电力电子技术期末复习考卷综合附答案题目配知识点docx.docx
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一、填空题:
变流技术
1、电力电子技术的两个分支是电力电子器件制造技术和
2、举例说明一个电力电子技术的应用实例
变频器、调光台灯等
3.电力电子承担电能的变换或控制任务,主要为①交流变直流(AC-DC)、②直流变交流(DC-AC).③直
流变直流(DC-DC)、④交流变交流(AC—AC)四种。
4.为了减小电力电子器件本身的损耗提高效率,电力电子器件一般都工作在
开关状态,但是其自身的功
率损耗(开通损耗.关断损耗)通常任远大于信息电子器件,在其工作是一般都需要安装
5、电力电子技术的一个重要特征是为避免功率损耗过大,
三个方面:
通态损耗、断态损耗和开关损耗
电力电子器件总是工作在开关状态,
其损耗包括
UDRM和反向重复峰值电压URRM屮
较
电压。
选用时,额定电压要留有一定的裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的
6、通常取晶闸管的断态重复峰值电压
小标值作为该器件的额电
2~3
倍。
7、只有当阳极电流小于卫疑_电流时,晶闸管才会由导通转为截止。
导通:
正向电压、触发电流
(移
—现象,为了避免单相桥式
半控整流电路的失控,可以在加入
续流二扱管—來防止失控。
相触发方式)
8、半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中,电路可能会出现
Bit
—272U1——O(电源相电压为U1)
9、整流电路中,变压器的漏抗会产生换相重叠角,使整流输出的直流电压平均值10、从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称为
☆从晶闸管导通到关断称为导通角。
☆单相全控带电阻性负载触发角为180度
☆三相全控带阻感性负载触发角为90度
11、单相全波可控整流电路中,晶闸管承受的最大反向电压为
三相半波可控整流电路中,晶闸管承受的最大反向电压为
2.45U」
(电源相电压为UJ
为了保证三相桥式可控整流电路的可靠换相,一般采用
双窄脉冲或者宽脉冲触发C
12、四种换流方式分别为舉件檢济、溢
13、强迫挽汇需要设置附加的换流电路,给与欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流而关断。
14、直流一直流变流电路,包括直接直流变流电路—电路和间接宜流变流电路(是否有交流环节)
15、直流斩波电路只能实现直流皿比4_或者极性反转的作用。
☆6种斩波电路:
电压大小变换:
降压斩波电路(buck变换器)、升压斩波电路S
Cuk斩波电路.Sepic斩波电路、Zela斩波电路
升压斩波电路输岀电压的计算公式
降压斩波电路输出电压计算公式,
U二oEa-占空比」E-电源电压
☆直流斩波电路的三种控制方式是PWM频率调制型
混合型
16、交流电力控制电路包括丄沁i山迪路即在没半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制,调节输出
改变通态周期数和断态周期
电压有效值的电路,调功电路一卩以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断,
数的比,调节输出功率平均值的电路,
交流电力电子开关即控制串入电路中晶闸管根据需要接通或断
开的电路。
17、普通晶闸管(用正弦半波电流平均值定义)与双向晶闸管的额定电流定义不一样,双向晶闸管的额定
电流是用电流有效值来表示的。
(双向晶闸管工作在交流电路中,正反向电流都可以流过)
18>斩控式交流调压电路交流调压电路一般采用全控型器件9使电路的功率因数接近
(面积等效原理)冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时
19.PWM控制技术的理论基础是
其效果基本相同
20、PWM调制中常用的i|•算法有
特定谐波消去法
同步调制
其中调制法又可以分为
21、PWM逆变电路的控制方法有_辻篡迭——、调制法和规则采样法三种,杲步调制两种.(同步调制:
载波比相等)
直流斩波电路的三种控制方式是
PWM、
频率调制型
混合型
23、
在调制信号上亮加直流分量(三次谐波)
可以提高直流电压利用率。
☆改变调制信号的频率就可以改变输出直流信号的频率
☆改变调制比可以改变输出电压有效值
电力电子器件串联必须考虑静态和动态
均压(每个器件并联一个电阻)
☆静态均压:
每个器件并联电阻
☆动态均压:
每个器件串联电容
☆并联时要考虑啦
方法:
一般是串联电感
24、
电力电子器件的驱动电路的目的是给器件施加
开通、关断—的信号.
