電力電子整理

1、第2章1、電力電子器件的損耗主要損耗分為通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗和開關(guān)損耗。開關(guān)損耗又包括開通損耗和關(guān)斷損耗。2、電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組 成。3、使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：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 uak0 且 ugk0.4、維持晶閘管導(dǎo)通和條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答：維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電 流。要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)閿?，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，即降到維護(hù)電流以下，

2、便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。5、 全控型開關(guān)器件：GTR，GTO, IGBT，MOSFET。屬于電流型驅(qū)動(dòng)：GTR、GTO,。屬于電壓型驅(qū)動(dòng)：IGBT，MOSFETo6、擎住電流IL :晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小電 流。對(duì)同一晶閘管來說，通常IL約為IH的24倍。第3章（兩道計(jì)算題:單相、三相）1、什么是失控現(xiàn)象？以及解決辦法？答：則當(dāng)a突然增大至180 或觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個(gè)二極 管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，其平均值保持恒定，稱為失控。有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過程由VDR完成，避免了失控的現(xiàn)象。2、HRIn: n次諧波電流

3、含有率。THDi：電流諧波總畸變率。3、諧波規(guī)律見書p75.例：（1）、單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大 的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？答：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，其整流輸出電壓中含?k （k=1、2、3）次諧波，其中幅 值最大的2次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有2k+1 （k=1、2、3）次即奇次諧波，其 中主要的是3次、5次諧波。（2）、三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的 是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓

4、中含有6k （k=1、2、3）次諧波，其中幅值 最大的6次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有6k 1 （k=1、2、3）次諧波，其中主要的 是5次、7次諧波。4、使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？答：條件有二：直流側(cè)要有電動(dòng)勢(shì)，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流 電路直流側(cè)的平均電壓。要求晶閘管的控制角a n /2,使Ud為負(fù)值。5、最小逆變角為30度.6、同步信號(hào)中脈沖形成寬度與什么有關(guān)？（填空題）同步環(huán)節(jié)鋸齒波形成寬度于什么有關(guān)？第4章1、簡(jiǎn)述換流方式？答：有器件換流（利用全控器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流）、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）

5、、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）和強(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。）。利用全控型器件的是：器件換流。利用半控型器件的是：電網(wǎng) 換流、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流。器件換流和強(qiáng)迫換流屬于自換流。電網(wǎng)換流和負(fù)載換流一 一屬于外部換流。2、電壓型逆變電路的特點(diǎn)：按照逆變電路直流測(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的逆變電 路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路。（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）輸出電

6、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(shí)需提供無功功率。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 各臂并聯(lián)反饋二極管。3、單相電壓型逆變電路工作原理：答：半橋逆變電路V1和V2柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓uo為矩形波， 幅值為Um=Ud/2V1或V2通時(shí)，io和uo同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；VD1或VD2通時(shí)， io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。VD1、VD2稱為反饋二極管,它又起著使負(fù)載電流 連續(xù)的作用，又稱續(xù)流二極管。4、電流型逆變電路主要特點(diǎn)：（1）直流側(cè)串大電感，電流基本無脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。（2）交流輸出電流為矩形波

7、，與負(fù)載阻抗角無關(guān)。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，不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。第5章（斬波電路計(jì)算題，判斷斷續(xù)連續(xù)）1、簡(jiǎn)述降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個(gè)控制周期中，讓V導(dǎo)通一段時(shí)間ton，由電源E向L、 R、M供電，在此期間，uo=E。然后使V關(guān)斷一段時(shí)間toff，此進(jìn)電感L通過二級(jí)管VD向 R和M供電，uo=0。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓，U = Ln E =、E = a E on + offT輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。2、簡(jiǎn)述升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源

8、E向電感L充 電，充電電流基本恒定11，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電，因C值很大，基本保 持輸出電壓為恒值Uo。設(shè)V處于通態(tài)時(shí)間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為EI1tono 當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間 為tff，則在此期間電感L釋放的能量為（Uo-E） I1toffO當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周 期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：EI；ton= （Uo-E） I*化簡(jiǎn)得：U = on + off E = T Eofof式中T/toff1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。3、對(duì)于電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖的波形，給制出各個(gè)階

9、段電流流通路徑并標(biāo)明電 流方向。（見習(xí)題直流斬波電路簡(jiǎn)答3）（注意點(diǎn)）。4、降壓斬波電路結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)R4、降壓斬波電路結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)R/ VD第6章流調(diào)壓電路的工作原理？以及應(yīng)用？1、交流調(diào)壓電路的工作原理？以及應(yīng)用？答：兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對(duì)晶閘管的控制就可控制交流電力應(yīng)用：1、燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制）。2、異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)。3、異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。4、供用電系統(tǒng)對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。5、在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。2、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(yùn)用于什么樣的負(fù)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，

