05級(jí)電力電子復(fù)習(xí)

其他班的05級(jí)電力電子復(fù)習(xí)一、 簡答題1、 晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，觸發(fā)脈沖結(jié)束后它又關(guān)斷的原因是什么？答：原因是晶閘管電流小于其擎住電流。2、晶閘管能否工作在放大狀態(tài)？為什么？答：不能。為盡量減少開關(guān)(導(dǎo)通)損耗。晶閘管被設(shè)計(jì)成只能工作在飽和和截止?fàn)顟B(tài)。3、 電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路中，為何要采取電隔離？采用哪些電氣隔離技術(shù)？答：為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離。一般采用光電隔離和電磁隔離技術(shù)。4、 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異同？答：兩者電路的相同之處是：1)晶閘管的導(dǎo)通何觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系相同，2)整流電壓和整流電流的波形相同；兩者的不同之處：1)三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián)，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯(lián)，且后者需要平衡電抗器；2)當(dāng)變壓器二次電壓有效值相等時(shí)，雙反星形電路的整流電壓平均值是三相橋式電路的一半，而整流電流式三相橋式電流的2倍。5、12脈波、24脈波整流電路的變壓器各需要幾個(gè)副邊繞組，它們彼此之間應(yīng)相差多少電角度？整流輸出電壓和交流輸入電流各含哪些次數(shù)的諧波？答：12脈波整流電路的變壓器需要2個(gè)副邊繞組，此2個(gè)繞組彼此之間相差30度電角度；其整流輸出電壓含有12k(k=l,2,3.?.)次諧波；而交流輸入電流中含有12k±1(k=1,2,3...)次諧波。24脈波整流電路的變壓器需要4個(gè)副邊繞組，此4個(gè)繞組彼此之間相差15度電角度；其整流輸出電壓含有24k(k=1,2,3.?.)次諧波；而交流輸入電流中含有24k±1(k=1,2,3.)次諧波。6、 Boost變換器為什么不宜在占空比接近1的情況下工作？答：如果占空比接近1,那么Boost變換器的開關(guān)接近于全導(dǎo)通狀態(tài)，幾乎沒有關(guān)斷時(shí)間，那么電感在開關(guān)導(dǎo)通期間存儲(chǔ)的能量沒有時(shí)間釋放，將造成電感飽和，直至燒毀。7、 當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，交交變頻電路的輸出上限頻率是多少？輸出頻率過高有什么影響？答：一般認(rèn)為，輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3~1/2。當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，交交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓的段數(shù)就減少，波形畸變嚴(yán)重。8、 電壓型逆變電路中，電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載對(duì)輸出電壓、電流有何影響？電路結(jié)構(gòu)有哪些變化？答：電阻性負(fù)載時(shí)，輸出電壓和電流同相位，波形相似，均為正負(fù)矩形波。電感性負(fù)載時(shí)，輸出電壓為正負(fù)矩形波，輸出電流近似為正弦波，相位滯后于輸出電壓，滯后的角度取決于負(fù)載中電感的大小。在電路結(jié)構(gòu)上，電感性負(fù)載電路，每個(gè)開關(guān)管必須反并聯(lián)續(xù)流二極管，以實(shí)現(xiàn)能量的回饋。9、 什么是電壓源逆變器，什么是電流型逆變器？若要將電壓源逆變器變?yōu)殡娏髟茨孀兤?，在不改變電路結(jié)構(gòu)情況下，可以用什么方法？答：逆變器輸入直流端電壓為恒定的逆變器，一般情況只要輸入端整流濾波電容足夠大就可視為電壓源逆變器。逆變器輸入直流端電流為恒定的逆變器，一般情況只要輸入端整流濾波電感足夠大就可視為電流源逆變器。在不改變電路結(jié)構(gòu)情況下，在電壓源逆變器上構(gòu)成電流負(fù)反饋，即可構(gòu)成電流源逆變器。10、為什么電流型逆變電路中沒有反并聯(lián)反饋續(xù)流二極管？答：在電流型逆變電流中，直流側(cè)電流無法反向。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時(shí)，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖，因此不需要并聯(lián)反饋二極管。10、 脈沖寬度調(diào)制PWM和脈沖頻率調(diào)制PFM的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？11、答：PWM方式中，保持開關(guān)頻率（周期）不變，改變Ton調(diào)節(jié)輸出電壓；PFM方式中，保持Ton不變，改變開關(guān)頻率（周期）調(diào)節(jié)輸出電壓。采用PWM控制時(shí)，輸出電壓中諧波的頻率固定，濾波器設(shè)計(jì)容易。此外由控制系統(tǒng)獲得可變脈寬信號(hào)比獲得可變頻率信號(hào)容易，故PWM的應(yīng)用比較廣泛。但是在諧振軟開關(guān)變換器中，為了保證諧振過程的完成，采用PFM控制比較容易實(shí)現(xiàn)。12、為了實(shí)現(xiàn)PWM控制，可以采用計(jì)算法（如特定諧波消去法）、調(diào)制法（如單極性SPWM調(diào)制法）和跟蹤法（如滯環(huán)比較法）產(chǎn)生PWM控制信號(hào)。請(qǐng)比較上述三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。答：計(jì)算法：能夠消除指定頻率的諧波，但需要消除的諧波越多，開關(guān)時(shí)刻的運(yùn)算越復(fù)雜，不適用于實(shí)時(shí)控制。調(diào)制法：輸出PWM波形含有與載波相關(guān)的諧波分量。載波頻率越高，輸出波形中的諧波越容易濾除，但開關(guān)器件的開關(guān)損耗越大。跟蹤法：硬件電路簡單；屬于實(shí)時(shí)控制；不用載波，輸出波形不含有特定頻率的諧波分量，但高次諧波的含量較多，閉環(huán)控制。13、 同步PWM調(diào)制與異步PWM調(diào)制有何不同?答：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制，載波比N為變化量；載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的方式稱為同步調(diào)制，載波比N等于常數(shù)。14、 為什么在采用SPWM控制的逆變電路中晶閘管不適于作開關(guān)器件？答：采用SPWM控制的逆變電路為了減少輸出電壓的諧波，需要工作在高頻狀態(tài)，晶閘管屬于低頻器件，不適合這種工作方式。另外，晶閘管不能自關(guān)斷，需要另外增加強(qiáng)迫關(guān)斷電路才能關(guān)斷，電路較復(fù)雜，因此晶閘管不適用于逆變器中。15、什么是軟開關(guān)技術(shù)？它的作用是什么？答：軟開關(guān)電路是通過在電路中增加了電感、電容諧振元件或由電感、電容、開關(guān)組成的附加電路，在開關(guān)過程前后引入諧振，使開關(guān)開通前電壓先降為零；或關(guān)斷前電流先降為零，或使開關(guān)關(guān)斷電壓從零上升；或使開關(guān)導(dǎo)通前電流從零上升。從而大大減少甚至消除損耗和開關(guān)噪聲。采用軟開關(guān)技術(shù)可以提高開關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)電路的小型化、輕量化。16、試畫出一種軟開關(guān)電路，并分析。答：各種軟開關(guān)電路即可。二、敘述原理及畫波形圖1、如下圖所示的單相橋式電壓型逆變電路中，1）說明采用單極性PWM控制方式的正弦波調(diào)制原理。（2） 請(qǐng)畫圖如何采用自然采樣法產(chǎn)生雙極性SPWM控制波形信號(hào)；（3） 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：（1）單極性PWM控制方式的正弦波調(diào)制原理：調(diào)制信號(hào)u為正弦波，載波u在u的正半周為正極性的三角波，在u的負(fù)rcrr半周為負(fù)極性的三角波。在u和u的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。在u的正半rcr

