 VT 和 V 的開關(guān)占空比為 t /T。請(qǐng)推導(dǎo)：（1）如下圖左所示的on降壓 buck 電路在穩(wěn)態(tài)工作條件下的輸出輸入電壓的關(guān)系表達(dá)式 U /E=?；（2）如下圖右所o示的升降壓 boost-buck 電路在穩(wěn)態(tài)工作條件下的輸出輸入電壓的關(guān)系表達(dá)式 U /E=?。o答：（1）降壓 buck 電路：該電路在一個(gè)工作周期內(nèi)，電感 L 中流過的電流積分為 0（這樣才 能 保 證 電 感 L 電 流 在 周 期 末 和 周 期 初 時(shí) 相 等 ）。 當(dāng) VT 導(dǎo) 通 時(shí) ， 有iE U TdiE U L L，即i

7、 ；當(dāng) VT 關(guān)斷時(shí)，電感 L 通過 VD 續(xù)流，oonLL o ndtTLoLononiLoffTdiLdtUU 0 U Li T有 L，。oLooLoffoffoffE U TUU Ti i 0 T 0 。on因?yàn)?，所以，即oonooLLETLonLoffoff精品文檔 精品文檔（2）升降壓 boost-buck 電路：同樣的，在一個(gè)工作周期內(nèi)，電感L 的電流保持不變。V 導(dǎo)diLdtEE L 0 i T， ；V 關(guān)斷時(shí)，電感 L 向負(fù)載放通時(shí)，電源為電感 L 充電，LLonondiLdtUU 0 i T電， L，。oLoLoffoffEUUTi i 0，所以 T T 0 ，即E Ton。

8、oo1LLLonLoffonoffoff7、請(qǐng)列舉電力電子開關(guān)器件和理想開關(guān)的主要區(qū)別。造成電力電子開關(guān)器件發(fā)熱的主要來源有哪些？列出幾種電力電子開關(guān)器件散熱的措施。答：電力電子器件與理想開關(guān)的主要區(qū)別在于：（4） 理想開關(guān)導(dǎo)通零電阻，而器件存在導(dǎo)通壓降，存在通態(tài)損耗；且關(guān)斷后存在反向漏電流，存在斷態(tài)損耗。（5） 理想開關(guān)可瞬時(shí)開通和關(guān)斷，而器件需要一定的開通、關(guān)斷時(shí)間，存在開通和關(guān)斷損耗。（6） 理想開關(guān)耐壓、耐流能力無限，而器件只能承受一定的額定電壓和額定電流，并且只能承受一定的 du/dt 和 di/dt。造成電力電子器件發(fā)熱的原因是功耗。電力電子器件的功耗主要有開通損耗、關(guān)斷損耗和導(dǎo)通

9、期間的損耗三種。高頻環(huán)境中前兩種損耗占主要比例，低頻環(huán)境中第三種損耗占主要比例。在計(jì)算等效熱阻的基礎(chǔ)上，可以對(duì)電力電子器件采取散熱措施。按散熱方式可以分為傳導(dǎo)型、對(duì)流型和輻射型，按具體操作可以分為風(fēng)冷、水冷和油冷等。8、試以晶閘管 SCR 為例，簡(jiǎn)述電力電子器件串聯(lián)工作時(shí)，應(yīng)采取哪些措施來實(shí)現(xiàn)器件的均壓？簡(jiǎn)述電力電子器件并聯(lián)工作時(shí)，應(yīng)采取哪些措施來實(shí)現(xiàn)器件的均流？并畫出均壓和均流線路原理圖。答：（1）晶閘管 SCR 串聯(lián)均壓：由于器件特性的差異，不同晶閘管的正向阻斷電阻和反向阻斷電阻不盡相同，從而造成晶閘管串聯(lián)后電壓分配不均的問題。當(dāng)晶閘管串聯(lián)時(shí)，首先應(yīng)選取參數(shù)和特性盡量一致的器件，其次要加均

10、壓電路。如右圖所示，電阻RCVT1RCR 遠(yuǎn)小于晶閘管的正、反向阻斷電阻，使晶閘管分得的電壓取決于均壓電RpVT2p阻 R 的分壓；電容 C 用于平衡動(dòng)態(tài)過程中晶閘管的反向恢復(fù)電荷，實(shí)現(xiàn)動(dòng)p態(tài)均壓。（2）晶閘管 SCR 并聯(lián)均流：如圖所示，耦合電感 T 和 T 可以提供動(dòng)態(tài)均流。當(dāng) VT 中電流 I 上升時(shí)，由1211于電感 T 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與 I 相反的電動(dòng)勢(shì)從而產(chǎn)生反向電流I 抑制 I 的增長(zhǎng)； VT1111由于 T 和 T 異名端耦合，所以 T 中產(chǎn)生與 I 同向的增長(zhǎng)電流 I 使 I 增長(zhǎng)，I2I11222從而達(dá)到平衡兩支晶閘管中電流的作用。有時(shí)串聯(lián)電阻有助使晶閘管為正溫2II度系數(shù)，從

