電力電子技術(shù)題解實例與習題

1、什么是電力電子技術(shù)?它有幾個組成部分?答：電力電子技術(shù)是依靠電力電子器件組成各種電力變換電路，實現(xiàn)電能的高效率轉(zhuǎn)換與控制的一門學(xué)科，它包括電力電子器件、電力電子電路(變流電路)和控制技術(shù)三個組成部分。2、電能變換電路有哪幾種形式?各自的功能是什么?答：電能變換電路有四種形式：AC/DC變換電路、DC/AC變換電路、DC/DC①AC/DC變換電路：將交流電能轉(zhuǎn)換為固定或可調(diào)的②DC/AC變換電路：將直流電能轉(zhuǎn)換為頻率固定或可調(diào)的交③DC/DC變換電路：將一種直流電能轉(zhuǎn)換為另一固定或可調(diào)電壓的直流電能的電路。④AC/AC變換電路：將固定大小和頻率的交流電能轉(zhuǎn)換為大小和頻率均可調(diào)的交流電能的電路。答：1)電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)，為的是減小本身的損耗。2)電力電子器件因直接用在電力電路上，要承受高電壓大電流。3)電力電子器件需要弱電來控制，應(yīng)有控制、驅(qū)動電路。4)因耗散功率大，需有必要的散熱措施。2、怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷?答：在實際電路中是采用陽極電壓反向、減小陽極電壓、或增大回路阻抗等方式，使陽極電流小于維3、在晶閘管的門極通入幾十毫安的小電流可以控制陽極幾十、幾百安培的大流量的導(dǎo)通，它與晶體管用較小的基極電流控制較大的集電極電流有什么不同?晶閘管能不能像晶體管一樣構(gòu)成放大器?而晶閘管在電路中只能由門極控制信號控制其通斷，在電路中只起到一個開關(guān)作用，要關(guān)斷還需要采取措施(如陽極加反向電壓)。因此，不能構(gòu)成放大器。6晶閘管的門極允許加多高電壓?通過多大電流?不同規(guī)格的晶閘管一樣嗎?答：按規(guī)定門極電壓、電流瞬時值不能超過10V、2A。在寬脈沖下，控制門極所加的平均功率，即電流電壓乘積再乘以脈沖寬度的百分數(shù)，不能超過500mW,但100A以上的器件門極的面積增大，能夠承受的外加控制信號的功率也可以增大，對100~200A的器件可以允許平均損耗為1W,對300~500A器件為2W。8、用萬用表測量晶閘管門極時，為什么正反向電阻不同?是否阻值愈小愈好?答：晶閘管的門極對陰極是一個P-N結(jié)，所以正反向電阻不同。但是同一型號的門極伏安特性相大，所以不能以門極電阻大小來確定特性好壞。當然，如果測得電阻值為零或無窮大，則表明門極與陰極11、晶閘管在使用時突然損壞，有哪些可能的原答引起元件損壞的原因有很多，下面介紹一些常見的損壞元件的原因。①電流方面的原因②電壓方面的原因沒有適當?shù)倪^電壓保護，外界因開關(guān)操作、雷擊等有過電壓侵入或整流電路本身因換相造成換相過電元件特性不穩(wěn)定，正向電壓額定值下降，造成連續(xù)的正向轉(zhuǎn)折引起損壞，反向電壓額定值下降引起反2③門極方面的原因門極所加最高電壓、電流或平均功率超過允許值；門極和陽極發(fā)生短路故障；觸發(fā)電路有故障，加在門極的電壓太高，門極所加反向電壓太大(超過允許值10V以上造成反向擊穿)。散熱器沒擰緊，溫升超過允許值，或風機、水冷卻停轉(zhuǎn)答：可用尖脈沖、矩形脈沖、強觸發(fā)脈沖。多相可控整流時要求寬脈沖。為了減少門極控制回路的電源個數(shù)和各元件與陰極的絕緣，通常把寬脈沖變換為高頻脈沖列，經(jīng)脈沖變壓器共給門極。此外，如果使用光耦器則無需變換為脈沖列，而且能保證絕緣強度高。對可關(guān)斷晶閘管(GTO)需要輸入連續(xù)的階躍脈沖13、晶閘管的額定電流Ir(AV)、維持電流IH和擎住電流I是如何定義的?答：1)額定電流：即通態(tài)平均電流，條件為環(huán)境溫度400C和規(guī)定的冷卻條件，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定2)維持電流：晶閘管維持導(dǎo)通狀態(tài)所必需的最小電流。16、什么是GTR的一次擊穿和二次擊穿?會有什么后果?答：1)當集電極電壓UCE增大到集射極間的擊穿電壓UCEo時，集電極電流iC將急劇增大，出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，這是首次出現(xiàn)正常性質(zhì)的雪崩現(xiàn)象，稱為一次擊穿，一般不會損壞GTR器件。2).一次擊穿后如繼續(xù)增大外加電壓UCE,電流iC將持續(xù)增長。二次擊穿在一次擊穿發(fā)生時Ic增大到某個臨界點時會突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然下降，這種向低電壓大電流3)常會導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變。17、電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動特點分別是什么?答：1)電流驅(qū)動型器件必須有足夠的驅(qū)動電流才能使器件導(dǎo)通，因而需要大的驅(qū)動功率。2)電壓驅(qū)動型器件的導(dǎo)通必須有足夠的驅(qū)動電壓因而只需要很小的驅(qū)動功率。1、什么叫移相?什么叫移相范圍?2、晶閘管的觸發(fā)電路有哪些要求?33、什么叫失控現(xiàn)象?如何避免?答：單相半控橋整流電路帶阻感性負載和三相橋式半控整流電路在工作過程中，如突然去掉觸發(fā)脈沖或?qū)⒖刂平菑哪骋恢低蝗辉龃蟮?80°,會發(fā)生某個導(dǎo)通著的晶閘管不關(guān)斷，而共陽極二極管輪流導(dǎo)通的失控現(xiàn)象。