提供控制电路与主电路之间的
电气隔离°(光隔离(光耦).磁隔离(变压器)等等)
25、电力MOSFET和IGBT由于具有正温度系数,所以在并联使用时能够实现
均流
26、晶闸管额定电流为I00A,通过半波交流电时,电流的波形系数为K=l・57
,电流的有效值il•算为Im/2
则通过电流最大值Im为21』A
JI
27.单相交流调压电阻性负载电路的移相范用在
内,在阻感性负载时移相范围
在功率闵玄角
28>交流调压电路和交流调功电路异同点:
由路結构相【川,控制方式不同・(交流调斥由路采用務和触发
对一个周期内导通角控制.调功由路对导通周波数与阳断周波教的比侑讲行桧制)
29、电压型逆变电路中的反馈二极管的作用是
给交流侧向iT流侧反馈的•尸功能量据供通道
30、180°导电型三相桥式逆变电路,晶闸管换相是在
同一相上下W个桥臂
元件之间进行;而1200
导电型三相桥式逆变电路,晶闸管换相是在
I•桥臂或者下桥臂组内_上的元件之间进行的。
31.在SCR(SiliconControlledRectifier)
sGTO(GateTunvOffThyristor)
、GTR(GiantTransistor)
MOSFET(Melal・Oxide・SemiconductoFField-EffectTransistor)
、IGBT(InsuIatedGateBipolar
Transistor)中半控型器件有SCR,全控型器件有
GTO、GTR、MOSFET、IGBT
电流驱动器
件有
SCR.GTO、GTR
32、
单相桥式可控整流电路带电阻性负载,在控制角为
1cos
a时,其输出的直流电压为0.9
2
33、
带平衡电抗器的双反星型可控整流电路中平衡电抗器的作用是
使两组三相半波整流电路能够同时导
34、
有源逆变最小逆变角
min=++,其每个参数的意义是
:
晶闸管关断时间,
相重亮角,
:
安全裕量角
35、
单相电压型桥式逆变电路输出给负载的电压波形是方波,电流波形是
近似正弦波
36、
三相电流型桥式逆变电路的换流一般为同一组桥臂组内换流,称为
横向换流
37、
交交变频是一种直接变频,其输出的电压是由多段电网电压拼接而成,
用50HzI:
频电压,三相/弋脉波桥式逆变电路,其输出的上限频率一般不超过
决定了其输出频率不高,当采
20Hz
38、
晶闸管串联使用的动态均压方法是
电阻电容串联后并联到晶闸管两端
二、简答题:
1、晶闸管的触发电路有哪些要求?
触发电路发U的触发信号应具有足够大的功率
不该触发时,触发电路因漏电流产生的漏电压应小于控制极不触发电压
UGT
触发脉冲信号应有足够的宽度,
触发脉冲前沿要陡
触发脉冲应与主回路同步,且有足够的移相范围。
导通:
正向电压、触发电流
半控:
晶闸管全控:
门极可关断晶、电力晶体管、电力场效应管,电流控门极可关断晶、电力晶体管、电压控电力场效应管,
IGBT
IGBT
半控型器件有SCR(晶闸管),全控型器件有
GTO.GTR、
MOSFET.IGBT
电流驱动器件有SCR、GTO、GTR电压型驱动器件:
MOSFET.IGBT
☆半控器件:
大电压大电流,即大功率场合
☆全控器件:
中小功率
2、具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该变压器还有直流磁化问题吗?
具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路屮,因为变压器二次测绕组中,正负半周内上
下绕组内电流的方向相反,波形对称,其一个周期内的平均电流为零,故不会有直流磁化的问题
(变压器变流时双向流动的就没有磁化存在磁化的:
单相半波整流、三相半波整流)
3、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么?
为什么电流型逆变电路屮没有反馈二极
管?
在电压型逆变电路屮,当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能
量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极
管。
当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路屮的可控开关器件流通,而当输出电
压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。
在电流型逆变电路屮,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。
当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路屮的可控开关器件流通,因此不需要
并联反馈二极管。
电压型有电容器(电源侧),电流型一般串联大电感
4、绘制直流升压斩波电路原理图。
VD
L
zw\
■Z±=-fi
Uo•UE4^EJ-E
tofftoff
Uo
Io—
R
直流降压斩波电路:
LioR
b)
Uo
ontoff
L_ee
T
U0Em
AoR
升降压:
p
12
II
UL
E
JLCo
c)
UoE
toff
oil
E
Tton
ton
t
I2
5.电压型逆变电路的特点。
(1)直流侧为电压源或并联大电容,直流侧电压基本无脉动;
(2)输出电压为矩形波(电流为正弦波),输出电流因负载阻抗不同而不同;
(3)_阻感负载时需提供无功宀/了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道,逆变桥各臂并联反馈二极管。
电遊型压型逆变电路的特点
②流侧串联有大电感,
2交流侧输出电流为矩形波(电压为正弦波),并且与负载阻抗角无关。
3不必给开关器件反并联二极管
6、什么是异步调制?
