07電力電子及答案

07電力電子及答案LtD華南農(nóng)業(yè)大學(xué)期末考試試卷(A卷)填空題(每題2分，10題共20分)通常取晶閘管的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM和反向重復(fù)峰值電壓URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，額定電壓要留有一點(diǎn)裕量，一般取額定電壓為正常工作時(shí)的晶閘管所承受峰值電壓的2~3倍。晶閘管額定電流為100A，通過半波交流電時(shí)，電流的波形系數(shù)為Kf=1.57，電流的有效值計(jì)算為，則通過電流最大值為314A單相全波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為

1.41U2

。三相半波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為

2.45U2

。（電源相電壓為U2）要使三相全控橋式整流電路正常工作，對(duì)晶閘管觸發(fā)方法有兩種，一是用

寬脈沖

觸發(fā)；二是用

雙窄脈沖

觸發(fā)。單相交流調(diào)壓電阻性負(fù)載電路的移相范圍在

0度～

180度

內(nèi)，在阻感性負(fù)載時(shí)變狀態(tài)。

（

√

）設(shè)置補(bǔ)償電容可以提高變流裝置的功率因數(shù)。

（

√

）簡(jiǎn)答題(每題5分，6題共30分)如下圖所示（L和R串聯(lián)后作為負(fù)載），說明晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？關(guān)斷時(shí)和導(dǎo)通后晶閘管的端電壓、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。晶閘管的關(guān)斷時(shí)其兩端電壓大小由電源電壓UA決定，電流近似為零。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。緩沖電路的作用是什么？關(guān)斷緩沖與開通緩沖在電路形式上有何區(qū)別，各自的功能是什么？答：緩沖電路的作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓du/dt或者過電流di/dt,減少器件的開關(guān)損耗。緩沖電路分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路是對(duì)du/dt抑制的電路，用于抑制器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路是對(duì)di/dt抑制的電路，用于抑制器件開通時(shí)的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。變壓器漏抗對(duì)整流電路有什么影響?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；晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全導(dǎo)通。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/di，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此，必須加吸收電路。換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。在三相橋式整流電路中，為什么三相電壓的六個(gè)交點(diǎn)就是對(duì)應(yīng)橋臂的自然換流（相）點(diǎn)？（請(qǐng)以a、b兩相電壓正半周交點(diǎn)為例，說明自然換向原理）答：三相橋式整流電路中，每只二級(jí)管承受的是相鄰二相的線電壓，承受正向電壓時(shí)導(dǎo)通，反向電壓時(shí)截止。三相電壓的六個(gè)交點(diǎn)是其各線電壓的過零點(diǎn)，是二級(jí)管承受正反向電壓的分界點(diǎn)，所以，是對(duì)應(yīng)橋臂的自然換流點(diǎn)。試述斬波電路時(shí)間比控制方式中的三種控制模式？答：斬波電路時(shí)間比控制方式中的三種控制模式為：（1）定頻調(diào)寬控制模式定頻就是指開關(guān)元件的開、關(guān)頻率固定不變，也就是開、關(guān)周期T固定不變，調(diào)寬是指通過改變斬波電路的開關(guān)元件導(dǎo)通的時(shí)間Ton來改變導(dǎo)通比Kt值，從而改變輸出電壓的平均值。（2）定寬調(diào)頻控制模式定寬就是斬波電路的開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間Ton固定不變，調(diào)頻是指用改變開關(guān)元件的開關(guān)周期T來改變導(dǎo)通比Kt。（3）調(diào)頻調(diào)寬混合控制模式這種方式是前兩種控制方式的綜合，是指在控制驅(qū)動(dòng)的過程中，即改變開關(guān)周期T，又改變斬波電路導(dǎo)通時(shí)間Ton的控制方式。