4、有源逆變的條件是什么?2)變流器輸出的直流平均電壓Ua必須為負值，即晶閘管觸發(fā)角α>90°,且Ua<IE|。3)以上兩條件是實現(xiàn)有源逆變的必要條件，必須同時滿足變流器才能工作在逆變狀態(tài)。為了保證在逆變過程中電流連續(xù)，回路中要有足夠大的電感，這是保證有源逆變正5、什么是逆變失敗?如何防止逆變失敗?答：逆變運行時，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質(zhì)量，6、單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，晶閘管移相范圍分別是多少?答：單相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0～180°,當負載為電三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0～120°,當負載為電感負7、什么叫同步?什么叫換相?答：同步：使觸發(fā)脈沖與可控整流電路的交流電源電壓之間保持頻率和相換相(換流):在可控整流電路中，從一個晶閘管導(dǎo)通電流變換為另一個晶閘管導(dǎo)通電流的過程稱1、晶閘管對觸發(fā)電路有哪些要求?45④觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必⑤觸發(fā)電路應(yīng)具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強、溫度4、晶閘管整流輸出波形，一個半波導(dǎo)通角大，一個半波導(dǎo)通角小是什么原因?①交流輸入電壓正、負半周波形不對稱，造成同步電壓整流③晶閘管門極特性若不相同，而采取了阻容移相橋觸發(fā)電路，輸出控制電壓脈沖前沿不陡，造成晶閘5、觸發(fā)電路受干擾是怎樣引起的?怎樣避免?②放大器的輸入、輸出及反饋引線太長，沒有適當屏蔽。特別是晶體管的基極回路最易受干擾。③空間電場和磁場的干擾。②反饋電路第一級晶體管基極回路用屏蔽線，基極與發(fā)射極接100uF以上的電容或者在集電極和基極③輸出脈沖回路用絞線，引線要短。6、由單結(jié)晶體管組成的單相晶閘管觸發(fā)電路有什么方法可使控制角a=0?答①利用阻容移相將同步電壓超前于晶閘管的陽極電壓某相位。②同步變壓器的一次側(cè)采用線壓，例如U相所對應(yīng)的晶閘管的同步觸發(fā)電壓可采用線電壓Uuv,因線電壓Uuv超前相電壓Uu30°的相位。7、同步變壓器二次電壓的大小對于觸發(fā)電路的移相范圍有何影響?答：同步梯形波的前沿是與同步變壓器二次電壓有關(guān)，二次電壓愈高，則梯形波的前后沿愈陡，平頂8、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的穩(wěn)壓管兩端并接慮波電容能否工作?為什么?答：不能工作。因為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的同步是靠穩(wěn)壓管兩端的梯形波電壓過零實現(xiàn)的，使電容充電的開始時刻與主電路一一對應(yīng)。如果接上濾波電容9、三相電路中的晶閘管特性不一致，觸發(fā)功率有的大，有的小，對于工作有何影響?答：只要觸發(fā)電路選用的參數(shù)合理，輸出電脈沖幅度較高，前沿較陡，則三相晶閘管的觸發(fā)特性不一致并不影響正常工作。在單相橋式可控整流電路中，用一套觸發(fā)電路觸發(fā)并聯(lián)的兩只晶閘管時，如果晶閘14、安裝晶閘管的控制回路應(yīng)注意什么問題?答：例如單相可控整流電路：①在焊接前先用萬用表來簡單測量二極管、三極管、穩(wěn)壓管、單結(jié)晶體管等器件是否完好，焊接時注意極性，電解電容極性也要注意焊對。②二極管、三極管等半導(dǎo)體器件彎腿6時不要靠近根部彎曲，以免折斷。③電路安排要緊湊、清楚，相鄰器件盡量挨在一起，引線要短，盡量避答：1)電力電子裝置可能的過電壓分外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。2)外因過電壓產(chǎn)生主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等；3)內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件在控制換流的開關(guān)過程中，由于電流發(fā)生突變由電路電18、產(chǎn)生過電流的原因是什么?常采用哪些保護措施?答：1)電力電子電路運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會產(chǎn)生過電流，造成開關(guān)器件永久性損壞。過2)電子保護電路作為第一保護措施，當電流傳感器檢測到過電流值時，電子保護電路輸出過流信號，關(guān)斷開關(guān)器件，切斷故障源。直流快速斷路器通常在電子保護電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器則在19、晶閘管二端并接阻容吸收電路可引起那些保護作用?答①吸收尖峰過電壓。②限制加在晶閘管上的du/dt值。③晶閘管串聯(lián)應(yīng)用時起動態(tài)均壓作用。21、不用過電壓、過電流保護，選用較高電壓等級與較大電流等級的晶閘管行不行?答不可以。因為電路短路時，短路電流一般很大，并且大電流的晶閘管價格昂貴，所以電路中一定要設(shè)置過電流保護壞節(jié)。