什么是同步调制?
两者各有何特点?
分段同步调制有什么优点?
(频率咼异步调制,频率低同步调制)
3载波频率在低频时不会太低在异步调制方式屮,N是变化的。
分段调制优点:
1载波频率不会太高2开关损耗不会太大
通常保持载波
波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。
频率fc固定不变,因而当信号波频率fr变化时,载波比
相位也不固当信号波频
异步调制的主要特点是:
在信号波的半个周期内,PWM波的脉冲个数不固定,
定,正负半周期的脉冲不对称,半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。
这样,
率较低时,载波比N较大,一周期内的脉冲数较多,正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称产生的不利影响都较小,PWM波形接近正弦波。
而当信号波频率增
高时,载波比N减小,一周期内的脉冲数减少,PWM脉冲不对称的影响就变大,有时信号
波的微小变化还会产生PWM脉冲的跳动。
这就使得输出PWM波和正弦波的差异变大。
对
于三相PWM型逆变电路来说,三相输出的对称性也变差。
载波比N等于常数,并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。
同步调制方式屮,信号波频率变化时载波比N不变,信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的,脉
冲相位也是固定的。
当逆变电路输出频率很低时,同步调制时的载波频率fc也很低。
fc过
低时由调制带来的谐小组不易滤除。
当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。
当
逆变电路输出频率很高时,同步调制时的载波频率fc会过高。
使开关器件难以承受。
此外,
同步调制方式比异步调制方式复杂一些。
分段同步髙调制是把逆变电路的输出频率划分为若干段,每个频段的载波比一定,不同频段
采用不同的载波比。
其优点主要是,在高频段采用较低的载波比,使载波频率不致过高,可
限制在功率器件允许的范围
简述PWM调制方式的同步调制和异步调制的定义及特点。
载波频率fc与调制信号频率fr之比,N=fc/fr,根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况,PWM调制方式分为异步调制和同步调制。
异步调制:
通常保持fc固定不变,当fr变化时,载波比N是变化的。
在信号波的半周期内,PWM波的脉冲个数不固定,相位也不固定,正负半周期的脉冲不对称,半周期内前后1/4周期的脉冲也
不对称。
当fr较低时,N较大,一周期内脉冲数较多,脉冲不对称产生的不利影响都较小。
当fr增高时,N减小,一周期内的脉冲数减少,PWM脉冲不对称的影响就变大。
同步调制:
fr变化时N不变,信号波一周期内输出脉冲数固定。
三相电路中公用一个三角波载
波,且取N为3的整数倍,使三相输出对称;为使一相的PWM波正负半周镜对称,N应取奇数。
fr很低时,fc也很低,由调制带来的谐波不易滤除。
fr很高时,fc会过高,使开关器件难以承受。
如下图所示(L和R串联后作为负载),说明晶闸管导通的条件是什么?
关断时和导通后晶闸管的端
电压、
流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定
05JI
人〒50V
答:
晶闸管导通的条件是:
阳极承受正向电压,处于阻断状态的晶闸管,只有在门极加正向触发电压,才
能使其导通。
门极所加正向触发脉冲的最小宽度,应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电
流,即擎住电流IL以上。
导通后的晶闸管管压降很小。
晶闸管的关断时其两端电压大小由电源电压Ua决定,电流近似为零。
Ua决定。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定,负载上电压由输入阳极电压
2,
缓冲电路的作用是什么?
关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别,各自的功能是什么?
答:
缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压
du/dt或者过电流di/dt.减少器件的开关损耗。
缓
冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。
关断缓冲电路是对
du/dt抑制的电路,用于抑制器件的关
断过电压和换相过电压,抑制du/dt,减小关断损耗。
开通缓冲电路是对di/dt抑制的电路,用于抑
制器件开通时的电流过冲和di/dt,减小器件的开通损耗。
3.