11、而提升靜態(tài)均流，但需視器件特性而定。如果需要同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管，一般采用先串后并的方法聯(lián)接。9、三相 PWM 逆變電路分別采用梯形調(diào)制波和注入三次諧波進(jìn)行輸出波形控制有何好處？請(qǐng)簡(jiǎn)單說明二者工作原理并就性能作簡(jiǎn)單比較。答：采用梯形波調(diào)制和注入三次諧波都提升了調(diào)制波中基波的幅值，由于直流電壓利用率=精品文檔 精品文檔輸出基波電壓幅值/直流電壓，所以它們提高了電壓利用率，改善了逆變器的輸出性能。采用梯形波作為調(diào)制信號(hào)時(shí)，由于梯形波中含有低次諧波，故輸出波形中含有5 次、7 次等低次諧波。采用在正弦波調(diào)制信號(hào)中加入三次諧波的“馬鞍形”作為調(diào)制信號(hào)時(shí)，輸出相電壓中含有三次諧波；但合成線電壓時(shí)，各相電

12、壓三次諧波互相抵消，故輸出線電壓為正弦波，不含低次諧波。其輸出諧波小于梯形調(diào)制波，但電壓利用率略低。10、請(qǐng)分析如下圖所示的斬控式單相交流調(diào)壓電路的工作原理（過程），請(qǐng)畫出交流輸出電壓 U 的波形示意圖。該斬控式單相交流調(diào)壓電路和相控式單相交流調(diào)壓電路在功率因數(shù)、o諧波含量方面相比較有何不同。答：如圖所示為一個(gè)周期的波形，上半圖為U 波形，下半圖為U 波形。當(dāng)輸入電壓U 0，1o1即在正半周內(nèi)，V 截止，V 持續(xù)導(dǎo)通，V 則以斬波431頻率導(dǎo)通和關(guān)斷；在 V 關(guān)斷期間，V 和 VD 為負(fù)133載續(xù)流。當(dāng)輸入電壓U 加前端變壓器升壓-全波橋式整流-PWM逆變。電路原理圖如下圖所示。L1kCM22

13、0V 50Hz升壓變壓器PWM逆變?nèi)珮蛘髟O(shè)變壓器的變比為 1:k，升壓后交流電壓有效值為 U ，橋式整流電路帶容性負(fù)載輸出直流電2U 0.7071m，即壓為 U ，一般取 U =0.9U ；PWM 逆變器直流電壓利用率 AoCC2UVaC精品文檔 精品文檔U 0.7071m U ，這里取 m =0.8，要 求 U =300V，即 ：k=300/(0.70710.80.9220)=2.68，aooaC所以變壓器變比選為 1:2.68。12、電力電子技術(shù)在節(jié)能方面大有可為，請(qǐng)舉一個(gè)你熟悉的例子，簡(jiǎn)要分析節(jié)能的原理。答：電動(dòng)汽車因?yàn)槭褂脽o污染的清潔能源電能，正受到越來越廣泛的推廣。但充電汽車的最大

14、缺陷是充電難，所以保證充電汽車能量的高效使用是很有意義的課題。我們可以設(shè)計(jì)一種可逆的整流電路，當(dāng)電動(dòng)車啟動(dòng)或加速時(shí)，變換器可以根據(jù)不同的需要將電能逆變成不同頻率的交流電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，多余的動(dòng)能不是通過摩擦轉(zhuǎn)化為內(nèi)能損耗掉，而是通過該裝置將電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電能整流后回饋至儲(chǔ)能設(shè)備以供下次使用，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。13、某單位進(jìn)口設(shè)備中有一臺(tái)額定電壓110V，功率10KW 的單相電阻爐，由于國(guó)內(nèi)單相只有 220V 的交流電源，為了使這臺(tái)設(shè)備的功率不超標(biāo)，想使用電力電子技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改造，假定電阻爐的電阻值不隨溫度變化，耐壓強(qiáng)度足夠，周期功率不得超標(biāo)使用，試設(shè)計(jì)兩種單相電路滿足這一要求。要求計(jì)算出：控制角的變化范圍；不考慮安全裕量選擇晶閘管。精品文檔 精品文檔14、某電力系統(tǒng)單位有一 220V（直流）的蓄電池組，要進(jìn)行60A 恒流放電維護(hù)，放電終止電壓為 180V，為了有效利用能源，要求設(shè)計(jì)一有源逆變電路將能量回饋回電網(wǎng)，考慮到漏感的影響，最小逆變角 =15,試設(shè)計(jì)一個(gè)單相橋式電路滿足這一要求（電網(wǎng)電壓 220V，minAC），計(jì)算出如下參數(shù)： 電路中電阻與電感值； 安全裕量取為 1，計(jì)算晶閘管電流定額； 電路中電阻值可取大小不同的數(shù)值，對(duì)電路有何影響？15、三相橋式全控可逆電路，輸入相電壓 100V，電源變壓器漏感折合到變