電力電子考試題

1、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)期末考試試卷 （A 卷）一、 填空題（每題 2分，10題共 20分）1 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23 倍。2 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 I m / 2，則通過電流最大值 Im為 314 A 。3 單相全波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為1.41 U2。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 U

2、2）4 要使三相全控橋式整流電路正常工作，對晶閘管觸發(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)。5 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)移相范圍在 功率因素角 180 度 內(nèi)。6 交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路異同點(diǎn)： 電路結(jié)構(gòu)相同，控制方式不同， （交流調(diào)壓電路采 用移相觸發(fā)對一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通角控制，調(diào)功電路 對導(dǎo)通周波數(shù)與阻斷周波數(shù)的比值進(jìn) 行 控制） 。7 電壓型逆變電路中的反饋二極管的作用是 給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供 通道 。8 變流電路的換流方式有 器件換流 、 電網(wǎng)換流 、 負(fù)載換流 、 強(qiáng)迫換流 等四種。9 180

3、 °導(dǎo)電型三相橋式逆變電路， 晶閘管換相是在 同一相上下兩個(gè)橋臂 元件之間進(jìn) 行；而 120o導(dǎo)電型三相橋式逆變電路， 晶閘管換相是在 上橋臂或者下橋臂組內(nèi) 上的 元件之間進(jìn)行的。10 PWM 逆變電路的控制方法有 計(jì)算法 、調(diào)制法和 規(guī)則采樣法 三種。其中調(diào)制12345678910三、1.法又可分為 同步調(diào)制法 、 異步調(diào)制法 兩種。判斷題 （ 每題 2 分， 10 題共 20 分， 對、錯(cuò)× ）同一晶閘管，維持電流 IH 在數(shù)值上一般大于擎住電流 IL。（ x ）多個(gè)晶閘管串并聯(lián)使用時(shí)，通常采用先串后并的聯(lián)接方法。（）半控橋整流帶大電感負(fù)載不加續(xù)流二極管電路中，電路出故

4、障時(shí)會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。（）有源逆變裝置是把逆變后的交流能量送回電網(wǎng)。（）直流斬波電路只能實(shí)現(xiàn)降低輸出直流電壓的作用。（x）雙向晶閘管的額定電流的定義與普通晶閘管不一樣， 雙向晶閘管的額定電流是用電流）有效值來表示的。并聯(lián)諧振負(fù)載的逆變器負(fù)載必須是呈電容性電路。 （ ） 用多重逆變電路或多電平逆變電路，可以改善逆變電路的輸出波形，使它更接近正弦 波。（）采用兩組反并聯(lián)晶閘管變流橋的可逆系統(tǒng)，供直流電動機(jī)四象限運(yùn)行時(shí)，其中一組逆 變器工作在整流狀態(tài)，那么另一組就工作在逆變狀態(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）

5、 ，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。2. 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

6、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 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 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。3. 變壓器漏抗對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，

7、 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。4.在三相橋式整流電路中，為什么三相電壓的六個(gè)交點(diǎn)就是對應(yīng)橋臂的自然換流（相）點(diǎn)？（請以 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)， 是二級管承受 正反向電壓的分界點(diǎn)，所以，是對應(yīng)橋臂的自然換流點(diǎn)。5. 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

8、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 的場合 .6. 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

9、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。四、 分析計(jì)算題（每題 6分，5題共 30分）1. 在下圖中， E=50V，R=0.5 ， 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：對于小t ，可取 e t 1 t )解：晶閘管導(dǎo)通后，主回路電壓方程為：L dditd Rid E主電路電流 id 按下式由零上升晶閘管要維持導(dǎo)通，EtR / Li d1 e tR / LdRi

10、d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 I d=15mA 代入，得05.05 1 e t 15 10 3取e t 1 t ，t150s。所以，門極觸發(fā)電流脈沖寬度至少應(yīng)大于150s。2. 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 、導(dǎo)通角 、負(fù)載電流有效值，解： (1)整流輸出平均電壓d= 212U2sin .td( .t) = 12U2 sin .td( .t)= 2 U21 cos0.45U 21 coscos= 2U d 10.45U 22 752 75

11、 1 0.51520.45 220控制角 60°導(dǎo)通角 = - =120°（2）.負(fù)載電流平均值Id=U d =20(A)RRUdId7520=3.75負(fù)載電流有效值 I，即為晶閘管電流有效值 IV1 ，所以37.6(A)2U 2 sin t d t =U2 1 sin2R R 4 23. 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=20 ，L 值和 C 值 極大，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40 s， ton=25s 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值 U0，輸出電流平均值 I 0。解：開關(guān)元件導(dǎo)通（模式 1）時(shí)，電感 L儲能，負(fù)載 R上的電壓 uo和電流 i

12、 o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U d TT Ton其中， Ton 為導(dǎo)通時(shí)間，T 為開關(guān)周期， Kt 為導(dǎo)通比。U d T 50*40 UoT Ton 40 25133.3V4.U 0 133.3Io R020 6.67A請從 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)

13、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。t q 就能保證關(guān)斷。uC13下降到零之前，VT1 承受反壓，反壓時(shí)間大于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 I d，故稱恒流放電階段 。如圖 b 所示。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 i V，VD1電流為 i U=I d- i V，VD1和 VD3同時(shí)通，進(jìn)入 二極管換流階 段。隨著 C1

14、3電壓增高，充電電流漸小， iV漸大，t3時(shí)刻 i U減到零， i V=I d，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 。5. 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 u c 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 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