变压器漏抗对整流电路有什么影响?
答:
出现换相重叠角,整流输出电压平均值6降低;整流电路的工作状态增多;晶闸管的di/dt
减小,
有利于晶闸管的安全导通。
有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的
di/dt。
换相时晶闸管电压出现
缺口,产生正的du/di,可能使晶闸管课导通,为此,必须加吸收电路。
换相使电网电压出现缺口,
成为干扰源。
4・
在三相桥式整流电路中,为什么三相电压的八个交点就是对应桥臂的自然换流(相)点?
(请以b两相电压正半周交点为例,说明自然换向原理)
a、
5.
三相桥式整流电路中,每只二级管承受的是相邻二相的线电压,承受正向电压时导通,反向电压时截止。
三相电压的六个交点是其各线电压的过零点,是二级管承受正反向电压的分界点,所以,是对应桥臂的自然换流点。
试述斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式?
斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式为:
答:
(1)定频调宽控制模式
定频就是指开关元件的开、关频率固定不变,
也就是开、关周期
T固定不变,调宽是指通过改变斩波电路
的开关元件导通的时间Ton来改变导通比
(2)定宽调频控制模式
定宽就是斩波电路的开关元件的导通时间
K值,从而改变输出电压的平均值。
on固定不变,调频是指用改变开关元件的开关周期T
来改变导T
通比KiO
(3)调频调宽混合控制模式
这种方式是前两种控制方式的综合,是指在控制驱动的过程中,即改变开关周期时间Ton的控制方式。
通常用于需要大幅度改变输出电压数值的场合.
SPWM调制方式是怎样实现变压功能的?
乂是怎样实现变频功能的?
答:
改变调制匕匕可以改变输出电压0基波的幅值,所以,SPWM调制是通过改变调制波「
MU
T,乂改变斩波电路导通
的幅值实现变压
U
功能的。
改变正弦调制波的频率时,可以改变输出电压U。
的基波频率,所以,SPWM调制是通过改变调制波U.的频率
实现变频功能的。
(2)晶闸管的主要动静态性能参数是哪些?
晶闸管触发导通后,触发脉冲结束时它乂关断的原因是什
么?
答:
静态性能指标:
电压定额:
断态重复峰值电压.反向重复峰值电压、通态电压。
电流定额:
通态平均电流.维持电流、擎住电流、浪涌电流。
动态参数:
开通时间、
关断时间.断态电压临界上升率.通态电流临界上升率。
晶闸管触发导通后,触发脉冲结束时它乂关断的原因是:
关断;
a:
刚刚导通后电流小于擎住电流,脉冲撤除后晶闸管b:
完全导通后,由于电路电流小于维持电流,晶闸管关断。
变压器漏感对整流电路的影响是什么?
答:
a:
出现换相重叠角Y,整流输出电压平均值Ud降低。
b:
整流电路的工作状态增多。
C:
晶体管的di/dt减小,有利于晶闸管的安全开通。
<1:
换相时晶闸管电压出现缺口9产生正的du/dt,可能使晶闸管误导通.为此必须加吸收电路。
•e
:
换相使电网电压出现缺口,成为干扰源。
什么是逆变失败,逆变失败的原因是什么?
(2)晶闸管发
逆变失败指的是:
逆变过程中因某种原因使换流失败,该关断的器件末关断,该导通的器件末导通。
从而使逆变桥进入整流状态,造成两电源顺向联接,形成短路。
逆变失败会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流,损坏开关器件。
产生逆变失败的原因:
(1)触发电路工作不可靠,造成脉冲丢失.脉冲延迟等。
生故障,失去正常通断能力。
(3)交流电源发生异常现象,如断电、缺相.或电压过低。
(4)换相的裕量角不足,晶闸管不能可靠关断。
说明下图单相半桥电压逆变电路中二极管VD1和VD2的作用。
VD1或VD2通时,io和UO反向,电感中贮能向直流侧反馈,VD1、VD2称为反馈二极管,还
使io连续,又称续流二极管。
分析计算题:
1、在下图中,E=50V,R=0.5Q,L^0.5H,晶闸管擎住电流为15mA,要使晶闸管导通,门极触发电流脉冲宽度至少应为多少?
解:
晶闸管导通后,主回路电压方程为
di.
