電力電子課后答案

1、2.1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(fù)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(fù)載阻抗決定，負(fù)載上電壓由輸入陽極電壓UA決定。2.2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(jìn)行。 進(jìn)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。2.3溫度升高時，晶閘管的觸

2、發(fā)電流、正反向漏電流、維持電流以及正向轉(zhuǎn)折電壓和反向擊 穿電壓如何變化？答：溫度升高時，晶閘管的觸發(fā)電流隨溫度升高而減小，正反向漏電流隨溫度升高而增大， 維持電流IH會減小，正向轉(zhuǎn)折電壓和反向擊穿電壓隨溫度升高而減小。2.15什么叫GTR的一次擊穿?什么叫GTR的二次擊穿？答：處于工作狀態(tài)的GTR，當(dāng)其集電極反偏電壓UCE漸增大電壓定額BUceo時，集電極電 流IC急劇增大（雪崩擊穿），但此時集電極的電壓基本保持不變，這叫一次擊穿。發(fā)生一次擊穿時，如果繼續(xù)增大uce，又不限制IC，IC上升到臨界值時，uce突然下降，而 IC繼續(xù)增大（負(fù)載效應(yīng)），這個現(xiàn)象稱為二次擊穿。2.16怎樣確定GTR的安

3、全工作區(qū)SOA？答：安全工作區(qū)是指在輸出特性曲線圖上GTR能夠安全運(yùn)行的電流、電壓的極限范圍。按 基極偏量分類可分為：正偏安全工作區(qū)FBSOA和反偏安全工作區(qū)RBSOA。正偏工作區(qū)又 叫開通工作區(qū)，它是基極正向偏量條件下由GTR的最大允許集電極功耗PCM以及二次擊穿 功率PSB，ICM，BUceo四條限制線所圍成的區(qū)域。反偏安全工作區(qū)又稱為GTR的關(guān)斷安全 工作區(qū)，它表示在反向偏置狀態(tài)下GTR關(guān)斷過程中電壓UCE，電流IC限制界線所圍成的區(qū) 域。2.18在大功率GTR組成的開關(guān)電路中為什么要加緩沖電路？答：緩沖電路可以使GTR在開通中的集電極電流緩升，關(guān)斷中的集電極電壓緩升，避免了du GTR

4、同時承受高電壓、大電流。另一方面，緩沖電路也可以使GTR的集電極電壓變化率心和集電極電流變化率得到有效值抑制，減小開關(guān)損耗和防止高壓擊穿和硅片局部過熱熔通而損壞GTR。2.19與GTR相比功率MOS管有何優(yōu)缺點？答：GTR是電流型器件，功率MOS是電壓型器件，與GTR相比，功率MOS管的工作速 度快，開關(guān)頻率高，驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，無二次擊穿問題，安全工作區(qū)寬，并且輸 入阻抗可達(dá)幾十兆歐。但功率MOS的缺點有：電流容量低，承受反向電壓小。2.23與GTR、VDMOS相比，IGBT管有何特點？答：IGBT的開關(guān)速度快，其開關(guān)時間是同容量GTR的1/10，IGBT電流容量大，是同容量 MOS

5、的10倍；與VDMOS、GTR相比，IGBT的耐壓可以做得很高，最大允許電壓UCEM 可達(dá)4500V，IGBT的最高允許結(jié)溫TJM為150C，而且IGBT的通態(tài)壓降在室溫和最高結(jié) 溫之間變化很小，具有良好的溫度特性；通態(tài)壓降是同一耐壓規(guī)格VDMOS的1/10，輸入 阻抗與MOS同。2.25在SCR、GTR、IGBT、GTO、MOSFET、IGCT及MCT器件中，哪些器件可以承受 反向電壓？哪些可以用作靜態(tài)交流開關(guān)？答：SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT都可承受反向電壓。SCR可以用作靜態(tài)開關(guān)。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

6、關(guān)。3.2試比較Buck電路和Boost電路的異同。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(fù)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(fù)載，而在T處于關(guān)斷狀態(tài)時，由L與電源E同時向負(fù)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

7、入電壓極性相反，而且兩種電路的輸 入、輸出關(guān)系式完全相同，Buck-Boost電路是在關(guān)斷期內(nèi)電感L給濾波電容C補(bǔ)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（B uck），升壓斬波電路（B oost），升降壓斬波電 路（BuckBoost）和庫克（Cook）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(jī)的調(diào)速。升壓斬

