電力電子習(xí)題 答案

1、電力電子習(xí)題 答案第一章 電力電子器件1、使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：晶閘管陽極與陰極之間加有正向偏壓，門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管可以導(dǎo)通。2、維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答：晶閘管陽極與陰極之間加有正向偏壓，門極有觸發(fā)電流后可撒去晶閘管的門極控制，晶閘管內(nèi)部有正反饋維持器件飽和導(dǎo)通。如想要關(guān)斷晶閘管只能利用外加反向陽極電壓，也可以使陽極電流降低到某一數(shù)值（Ih維持電流），也可增加負(fù)載電阻降低陽極電流，使其接近于零。1.4 典型全控型器件1.4.1 門極可1、畫出門極可關(guān)斷晶閘管的圖形符號，標(biāo)出在三個極性。2、門極可關(guān)斷晶閘管與普通晶閘管的差異？結(jié)構(gòu)：與普通

2、晶閘管的相同點： PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極。和普通晶閘管的不同點：GTO是一種多元的功率集成器件。區(qū)別：設(shè)計a2較大，使晶體管V2控 制靈敏，易于GTO。導(dǎo)通時a1+a2更接近1，導(dǎo)通時接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時管壓降增大。 多元集成結(jié)構(gòu)，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。 結(jié)論：GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時飽和程度較淺。GTO關(guān)斷過程中有強烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dt能力強 。3、標(biāo)志GTO管額定電流的參數(shù)是什么？最大可關(guān)斷陽極電流IATO4、電流關(guān)斷增益的含義是什

3、么？最大可關(guān)斷陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益。boff一般很小，只有5左右，1.4.2 電力晶體管 1、電力晶體管的英文簡寫為什么？圖形符號是什么？耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管。2、電力晶體管的三個工作狀態(tài)分別是什么？PN結(jié)的偏置情況如何？放大：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏飽和導(dǎo)通：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏截止：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏3、的二次擊穿現(xiàn)象是什么？GTR管安全工作區(qū)在哪幾條線的包含范圍內(nèi)？一次擊穿發(fā)生時，Ic突然急劇上升，電壓陡然下一降。常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。1.4.3 電力場效應(yīng)管1、電力場效應(yīng)管電力晶體管的英文簡寫為什么？圖形

4、符號是什么？答：MOSFET圖形符號是:2、電力MOSFETR的二個顯著特點是什么？答：1）驅(qū)動電路簡單、驅(qū)動功率小2）開關(guān)速度快，工作頻率高。3、電力MOSFETR管的工作的三個工作區(qū)名稱是什么？對應(yīng)GTR管的的什么工作區(qū)？截止區(qū) （對應(yīng)于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū) （對應(yīng)于GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū) （對應(yīng)GTR的飽和區(qū)4、MOSFET的優(yōu)點：單極型，電壓驅(qū)動，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單。1.4.4絕緣柵雙極晶體管1、絕緣柵雙極晶體管的英文簡寫為什么？圖形符號是什么？2、IGBT的原理導(dǎo)通：uGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體

5、管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。通態(tài)壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降減小。關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。3、IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結(jié)如下：開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。 相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且 具有耐脈沖電流沖擊能力。通態(tài)壓降比VDMOSFET低。輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點 。 1.7電力電子器件的保護(hù)1、造成過電壓的主要原因是什么？外因過電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程

6、等外因內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程2、防止過電壓的主要措放有哪些？避雷器、變壓器靜電屏蔽層、靜電感應(yīng)過電壓抑制電容、過電壓抑制用RC電路、RC2¾閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路、RV¾壓敏電阻過電壓抑制器、RC3¾閥器件換相過電壓抑制用RC電路、過電壓抑制用RCD電路3、防止過電流的主要措放有哪些？交流斷路器、快速熔斷器、直流快速斷路器、過電流繼電器、短路器、電子保護(hù)電路、4、緩沖電路(Snubber Circuit) ： 又稱吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。5、關(guān)斷緩沖電路（du/

7、dt抑制電路）吸收器件的關(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（di/dt抑制電路）抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。、第五章 逆變電路5.1把直流電變成交流電稱為逆變。當(dāng)交流側(cè)接有電源時，稱為有源逆變。池交流側(cè)和負(fù)載連接時，稱為無源逆變。5.2 換流：變流電路在工作過程中不斷發(fā)生電流從一個支路向另一個支路的轉(zhuǎn)移。5.3 逆變電路工作原理：書圖5-1中S1-S4是橋式電路的4個臂，它們由電力電子器件及其輔助電路組成。當(dāng)開關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負(fù)載電壓U0為正；當(dāng)開關(guān)S1、S4斷開，S2、S3閉合時，U0為負(fù)，這樣就把直流電變成了