10、二者的區(qū)別在于控制方式不同。 交流調(diào)壓電路是在交流電流的每個(gè)周期對(duì)輸出電壓波進(jìn)行控制。而交流調(diào)功電路是將負(fù)載與 交流電源接通幾個(gè)周波，再斷開幾個(gè)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(fù)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(tái)和舞臺(tái)燈光控制）及異 步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對(duì)無功率的連續(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 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多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調(diào)壓電

11、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(jì)制造。交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣 時(shí)間常數(shù)很長(zhǎng)的控制對(duì)象。由于控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大，沒有必要對(duì)交流電源的每個(gè)周期進(jìn) 行頻繁控制。3、通過不斷改變觸發(fā)延遲角a，使交-交變頻電路的輸出電壓波形基本為正弦波的調(diào)制方 法有多種。（填空題）第7章1、試說明PWM控制的基本原理。答：PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即退過對(duì)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)

12、上時(shí)，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。以正弦PWM控制為例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成N個(gè)彼此相連的脈 沖列所組的波形。這些脈沖寬度相等，都等于n/N，但幅值不等且脈沖頂部不是水平直線而 是曲線，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩 形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波 部分面積（沖量）相等，就得到PWM波形。各PWM脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規(guī) 律變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也 可

13、以用同樣的方法得到PWM波形?？梢?，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。2、什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？?jī)烧吒饔泻翁攸c(diǎn)？分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，通常保 持載波頻率fc固定不變，因而當(dāng)信號(hào)波頻率fr變化時(shí)，載波比N是變化的。異步調(diào)制的主要特點(diǎn)是：在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也 不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱。這樣，當(dāng)信 號(hào)波頻率較低時(shí)，載波比N較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周 期內(nèi)前后1/4周期脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小，P

14、WM波形接近正弦波。而當(dāng)信號(hào) 波頻率增高時(shí)，載波比N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響就變 大，有時(shí)信號(hào)波的微小變化還會(huì)產(chǎn)生PWM脈沖的跳動(dòng)。這就使得輸出PWM波和正弦 波的差異變大。對(duì)于三相PWM型逆變電路來說，三相輸出的對(duì)稱性也變差。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。同步 調(diào)制方式中，信號(hào)波頻率變化時(shí)載波比N不變，信號(hào)波一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的， 脈沖相位也是固定的。當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率fc也很低。fc 過低時(shí)由調(diào)制帶來的諧小組不易濾除。當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。 當(dāng)逆變電路輸出頻率很高

15、時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率fc會(huì)過高。使開關(guān)器件難以承受。此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些。分段同步高調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率劃分為若干段，每個(gè)頻段的載波比一定，不 同頻段采用不同的載波比。其優(yōu)點(diǎn)主要是，在高頻段采用較低的載波比，使載波頻率不致過 高，可限制在功率器件允許的范圍內(nèi)。而在低頻段采用較高的載波比，以使載頻率不致過低 而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。第8章1、軟開關(guān)電路可以分為哪幾類？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,零轉(zhuǎn)換PWM電路。2、硬

16、開關(guān)：（1）、開關(guān)過程中電壓和電流均不為零，出現(xiàn)了重疊。（2）、電壓、電流變化很快，波形出現(xiàn)明顯得過沖，導(dǎo)致開關(guān)噪聲。a）硬開關(guān)的開通過程ba）硬開關(guān)的開通過程b）硬開關(guān)的關(guān)斷過程圖7 1硬開關(guān)的開關(guān)過程第9章1、驅(qū)動(dòng)電路的作用？答：（1）按控制目標(biāo)的要求施加開通或關(guān)斷的信號(hào)。（2）對(duì)半控型器件只需提供開通控制信號(hào)。（3）對(duì)全控型器件則既要提供開通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)。2、驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器。磁隔離的元件通常是脈沖變壓器。3、a、（過電壓保護(hù)）電力電子裝置可能的過電壓一一外因過電壓和內(nèi)因過電壓。外因過電

17、壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì) 由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電 壓。b、過電流一一過載和短路兩種情況。4、晶閘管的串聯(lián)：目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)。問題：理想串聯(lián)希望 器件分壓相等，但因特性差異，使器件電壓分配不均勻。靜態(tài)不均壓：串聯(lián)的器件流過的漏電流相同，但因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分壓不等。 動(dòng)態(tài)不均壓：由于器件動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓。靜態(tài)均壓措施：（1）選用參數(shù)和特性盡量一致的器件。（2）采用電阻均壓，Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時(shí)的正、反向電阻小得多。動(dòng)態(tài)均壓措施：（1）選用參數(shù)和特性盡量一致的器件。（2）用RC并聯(lián)支路做動(dòng)態(tài)均壓，對(duì)晶閘管來講，采用門極強(qiáng)脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件 開通時(shí)間上的差異。5、晶閘管的并聯(lián)：目的：多個(gè)器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流問題：會(huì)分別因靜態(tài)和動(dòng)