通常用于需要大幅度改變輸出電壓數(shù)值的場(chǎng)合.SPWM調(diào)制方式是怎樣實(shí)現(xiàn)變壓功能的？又是怎樣實(shí)現(xiàn)變頻功能的？答：改變調(diào)制比M可以改變輸出電壓uO基波的幅值，所以，SPWM調(diào)制是通過改變調(diào)制波ur的幅值實(shí)現(xiàn)變壓功能的。改變正弦調(diào)制波的頻率時(shí)，可以改變輸出電壓u0的基波頻率，所以，SPWM調(diào)制是通過改變調(diào)制波ur的頻率實(shí)現(xiàn)變頻功能的。分析計(jì)算題(每題6分，5題共30分)在下圖中，E=50V，R=0.5Ω，L=0.5H，晶閘管擎住電流為15mA。要使晶閘管導(dǎo)通，門極觸發(fā)電流脈沖寬度至少應(yīng)為多少？（提示：對(duì)于小t，可?。┙猓壕чl管導(dǎo)通后，主回路電壓方程為：主電路電流按下式由零上升晶閘管要維持導(dǎo)通，id必須上升達(dá)到擎住電流值以上，在此期間，門極脈沖應(yīng)繼續(xù)維持，將Id=15mA代入，得取，t≥150μs。所以，門極觸發(fā)電流脈沖寬度至少應(yīng)大于150μs。某一電熱裝置（電阻性負(fù)載），要求直流平均電壓為75V，電流為20A，采用單相半波可控整流電路直接從220V交流電網(wǎng)供電。計(jì)算晶閘管的控制角α、導(dǎo)通角θ、負(fù)載電流有效值，解：(1)整流輸出平均電壓Ｕd===cosα=則控制角α≈60°導(dǎo)通角θ=π-α=120°(2).負(fù)載電流平均值Id==20(A)則R＝Ud／Id＝75／20=3.75Ω負(fù)載電流有效值I，即為晶閘管電流有效值IV1，所以I=IV1==＝37.6(A)分析下圖示升壓斬波電路原理并計(jì)算，已知E=50V，負(fù)載電阻R=20Ω，L值和C值極大，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40μs，ton=25μs時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U0，輸出電流平均值I0。解：開關(guān)元件導(dǎo)通（模式1）時(shí)，電感L儲(chǔ)能，負(fù)載R上的電壓uo和電流io由電容器C上的電壓uc提供。開關(guān)元件關(guān)斷（模式2）時(shí)，直流電源Ud和電感L儲(chǔ)能向負(fù)載R和電容器C提供能量，電容器C充電。因此，可達(dá)到輸出平均直流電壓高于電源輸入的直流電壓。輸出電壓平均值Uo為其中，Ton為導(dǎo)通時(shí)間，T為開關(guān)周期，Kt為導(dǎo)通比。請(qǐng)從VT1向VT3換流的過程分析入手，說明題圖所示串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路的換流過程。解：假設(shè)以從VT1向VT3換流的過程進(jìn)行分析：假設(shè)換流前VT1和VT2導(dǎo)通，C13電壓UC0左正右負(fù)。如圖a所示。換流階段分為恒流放電和二極管換流兩個(gè)階段。t1時(shí)刻觸發(fā)VT3導(dǎo)通，VT1被施以反壓而關(guān)斷。Id從VT1換到VT3，C13通過VD1、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電，放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段。如圖b所示。uC13下降到零之前，VT1承受反壓，反壓時(shí)間大于tq就能保證關(guān)斷。t2時(shí)刻uC13降到零，之后C13反向充電。忽略負(fù)載電阻壓降，則二極管VD3導(dǎo)通，電流為iV，VD1電流為iU=Id-iV，VD1和VD3同時(shí)通，進(jìn)入二極管換流階段。隨著C13電壓增高，充電電流漸小，iV漸大，t3時(shí)刻iU減到零，iV=Id，VD1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束。t3以后，VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段。繪制單相橋式SPWM逆變電路產(chǎn)生單極性SPWM波形圖和雙極性SPWM波形圖并說明其調(diào)制原理解：首先畫出逆變電路產(chǎn)生單極性SPWM波形圖：在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷ur正半周，V1保持通，V2保持?jǐn)?。?dāng)ur>uc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud。當(dāng)ur<uc時(shí)使V4斷，V3通，uo=0。ur負(fù)半周和正半周相反畫出逆變電路產(chǎn)生雙極性SPWM波形圖在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得PWM波也有正有負(fù)，其幅值只有±Ud兩種電平。同樣在調(diào)制信號(hào)ur和