8、交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。5.4 在換流過程中，有的支路要從通態(tài)轉(zhuǎn)移到斷態(tài)，有的支路要從斷態(tài)轉(zhuǎn)移到通態(tài)，從斷態(tài)轉(zhuǎn)移到通態(tài)時，無論支路是由全控型還是半控型電力電子器件組成，只要給門極適當(dāng)?shù)尿?qū)動信號，就可以使其開通。5.5 在換流過程中，有的支路要從通態(tài)轉(zhuǎn)移到斷態(tài)，有的支路要從斷態(tài)轉(zhuǎn)移到通態(tài)，從通態(tài)轉(zhuǎn)移到斷態(tài)時，全控型可以通過對門極的控制使其關(guān)斷，半控型器件不能通過對門極的控制使其關(guān)斷，必須利用外部條件或采取其他措施使其關(guān)斷。一般來說，要在晶閘管電流為零后再施加一定時間的反向電壓才能使其關(guān)斷。5.6 器件換流：利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。5.7 電網(wǎng)換流：由

9、電網(wǎng)提供電壓稱為電網(wǎng)換流。5.8 負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓。凡是負(fù)載電流的相位超前于負(fù)載電壓的場合，都可以實現(xiàn)負(fù)載換流。當(dāng)負(fù)載為容性負(fù)載時，即可實現(xiàn)負(fù)載換流。5.9 強迫換流：設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓或反向電流的換流方式。強迫換流通常利用附加電容上所儲存的能量來實現(xiàn)。5.10 電壓型逆變電路：直流側(cè)是電壓源。特點：1）直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)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(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需

10、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。5.11電流型逆變電路：直流側(cè)是電流源。特點：1）直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)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(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因為負(fù)載阻抗情況的不同而不同。3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)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，因此有需要在開關(guān)器件兩端并聯(lián)二極管。5.12 電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什

11、么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需提供無功功率，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)了反饋三極管。當(dāng)輸出交流電壓和電流的相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓 電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時，電流并不反向，依然經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，因此不需要并聯(lián)二極管。5.13 并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件？答：單相電流型逆變電路

12、采用負(fù)載換相方式也稱并聯(lián)諧振式逆變電路。假設(shè)在T時刻觸發(fā)VT2、VT3使其導(dǎo)通，負(fù)載電壓U0就通過VT2、VT3施加在VT1、VT4上，使其承受反向電壓關(guān)斷，電流從VT1、VT4向VT2、VT3轉(zhuǎn)移，觸發(fā)VT2、VT3時刻必須在U0過零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。5.14 串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中，二極管的作用是什么？試分析換流過程。（以VT1和VT3之間的換流為例）答：二極管的主要作用，是為換流電容器充電提供通道，并使換流電容的電壓能夠得以保持，為晶閘管在關(guān)斷之后能夠承擔(dān)一定的時間的反向電壓，確保晶閘管可靠關(guān)斷，從而確保晶閘管換流成功。5.1逆變電路多重化的目的是什么？如何實

13、現(xiàn)？有何優(yōu)點？串聯(lián)多重化和并聯(lián)多重逆變電路各用于場合？答：逆變電路多重化的目的：一是使總體上裝置的等級提高；二是可以改善輸出電壓的波形。因為無論是電壓型逆變電路輸出的矩形電壓波，還是電流型逆變電路輸出的矩形電流波，都含有較多的諧波，對負(fù)載不利影響，采用多重逆變電路，可以把幾個矩形波組合起來獲得接近正弦波的波形。如何實現(xiàn)：就是逆變電路多重化就是把若干個逆變電路的輸出按一定相位組合起來，使它們所含的某些諧波成份相互抵消，就可以得到較為正弦波的波形。串聯(lián)多重是把幾個逆變電路的輸出串聯(lián)起來。并聯(lián)多重是把幾個逆變電路的輸出并聯(lián)起來。有何優(yōu)點？通過多重化結(jié)構(gòu)，可以使輸出電壓中有選擇地消除某些次諧波，增多多

14、重化結(jié)構(gòu)中的逆變器組數(shù)，可以消除更多的諧波，同時還可以增大逆變的功率輸出。串聯(lián)多重化和并聯(lián)多重逆變電路各用于場合？串聯(lián)多重化多用于電壓型逆變電路的多重化。并聯(lián)多重逆變電路多用于電流型逆變電路的多重化。第六章 PWM控制技術(shù)1、PWM控制就是對脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效得獲得所需要的波形（含形狀和幅值）2、直流斬波電路采用的就是PWM技術(shù)。改變脈沖的占空比來獲得所需的輸出電壓。3、PWM控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)是-面積等效原理，即沖量（面積）相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果（環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形）基本相同。4、利用PWM技術(shù)要改變輸出正弦波的幅值