周，V保持通態(tài)，V保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)u>u時(shí)使V4導(dǎo)通，V關(guān)斷，u=Ud;當(dāng)u<u1 2 rc 4 3 odrc時(shí)使V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通，u=0。在u的負(fù)半周，V保持?jǐn)鄳B(tài)，V保持通態(tài)，當(dāng)4 3 o r 1 2u<u時(shí)使V導(dǎo)通，V關(guān)斷，u=-Ud;當(dāng)u>u時(shí)使V關(guān)斷，V導(dǎo)通，u=0。這樣,rc 3 4 odrc 3 4 o就得到了SPWM波形。(2)把希望輸出的正弦波作為調(diào)制信號(hào)u與載波信號(hào)u(一般選用三角波)rc進(jìn)行比較，獲得所需要的SPWM波uo。o(3)改變調(diào)制信號(hào)ur的幅值就可調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的有效值；改變調(diào)制信號(hào)ur的頻率就可改變逆變器的輸出頻率2、下圖是一個(gè)單相全橋逆變器串聯(lián)電路，假設(shè)每個(gè)逆變器的輸入直流電壓相等，即v沖苗…％n=E,分別以下列兩種情況：一是每個(gè)逆變器輸出電壓相位相同；二是每個(gè)逆變器輸出電壓相位相差36O/N,設(shè)N=6。求：畫出串聯(lián)電路的輸出電壓vo的波形；計(jì)算輸出電壓有效值，并簡要說明串聯(lián)電路的目的。要得到近似正弦波的輸出電壓v。，試結(jié)合每個(gè)模塊單元的輸出電壓及變換器的輸出電壓波形進(jìn)行說明。

+voiS1i311-(a)單相全橋逆變器串聯(lián)電路解：(1)兩種情況的輸出電壓的示意圖為(b)+voiS1i311-(a)單相全橋逆變器串聯(lián)電路解：(1)兩種情況的輸出電壓的示意圖為(b)全橋逆變器(a)輸出電壓相位相同3t3t兀2兀Vc3t⑹輸出電壓相位相差60。2)每個(gè)逆變器輸出電壓相位相同時(shí)，輸出電壓的有效值為U=—° 2兀卜(6E)2dt+J2氣-6E)2dt=U=—° 2兀-0 兀 一每個(gè)逆變器輸出電壓相位相差600時(shí)，輸出電壓的有效值為Uo=0V。

o

若干個(gè)模塊單元串聯(lián)而成，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)大功率的輸出，而且通過一定的控

