電力電子技術模擬試題4答案

1、年秋季學期2007哈爾濱工業(yè)大學遠程教育學院 電力 電子技 術模擬試題4 （開卷，時間：120分鐘）（所有答案必須寫在答題紙上）一、填空題（40分，每空1分）1. 晶閘管的基本工作特性可概括為：承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電 流，晶閘管都不會導通；承受正向電壓時，僅在 門極有觸 發(fā)電流情況下，晶閘管才能導通；晶閘管一旦導通， 門極就失去控制作用。要使晶閘管關斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。2. 通常取晶閘管的U和U中較小 的標值作為該器件的額定電壓。RRMDRM 選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍。3. 使晶閘管維持導通所必需的最小電流稱為 維

2、持電流。晶閘管剛從斷態(tài)轉入通 態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導通所需的最小電流稱為 擎住電流。對同一晶 閘管來說，通常I約為I的稱為24倍。HL 4.晶閘管的派生器件有：快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、光控晶閘管 。 5. 普通晶閘管關斷時間 數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管10?s左右。高頻晶閘管的不足在于其 電壓和電流定額 不易做咼。 6. 雙向晶閘管晶閘管可認為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。7. 逆導晶閘管是將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。8. 光控晶閘管又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用 一定波長的光照信號 觸發(fā)導通的晶1閘管。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之

3、間的 絕緣，且 可避免電磁干擾的影響9. 帶隔離變壓器的DC-DC變換器的基本類型包括單端正激變換器和單端反激變換器，其中單端是指變壓器磁通 單方向變化。 10. 正激變換器是指在開關管 開通 時電源將能量直接傳送給負載。 11. 反激變換器是指在開關管 開通 時電源將電能轉為磁能儲存在電感（變壓器）中，當開關管關斷時再將磁能變?yōu)殡娔軅魉偷截撦d。 12. 三相電壓型逆變電路中，180度導電角的控制方式下，每個橋臂的導電角度 為180?，各相開始導電的角度依次相差120?，在任一時刻，有3個橋臂導通。13. 電壓型逆變電路一般采用 全控型器件，換流方式為 器件換流；電流型逆變電路中，較多采用半控

4、型器件，換流方式有的采用強迫換流，有的采用負載換流。14. 三相電流型逆變電路的基本工作方式是120度導電方式，按VT1到VT6的順序每隔60?依次導通，各橋臂之間換流采用 橫向換流方式，在任一時刻，有3個橋臂導通。二、簡答題（20分，每題2分）1.GTO和普通晶閘管同為PNPN結構，為什么GTO能夠自關斷，而普通晶閘管不能？答：GTO能夠通過門極關斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：?2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于關斷GTO。設計？2更接近11+，導通時接近臨界飽和，有利門極控制關斷，但導通導通時時管壓降增大。多元集成結構，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。2.試說明IGB

5、T、GTR GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點 答：GTR的容量中等，工作頻率一般在10kHz以下，所需驅動功率較大，耐壓 高，電流大，開關特性好， 。GTO：容量大，但驅動復雜，速度低，電流關斷增益很小，功耗達，效率較低。 MOSFET 器件工作頻率最高，所需驅動功率最小，熱穩(wěn)定性好，但其容量較的 容量屬GTR的容量和IGBT小、通態(tài)壓降大，開通損耗相應較大，耐壓低。 同一等級，但屬電壓控制型器件，驅動功率小，工作頻率高，通態(tài)壓降低，輸入 阻抗高。3. 無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？ 答：有源逆變電路交流側接有電源，無源逆變電路交流側直接與負載連接。4. 換流方式各有那幾種？各有什么

6、特點？答：共有四種換流方式： 器件換流：利用全控型器件的自關斷能力姓行換流 電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓不需要器件具有門極可關斷能力。 負載換流：由負載提供換流電壓。 強迫換流：設置附加的換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反向電壓或反 向電流的換流方式稱為強迫換流。5. 無功功率和諧波對公用電網(wǎng)分別有那些危害？答：無功功率，對公用電網(wǎng)帶來不利影響有：1）無功功率會導致電流增大和視在功率增加，導致設備容量增加。2）無功功率增加，會使總電流增加，從而使設備和線路的損耗增加。3）使線路壓降增大，沖擊性無功負載還會使電壓劇烈波動。諧波，對公用電網(wǎng)危害包括： 諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗， 降低

7、發(fā)電、輸電及用電設備的效 1） 率，大量的 3 次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發(fā)生火災。 2）諧波影響各種電氣設備的正常工作，使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱，使變 壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱、使絕緣老化、壽命縮短以至損 壞。3）諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會使上述1）2） 兩項的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。4）諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表計量不準確。5）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質量，重者導 致 信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。6. 鋸齒波觸發(fā)電路由哪些部分組成？各部分的主要作用是什么？