L」Riddt
主电路电流id按下式由零上升
IR/L
在此期间,门极脉冲应继续维持,
id1e
R
晶闸管要维持导通,id必须上升达到擎住电流值以上,
将Id=15mA代入,得
501et
0.5
151()3
t^l50uso
所以,门极触发电流脉冲宽度至少应大于150USo
2、三相桥式整流电路,U2=100V,带电阻电感负载R=50Q,L值极大,当a
算Ud,Id,IdT和IM。
=60度时,计
Ud
2.34U2cos
Ud
Id
R
Id
dt
Id
☆单相桥式全控整流:
☆Ud
0.9U2cos
☆Id
Ud
☆I2
Id
☆Ivt
Id
石
3、分析单相电压型逆变器移相调压的工作原理。
调整输出频率:
图中所使用的都是全控器件,改变开关1、4,2、3的切换频率,则输出交
流电的频率随着改变。
改变移相电压角度,则可以改变输出电压幅值。
4、分析滞环比较方式电流跟踪控制的工作原理。
基本原理:
1、把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*・i作为滞环比较器的输入
2、通过比较器的输出控制器件VI和V2的通断
i增大
i减小
2^1的滞环比较器的控制,i就在i*+△!
和诧^!
的范围内,呈锯齿状地跟
3、VD1通时,
4、VD2通时,
5、通过环宽为
踪指令电流i*
3.图1U3中阴老部分为晶阐管处于遇态区间的电桃慰.各浪形的电流最大值均为试计算各浪形的电淹平均tt/m/仍人3场电流有数值小gg
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it
JK
2710J
b)
/iLL=H"I 31•孑3tJ j—L(打血砂)咕(0f)=牛J"7+"—ft0.4767fja J2"7142j? f b) c) 1"7" 打2=一r4加砂d(初)(寸+1用0-5434丿血 TT七TT2 J;J;(打血询畑)=J扌十2;56741/m 1常] 山3=石An 厶v2;r人沁")冷人 4.上«中如果不考虑安全裕ft,问100A的晶闸管能送出的平/口各为多少? 这吋,相应的电流《大值j心、/血3各为多少? a} »: 额定电流/r^v,=100A的iW啊管.允许的电流有效值"巧7亠由上题计算结果知S'«=329.35. 0.4767 b) 入2ft—-—=? 232.90, 0.6741 C) 7„,=2y=J14. -1 某一电热装置(电阻性负载),要求直流平均电压为 75V,电流为20A,采用单相半波可控整流电路直接从 22()V交流电网供电。 计算晶闸管的控制角a、导通介」0.负载电流有效值, 解: (1)整流输出平均电压 Ud= 2 J2 VZU2sin.td(.t)=—i-du2sin.td(.t) 2 U2—1—ees-0.45U2^—ee^ 22 2Ud COSa= 0.45U2 275 10.5152 0.45220 控制角a860。 导通角0=71-a=120 (2).负载电流平均值 U, d==20(A) R 负载电流有效值I,即为晶闸管电流有效值Ivl,所以 =VJ= TTI,sin2 =37.6(A) 2 E=50V> 分析下图示升压斩波电路原理并计算,己知 计算输出电压平均值U。 ,输出电流平均值Io。 当T=40US,to„=25us时, 解: 开关元件导通(模式 开关元件关断(模式 负载电阻 R=20Q,L值和C值极大,采用脉宽调制控制方式, VD 1)时,电感储能,负载上的电压。 和电流。 由电容器上的电压C提供。 LRUiCU C充 2)时,直流电源Ud和电感L储能向负载R和电容器C提供能量,电容器电。 因此,可达到输出平均直流电压高于电源输入的直流电压。 输出电压平均值 U。 为 Uo T 其中,on为导通时间,为开关周期, TT Uo T on1Kl .为导通比。 K T on 50轻0 133.3V 4025 Io Uo R 13336.67A 20 设流过晶闸管的周期电流波形如下图所示,其最大值均为Im,当采用额定电流为200A的晶闸管,当不考虑 安全余量时,所能送出的平均电流为多少? 相应的电流最大值是多少? (7分)。 (在环境温度为4(rc和规定的散热冷却条件下,晶闸管在电阻性负载的单相、工频正弦半波导电、 结温稳定在额定值125°C时,所对应的通态平均电流值定义为晶闸管的额定电流。 Id J7u2sint d 72U2 314Ao 因此当晶闸管的额定电流为200A时,其允许通过的电流有效值为 3 解: 电流平均值: lz—iImd(0 20 电流有效值I
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