10電力電子技術(shù)考試試題答案

1、得分、填空題(本大題共20空，每空1.5分，共30分)(1)電力電子技術(shù)的兩個分支是電力電子器件制造技術(shù)和 變流技術(shù)。舉例說明一個電力電子技術(shù)的應(yīng)用實例變頻器、調(diào)光臺燈等。電力電子技術(shù)的一個重要特征是為避免功率損耗過大，電力電子器件總是 工作在開關(guān)狀態(tài)，其損耗包括三個方面：通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗和開關(guān)損耗。在SCR(Silicon Controlled Rectifier) GTO(Gate Turn-Off Thyristor)、GTR(Giant Transistor) MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) IGBT

2、(Insulated Gate Bipolar Transistor)中半控型器件有 SCR， 全控型器件有 GTO、GTR、MOSFET、IGBT，電流驅(qū)動器件有SCR、GTO、GTR 。單相橋式可控整流電路帶電阻性負載，在控制角為a時，其輸出的直流電 壓為0.9上冬。2為了避免單相橋式半控整流電路的失控，可以在加入續(xù)流二極管來防 止失控。帶平衡電抗器的雙反星型可控整流電路中平衡電抗器的作用是或兩組三相半波整流電路能夠同時導電有源逆變最小逆變角Pmin=S即+ 0，其每個參數(shù)的意義是&晶閘管關(guān)斷時間，Y :換相重疊角，0：安全裕量角單相電壓型橋式逆變電路輸出給負載的電壓波形是方波，電流波形是

3、近似正弦波三相電流型橋式逆變電路的換流一般為同一組橋臂組內(nèi)換流，稱為土向 換流 。直流斬波電路的三種控制方式是PWM、頻率調(diào)制型、混合型交交變頻是一種直接變頻，其輸出的電壓是由多段電網(wǎng)電壓拼接而成，決定了其輸出頻率不高，當采用50Hz工頻電壓，三相六脈波橋式逆變電路，其輸出的上限頻率一般不超過 20Hz頊控交流調(diào)壓電路一般采用全控型器件，電路的功率因數(shù)接近1。PWM控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)是面積等效原理。PWM調(diào)制中常用的計算法有 特定諧波消去法晶閘管串聯(lián)使用的動態(tài)均壓方法是電阻電容串聯(lián)后并聯(lián)到晶閘管兩為了保證三相橋式可控整流電路的可靠換相，一般采用雙窄脈沖 或者寬脈沖觸發(fā)。得分得分二、判斷題(本大

4、題共10小題，每小題1分，共10分)(1)電力電子技術(shù)和信息電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)是相同。(V)(1)電力電子技術(shù)和信息電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)是相同。(V)(2)逆導晶閘管不能承受反向電壓。三相橋式可控整流電路帶阻感性負載，其觸發(fā)角移相范圍為12 0度。(X)(4)直流斬波電路可以實現(xiàn)輸出電壓的極性反轉(zhuǎn)。(4)直流斬波電路可以實現(xiàn)輸出電壓的極性反轉(zhuǎn)。(5)(6)多重多相斬波不能減少負載側(cè)的電流諧波。(5)(6)多重多相斬波不能減少負載側(cè)的電流諧波。(X)電流可逆斬波可以實現(xiàn)降壓斬波驅(qū)動電機并將電機再生制動的能量通過升壓斬波反饋回電源。(7)(8)在調(diào)制信號上疊加3(7)(8)在調(diào)制信號上疊加3次諧波可

5、以提高直流電壓利用率。(V)PWM逆變電路改變載波的頻率可以改變輸出正弦信號的頻率。(X )滯環(huán)比較方式電流跟蹤PWM控制技術(shù)實現(xiàn)的PWM開關(guān)頻率是固定的。(X)(10)電力MOSFET和IGBT由于具有正溫度系數(shù)，所以在并聯(lián)使用時能夠?qū)崿F(xiàn)電流的自動均衡。得分三、簡答題(本大題共6小題，每小題5分，共30分)(1)晶閘管的主要動靜態(tài)性能參數(shù)是哪些？晶閘管觸發(fā)導通后，觸發(fā)脈沖結(jié)束 時它又關(guān)斷的原因是什么？靜態(tài)性能指標：電壓定額：斷態(tài)重復峰值電壓、反向重復峰值電壓、通態(tài)電壓。電流定額：通態(tài)平均電流、維持電流、擎住電流、浪涌電流。動態(tài)參數(shù)：開通時間、關(guān)斷時間、斷態(tài)電壓臨界上升率、通態(tài)電流臨界上升率。