8、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 流電機(jī)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。3.7有一開關(guān)頻率為50kHz的Buck變換電路工作在電感電流連續(xù)的情況下，L=0.05mH，輸入電壓Ud=15V，輸出電壓U0=10V求占空比D的大小；（2）求電感中電流的峰-峰值【； 若允許輸出電壓的紋波AU0/U0=5%，求濾波電容C的最小值

9、。c10D = = = 0.667J 15里 但功 _ 15x0.66X1-0.66?) _ *；2：: lfLUd_ fL -50 xltf x0.05x10-3 - TOC o 1-5 h z 因為 C02 Jf = 50kHz0.05 = D)(勺史2 fz _ 0.05x2尸Jc /1口)C -1-Q-1-0.667二 6 66 xl(reF 二 6j563.9在BoO策變換電路中，已瓦瓦=50V，:：L：值和:C值較大，R=20&,，若米用脈寬調(diào)制方式， 當(dāng)Ts=40us, ton=20us時，計算輸出電壓平均值U0和輸出電流平均值10。由KL和CFJ值都比較大,100=5A203.

10、10有一開關(guān)頻率為50kHz的庫克變換電路，假設(shè)輸出端電容足夠大，使輸出電壓保持恒 定，并且元件的功率損耗可忽略，若輸入電壓Ud=10V,輸出電壓U0調(diào)節(jié)為5V不變。試求:(1)占空比；電容器c1兩端的電壓Uc1；(3)開關(guān)管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間。21.r # = (1 - Dyr = x = 13.34/Sf J 3 50 x104.1什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。直流電壓基本

11、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(fù)載阻抗角無關(guān)， 而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)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(fù)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)用于交一直一交變頻器中，負(fù)載為電動機(jī)時，如果電動機(jī)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

12、的方向 來實現(xiàn)，這就需要給交一直整流橋再反并聯(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(fù) 載性質(zhì)無關(guān)，而交流側(cè)電壓波形和相位因負(fù)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)用于交一直一交變頻器且負(fù)載為電動機(jī)時，若交一直變換為可控整流，則很方便地 實現(xiàn)再生制動。4.6并聯(lián)諧振型逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換流，為了保證換流成功應(yīng)滿足什么條件？答：為了保證電路可靠換流，必須在輸出

13、電壓與過零前八時刻觸發(fā)t2、T3，稱八為觸發(fā)引前 0T23Tt r - r. + kt.時間。為了安全起見，必須使-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(jìn)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。4.8單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么

14、區(qū)別？解：單極性PWM控制方式在調(diào)制信號的正半個周期或負(fù)半個周期內(nèi)，三角波載波是單極性 輸出的，所得的PWM波也是單極性范圍內(nèi)變化的。而雙極性PWM控制方式中，三角波載 波始終是有正有負(fù)，而輸出的PWM波是雙極性的。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：可以得到所需波形的輸出電壓，滿足負(fù)載需要；整流電路采用二極管整流，可獲得較高的功率因數(shù)；只用一級可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡單；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)（1可以得到所需波形的輸出電壓，滿足負(fù)載需要；整流電路采用二極管整流，可獲得較高的功率因數(shù)；只用一級可控的功率環(huán)節(jié)，電

15、路結(jié)構(gòu)簡單；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)（2）（3）（4）速度。5.1什么是整流？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。5.17晶閘管裝置中不采用過電壓、過電流保護(hù)，選用較高電壓和電流等級的晶閘管行不行? 答：晶閘管裝置中必須采用過電壓、過電流保護(hù)，而不能用高電壓、高電流的晶閘管代替， 因為在電感性負(fù)載裝置中，晶閘管在開關(guān)斷過程中，可能會出現(xiàn)過沖陽極電壓，此時極易損 壞晶閘管。當(dāng)未采取過電流保護(hù)，而電路過載或短路時更易損壞晶閘管。5.18什么是有源逆變？有源逆變的條件是什

16、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an2的區(qū)域內(nèi)使Ud0。有源逆變的作用：它可用于直流電機(jī)的可逆調(diào)速，繞線型異步電動機(jī)的串級調(diào)速，高壓電流輸電太陽能發(fā)電等 方面。5.20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(fù)載，將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流 供給

17、負(fù)載。5.21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5、換相重疊角Y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。6.3晶閘管相控整流電路和晶閘管交流調(diào)壓電路在控制上有何區(qū)別？答:相控整流電路和交流調(diào)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大小 （相位控制）來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。但二者電路結(jié)構(gòu)不同，在控制上也有區(qū)別。相控整流電路的輸出電壓在正負(fù)半周同極性加到負(fù)載上，輸出直流電壓。交流調(diào)壓電路，在負(fù)載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管T1、T2或采用雙向晶閘管T相 聯(lián)。當(dāng)電源處于正半周時，觸發(fā)T1導(dǎo)通，