8、 答：組成部分： 脈沖形成環(huán)節(jié)：產(chǎn)生觸發(fā)脈沖波并將其放大。 鋸齒波的形成和脈沖移向環(huán)節(jié)：產(chǎn)生鋸齒波電壓并改變脈沖產(chǎn)生的時刻。 同步環(huán)節(jié)：確定鋸齒波的頻率于主電路電源的頻率相同及相位關系。 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)：觸發(fā)晶閘管使其按照正確順序導通。7. 簡述交流電力電子開關與交流調功電路的區(qū)別。 答：交流調功電路和交流電力電子開關都是控制電路的接通和斷開， 但交流調其 控制手段是改變控制周期內電功電路是以控制電路的平均輸出功率為目的， 路導通周波數(shù)和斷開周波數(shù)的比。 而交流電力電子開關并不去控制電路的平均輸 出功率，通常也沒有明確的控制周期，而只是根據(jù)需要控制電路的開通和斷開。 另外，交流電力電子開關的

9、控制頻度通常比交流調功電路低得多。8. 交流調功電路中電流的諧波有何特點？答：如果以電源周期為基準， 電流中不含整數(shù)倍頻率的諧波， 但含有非整數(shù)倍頻 率的諧波，而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率諧波的含量較大。9. 高頻化的意義是什么？為什么提高開關頻率可以減小濾波器的體積和重量？為什么提高開關頻率可以減小變壓器的體積和重量？ 答：高頻化可以使裝置小型化、輕量化。 提高開關頻率可以減小濾波器的電感量或電容量， 從而減小濾波器的體積和重量。 提高開關頻率可以減少變壓器各繞組的匝數(shù)并減小鐵心的尺寸， 從而使變壓器小 型化。10.何為UPS?試說明如題圖8-4所示UPS系統(tǒng)的工作原理。答： UPS 是

10、指當交流輸入電源發(fā)生異?；驍嚯姇r，還能繼續(xù)向負載供電，并能保證供電質量，使負載供電不受影響的裝置。 工作原理：當市電正常時，由市電供電，市電經(jīng)整流器整流為直流。再逆變?yōu)?50Hz 恒頻恒壓的交流電向負載供電。同時，整流器輸出的直梳電給蓄電池充 電可保證蕾電池的電量充足。此時負載得到的交流電壓比市電電壓質量高。 即使市電發(fā)生質量問題時， 也能獲得正常的恒壓恒頻的正弦波交流輸出 并具有 穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性能，因此也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。一旦市電異常乃至停電。即由蓄 電池自動代替整流器向逆變器供電， 蓄電池的直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻恒壓交 流電繼續(xù)向負載供電。從負載側看，供電不受市電影響三、畫圖題（10分）

11、1.在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試繪出在電阻性負載和電感性負載下整流電壓ud的波形。UUUUcabdO?不能導通電阻負載，VT1 a =0 , UUUUcabd我O?不能導通=0 a VT1，電感性負載,30四、計算題（分，每題10分）1. 在下圖所示的降壓斬波電路中，已知E=100V，R=10 Q, L值極大，E=20V，MT=100卩s,t=50 卩s。 on1 ）畫出輸出電壓uo,輸出電流io,流過器件V的 電流iV以及流過二極管VD的電流i。 VD2）計算輸出電壓平均值Uo，輸出電 流平均值Io，器件V上的平均電流I , V及二極管VD上的平均電流I。 VD,題圖3-

12、1UGE050100t（卩 s）u510t（卩 s）i.20t（卩 s）i,V|o050100t（卩 s）i“O50100t（卩 s）0解 2） : T50U50?20onU左？00?50Vm0|?3A00T10010RT50T50onA1.5*3A?off*3A?1.5A?ov ovdT100T1002. 設計下圖所示的單端反激 DC/DC變換器。輸入直流電壓 Vs=12V 10%，開 關頻率fs=100KHz ，額定負載電流1A，最小負載電流0.1A，要求輸出電壓Vo恒定為48V，電壓紋波小于1%。選擇變壓器變比N2/N1 = 4，當電源電壓土10%波動時，為了使輸出電壓恒定，占空比應在什么范圍調節(jié)?解：根據(jù)輸出電壓表達式？1N?/?/?十.soVN?N11?2i-VNio 當電源電壓+ 10%動時，即 Vs=13.2V 時 11?0.45?NV448)*1?；13.2/?12s ,NV1011Q52? NV 波動當電源電壓一10%4(10.8/48)*1?2s時時，即 Vs=10.8V I NV