15、時，只要按照同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可。5、PWM波形可分為等幅PWM波和不等幅PWM波兩種。6、PWM波形可分為PWM電壓波和、PWM電流波。7、直流斬波電路得到的PWM波是等效的直流波形，SPWM波得到的是等效的正弦波形。8、什么是正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）？答：把正弦波分成N等份，就可以把其看成是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/N，但幅值不等且脈沖頂部有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，使矩形波的中點和相應(yīng)的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P

16、WM波形。各PWM脈沖的值相等而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦波是等效的。9、什么是PWM波形的計算法？答：如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值、和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)，PWM波形中各脈沖寬度和間隔就可以準(zhǔn)確的計算出來。按照計算結(jié)果控制逆變中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。10、什么是PWM波形的調(diào)制法？答：根據(jù)PWM的控制原理，把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過信號的調(diào)制得到所期望的PWM波形。11、何謂單極性PWM控制方式，何謂雙極性PWM控制方式？答：在信號波Ur的半個周期內(nèi)三角波只在正極性或負(fù)極性一種范圍內(nèi)變化，所

17、得的PWM波形也只在單個極性范圍變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。在信號波Ur的半個周期內(nèi)三角波不是單極性范圍內(nèi)變化，所得的PWM波形也只在單、負(fù)兩個極性范圍變化的控制方式稱為雙極性PWM控制方式。12、何謂載波比？異步調(diào)制？異步調(diào)制的優(yōu)、差。同步調(diào)制？及優(yōu)、差？載波頻率fc與調(diào)制信號頻率fr之比，N= fc / fr異步調(diào)制：載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式，載波比N是變化的。優(yōu)：在信號波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱，當(dāng)fr較低時，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，控制簡單，

18、不足：當(dāng)fr增高時，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大，等效輸出效果變差。同步調(diào)制：載波信號和調(diào)制信號保持同步的調(diào)制方式，當(dāng)變頻時使載波與信號波保持同步，即N等于常數(shù)。優(yōu)：基本同步調(diào)制方式，fr變化時N不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。在三相電路中PWM波正負(fù)半周鏡對稱，等效輸出效果變好。不足： fr很低時，fc也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。第八章 組合變流電路1、什么叫組合變流電路-將AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/AC四大類基本電路中的幾種基本變流電路組合起來，以實現(xiàn)一定的新功能。2、何謂間接交流變流電路 先將交流電整流為直流電，再將直流電逆變?yōu)榻涣?/p>

19、電，是先整流后逆變的組合。 3、何謂間接直流變流電路 先將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，再將交流電整流為直流電，是先逆變后整流的組合。4、何謂 VVVF電源 是輸出電壓和頻率均可變的交直交變頻電路，主要用作變頻器。5、何謂 CVCF電源輸出交流電壓大小和頻率均不變的恒壓恒頻變流電路，主要用作不間斷電源。6、間接交流變流電路主要可分為兩類：VVVF電源和CVCF電源7、間接直流變流電路主要用途為各種開關(guān)電源。8、圖8-1電路的名稱是什么？該電路更常用的名稱是什么？1）電壓型間接交流 變流電路圖8-1 不能再生反饋的電壓型間接交流變流電路畫出圖8-1電路圖，分析其工作原理，并說明電路有何局限性。是不能再生反

20、饋的電壓型間接交流變流電路，該電路更常用的名稱是交直交變頻電路。分析其工作原理，并說明電路有何局限性。解：工作原理：把交流加在不可控整流電路上，采用的是不可控整流，它只能由電源向直流電路輸送功率，而不能反饋電力。再經(jīng)過逆變電路把直流變成交流，其電壓和頻率都可以改變的。逆變電路能量是可以雙向流動的，若負(fù)載能量反饋到中間直流電路，將導(dǎo)致電容電壓升高，稱為泵升電壓。電路有何局限性：不具備再生反饋電力的能力，即把電路再生的能量反饋到電源中去。9、何謂恒壓頻比控制：異步電動機的轉(zhuǎn)速由電源頻率和磁極對數(shù)決定，改變電源頻率和磁極對數(shù)，就可以進(jìn)行電動機的調(diào)速，即使進(jìn)行寬范圍的調(diào)速運行，也能獲得足夠的轉(zhuǎn)矩。為避免電動機因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵磁電流增大,引起功率因數(shù)和效率的降低，需對變頻器的電壓和頻率的比率進(jìn)行控制，使該比率保持恒定，即恒壓頻比控