18、電源的正半周施加到負(fù)載上；當(dāng)電源處于負(fù)半周 時，觸發(fā)T2導(dǎo)通，電源負(fù)半周便加到負(fù)載上。電源過零時交替觸發(fā)L、T2，則電源電壓全 部加到負(fù)載。輸出交流電壓。6.4交流調(diào)壓和交流調(diào)功電路有何區(qū)別？答：交流調(diào)功能電路和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，但控制方式不同。交流調(diào)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣碚{(diào)節(jié) 輸出電壓的大小。晶閘管交流調(diào)功能電路采用整周波的通、斷控制方法，例如以n個電源周波為一個大周期， 改變導(dǎo)通周波數(shù)與阻斷周波數(shù)的比值來改變變換器在整個大周期內(nèi)輸出的平均功率，實現(xiàn)交 流調(diào)功。6.7試述單相交-交變頻電路的工作原理。答：其電路有兩組整流圈，一組為

19、正組整流器，另一組為反組整流器，其正組和反組整流器 以交替地以低于電源的頻率切換正反組整流器的工作狀態(tài)，當(dāng)正組工作，反組封鎖時，負(fù)載 輸出電壓為上正下負(fù)，如果負(fù)組工作，正組封鎖，則為上負(fù)下正，如果控制角的大小不變，則輸出電壓波形為矩形波，如果讓控制角按900逐漸減小，然后再從090。逐漸增大。那么正組整流電流的輸出電壓的平均值按正弦規(guī)律變化，從零增大到最大，然后從最 大減小到零，反組用上述同樣的控制方法，就可以得到接近正弦波的輸出電壓。6.8交-交變頻電路的輸出頻率有何限制？答：交一交變頻電路的輸出電壓是由若干段電網(wǎng)電壓拼接而成的。當(dāng)輸出頻率升高時，輸出電壓一個周期內(nèi)電網(wǎng)電壓的段數(shù)就減少，所含

20、的諧波分量就要增加。這種輸出電壓波形的畸變是限制輸出頻率提高的主要因素之一。一般認(rèn)為，交流電路采用6脈波的三相橋式電路時，最高輸出頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。電網(wǎng)頻率為50HZ，交一交變頻電路的輸 出的上限頻率為20赫茲。7.2何謂軟開美和硬汗關(guān)？怎樣才能實現(xiàn)完全無損耗的軟件關(guān)過程？答：加果汗關(guān)器件在穴端電壓不為孝時升通虹稱為硬件坦，在其4流不為零時關(guān)斷則稱 為硬關(guān)斷，硬開通、硬關(guān)斷統(tǒng)稱為硬開關(guān)。在硬開關(guān)過程中，開關(guān)器件在較高電壓下承載有 較大電流，故產(chǎn)生很大的開關(guān)損耗，如果在以力咯子變換電路中采取一-些措施，如改變電路結(jié)構(gòu)和控制策略，使“關(guān)器什被 施加驅(qū)動信號而開通過程中其端電壓為零，

21、這種開通稱為零電壓開通；若使開美器件撤除其 驅(qū)動信號后的關(guān)斷過程中其承載的龜流為零，這種關(guān)斷稱為零電流關(guān)斷。零電壓開通和零電 流關(guān)斷是最二!想的軟好關(guān)，點開關(guān)過程中無奸關(guān)損花如果開美器件在開通過程中端電壓很 小，在關(guān)斷過程中其電流也很小，這種”關(guān)過程的川率損耗不大，稱之為軟M關(guān).7.3零開關(guān)，即零電壓開通和零電流關(guān)斷的含義是什么？答：使開關(guān)開通前的兩端電壓為零，則開關(guān)導(dǎo)通過程中就不會產(chǎn)生損耗和噪聲，這種開 通方式為零由開通；門使開關(guān)關(guān)斷時其電流為零，也不會產(chǎn)生損耗和噪聲，稱為零電流關(guān)7.11軟開關(guān)PWM的含義是什么7答;恒頻PWM變換器當(dāng)輸入電壓和負(fù)載在一個很大的范圍內(nèi)變化時,又可像常規(guī)PWM 那樣通過恒頻PWM調(diào)節(jié)底輸出電壓，從而給電路中變壓器、感器和濾波器的最優(yōu)化設(shè)計 創(chuàng)造了良好的條件%7.12試比較ZCS FTVM與ZCT PWM這兩種變換方式的優(yōu)缺點-答：ZCT PWM電路主開關(guān)管在零電流下關(guān)斷，