6、晶閘管觸發(fā)導通后，觸發(fā)脈沖結(jié)束時它又關(guān)斷的原因是：a：剛剛導通后電流小 于擎住電流，脈沖撤除后晶閘管關(guān)斷；b：完全導通后，由于電路電流小于維持 電流，晶閘管關(guān)斷。答：答：a：出現(xiàn)換相重疊角Y,整流輸出電壓平均值Ud降低。b：整流電路的工作狀態(tài)增多。c：晶體管的di/dt減小,有利于晶閘管的安全開通。d：換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt,可能使晶閘管誤導通，為此必 須加吸收電路。.e：換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口,成為干擾源。(3)答：(3)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，該導通的器件末導通。從而使逆變橋進入整流狀態(tài)，造成兩電源順向聯(lián)接，形成短路。

7、逆變失敗會在逆變橋與逆變電源之間產(chǎn)生強大的環(huán) 流，損壞開關(guān)器件。產(chǎn)生逆變失敗的原因：（1）觸發(fā)電路工作不可靠，造成脈沖丟失、脈 沖延遲等。（2）晶閘管發(fā)生故障，失去正常通斷能力。（3）交流電源發(fā)生 異?，F(xiàn)象，如斷電、缺相、或電壓過低。（4）換相的裕量角不足，晶閘管 不能可靠關(guān)斷。（4）說明下圖單相半橋電壓逆變電路中二極管VD1和VD2的作用。1或VD2通時，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，還使io連續(xù)，又稱續(xù)流二極管。（5）下面是三種基本的斬波電路，分別給出其輸出電壓的計算公式。答：a）b）b)a)c)EMonoff Et答：a）b）b)a)c)EMono

8、ff Etofftofft on t on + tE = -o E = a ETc)U =、E = 55 E = Eo t f T - t1 一偵簡述PWM調(diào)制方式的同步調(diào)制和異步調(diào)制的定義及特點。載波頻率fc與調(diào)制信號頻率什之比，N= fc / fr,根據(jù)載波和信號波是否 同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。異步調(diào)制：通常保持丘固定不變，當行變化時，載波比N是變化的。在 信號波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半 周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1 /4周期的脈沖也不對稱。當fr較低時， N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小

9、。當fr 增高時，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大。同步調(diào)制：fr變化時N不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。三相 電路中公用一個三角波載波，且物為3的整數(shù)倍，使三相輸出對稱；為使 一相的PWM波正負半周鏡對稱，N應(yīng)取奇數(shù)。fr很低時，fc也很低，由調(diào) 制帶來的諧波不易濾除。fr很高時，fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。得分四、分析計算題(本大題共4小題，共30分)(1)設(shè)流過晶閘管的周期電流波形如下圖所示，其最大值均為Im，當采用額定 電流為200A的晶閘管，當不考慮安全余量時，所能送出的平均電流為多少? 相應(yīng)的電流最大值是多少？(7分)。(在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的

10、散熱冷卻條件下，晶閘管在電阻性負載的單 相、工頻正弦半波導電、結(jié)溫穩(wěn)定在額定值125C時，所對應(yīng)的通態(tài)平均 電流值定義為晶閘管的額定電流。,克UI =2d 兀 R2d2dt =R，求當a=30o時，輸出電壓平均值勺，輸出電流平均值婦變壓器二次側(cè)電流有效值/2。(8分)200A的晶閘管允許通過電流的有效值為314A，因此相應(yīng)的電流最大值為 314* A，所能送出的平均電流IDb=314/*3 =181A。Ud = 2.34U2 cos a = 2.34*100*cos30。= 202.6 V-20.26 AU 202.6 d -20.26 AR 10整流變壓器二次側(cè)電流為正負半周各寬120、前沿

11、相差180的矩形波，其有效值為:12 = 0.816 七=0.816* 20.26 = 16.54 A圖5-2(3)分析負載換流的原理。圖5-2解：由負載提供換流電壓稱為負載換流(Load Commutation)o電阻電感串聯(lián)后 再和電容并聯(lián)，工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性工作狀態(tài)。-4個臂的切換僅使電流路徑改變，負載電流基本呈矩形波。-負載工作在對基波電流接近并聯(lián)諧振的狀態(tài)，對基波阻抗很大， 對諧波阻抗很小，“o波形接近正弦。t1 前：VT1、VT4 通，VT2、VT3 斷，“o、io 均為正，VT2、VT3 電壓即為“o。t1時：觸發(fā)VT2、VT3使其開通，“o加到VT4、VT1上使其承受 反壓而關(guān)斷，電流從VT1、VT4換到VT3、VT2。t1必須在“o過零前并留有足夠裕量，才能使換流順利完成。(4) 一臺電爐額定功率為1000W，由220V單相交流供電，為了實現(xiàn)電爐功率可 變，采用雙向可控硅采用移相觸發(fā)調(diào)節(jié)電爐的供電電壓，請畫出電路圖， 依據(jù)下面的波形圖和給定的計算公式，計算當電爐需要功率為500W時， 雙向晶閘管的觸發(fā)角是多少？此時電爐的電流有效值是多少？U = (L j 兀 V2U1 sin