晶閘管電路在工作時，由于操作過電壓、換相過電壓以及電網(wǎng)來的浪涌電壓，其尖峰值可達到電源電壓幅值的好幾倍，另外，高電壓的晶閘管價格昂貴，所以不能用較高電壓等級的管答：1)定頻調(diào)寬亦稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM),即保持斬波頻率f(T=1/f=常數(shù))不變，工作周期T2)定寬調(diào)頻亦稱為脈沖頻率調(diào)制(PFM),即導(dǎo)通時間ton保持不變，僅通過改變斬波頻率f來改變負3)調(diào)頻調(diào)寬即同時改變斬波頻率f和導(dǎo)通時間ton的控制方式。這時斬波器的輸出電壓平均值可以2、交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū)別?3、交流變換電路按其對電能變換的功能，可分為哪兩類?各自的特點?4、使三相交流調(diào)壓電路正常運行，必須要滿足哪些要求?答：1)三相中至少有兩相的晶閘管導(dǎo)通才能構(gòu)成通路，而且其中一相是正向晶閘管導(dǎo)通，另一相是反2)為了保證在任何情況下有兩個晶閘管同時導(dǎo)通，各晶閘管的觸發(fā)脈沖寬度應(yīng)大于60°,或采用雙窄73)為了保證輸出的三相電壓對稱，并有一定的調(diào)節(jié)范圍，要求晶閘管的觸發(fā)信號，必須與相應(yīng)的交流1、無源逆變電路和有源逆變電路有何不同?有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)，即交流側(cè)接有電源。而無源逆變電路的2、換流方式各有那幾種?各有什么特點?答：換流方式有4種：器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進行換流。全控負載換流：由負載提供換流電壓，當負載為電容性負載即負載電流超前于負載電壓時，可實現(xiàn)負載換強迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓換流稱為強迫換流。通常是利用晶閘管電路不能采用器件換流，根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、負載換流和強迫換流3種方式。3、什么是電壓型逆變電路?什么是電流型逆變電路?二者各有什么特點。答：按照逆變電路直流測電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的稱為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②由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸③當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，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①直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。②電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負載③當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給4、試說明PWM控制的基本原理。得所需要波形(含形狀和幅值)。以正弦PWM控制為例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N個彼此相連的脈沖列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于π/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，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦波部分的中點重合，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弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。可見，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等5、單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別?三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓(輸出端相對于直流電源中點的電壓)和線電壓SPWM波形各有幾種電平?答：三角波載波在信號波正半周期或負半周期里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個周期中也三角波載波始終是有正有負為雙極性的，所得的PWM波形在半個周期中有正、有負，則稱之為雙極12、什么是電壓型逆變電路?什么是電流型逆變電路?二者各有什么特8①直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，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)輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。③當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，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)了反饋二極管。電流型逆變電路的主要特點是