制策略使輸出波形接近正弦波，可以降低諧波。(3)據(jù)階梯波調(diào)制法的思路，控制每個(gè)模塊的相位，將各個(gè)模塊單元的輸出電壓進(jìn)行疊加，便可得到近似正弦波的輸出波形。mE2EK-?1mE2EK-?10 ?i三、計(jì)算題1、對(duì)于半波整流電路，試分別1）一般有功無功定義計(jì)算交流電源的有功功率和功率因數(shù)；2）波形畸變因數(shù)方法計(jì)算交流電源的有功功率和功率因數(shù)；VTVT1解：（1）有功功率：P二一?（兀uid3t2兀o22功率因數(shù)：P功率因數(shù)：COS申=UI22此方法適用任何類型的電路，如非正弦電路。(2)i=￡Isin(i?t刑)d di ii=1有功功率：P=UIcos申2d1 1功率因數(shù)：九=—d^功率因數(shù)：九=—d^cosp，其中:dI=述12

d di'i=1此方法適用于電壓波形為正弦波、電流波形為非正弦波的情況。2、單相全橋整流電路帶電阻負(fù)載，所用晶閘管的額定電流為100A,若考慮2倍電流安全裕量，試計(jì)算在a=45。時(shí)，整流電路能輸出的負(fù)載平均電流是多少？解：根據(jù)題意，單相全控橋帶電阻負(fù)載時(shí)，若假定電源電壓為U,負(fù)載電阻為R,則整流電路輸出的負(fù)載平均電流為：=0.9—=0.9—1+cosa21）流過晶2)2)3)閘管的電流有效值為：7UH兀一aI= 2 sin2a+一VT v；2R\2兀 兀則電流有效值與平均值的比值為：1 兀一a■v'2x sin2a+一2兀 兀=—0.9x(1+cosa)d當(dāng)晶閘管額定電流為100A，并考慮2倍電流安全裕量時(shí)，晶閘管可以承受的電流有效值為：1.57*100/2=78.5A

根據(jù)晶閘管電流等效原則，將整流電路晶閘管的電流有效值為IVT=78.5A,/4代入式（3）可得整流電路輸出的負(fù)載平均電流為：Id=89.4Ad3、續(xù)流二極管單相全波可控整流電路，大電感負(fù)載，gL?R,U2=220V,R=20Q。求：a） 畫出a=60o時(shí)輸出電壓ud及續(xù)流二極管iD的波形；b） 晶閘管的電壓、電流定額。解：（1）UA0 兀UA0 兀/3 兀4兀/32兀2)Ud=0.9U1+C0Sa22=°.9X220小丁=148-5VU148.5I= d= =7.4AdR20晶閘管電流的有效值：尋x7?4=427AT(AV)1.574.271.57二T(AV)1.574.271.57二2.7AU=42X2U=42X2X220二622VTM 2所以，晶閘管電壓、電流定額分別為622V和2.7A。4、三相全控橋整流電路，帶阻感負(fù)載，U2=100V,R=10Q,?L>>Ro求：（1）a=45。時(shí)，輸出電壓平均值Ud，輸出電流平均值Id，變壓器二次側(cè)電流有效值dd厶，晶閘管電流有效值1”的大??；（2）畫出輸出電壓ud和輸出電流id的波形。TOC\o"1-5"\h\z2 VT d d解：（1） U=2.34Ucosa=165.5Vd2=16.5AU =16.5A—&=—R10■1 4冗 '2I=x-1=x16.5=13.47A2 2兀3d 3M=亍"3X16-5=^2A2)a=45。i*止 ■o ?t5、三相全控橋帶反電勢(shì)阻感負(fù)載，E=200V,R=1Q,L=8,U2=220V,a=60。時(shí)，求：當(dāng)LB=0時(shí)的負(fù)載平均直流電壓Ud、負(fù)載平均電流Id；當(dāng)LB=1mH時(shí)的負(fù)載平均直流電壓Ud、負(fù)載平均電流Id、換流重迭角丫。解：根據(jù)題意，三相全控橋在a=60°時(shí)的線電壓瞬時(shí)值為1.732*U2*sina=330>E,因此在a=60°瞬時(shí)晶閘管即可被觸發(fā)導(dǎo)通。由于負(fù)載為反電勢(shì)阻感負(fù)載,且電感無窮大，則電流平直連續(xù)。當(dāng)L=0時(shí)有：BU二2.34Ucosa二2.34*220*cos60二257.4d2rU-E257.4-200,…=d= 1=57.4dR當(dāng)L=ImH時(shí)有：B3XU=2.34Ucosa一 bd 2 兀U-EI=ddR將U=220、a=60°、X=OL=314*0.001=0.314、E=200、R=1Q代入上兩式TOC\o"1-5"\h\zB B聯(lián)立求解，得：Ud=244.2VI=44.2Ad又由：cosa-cos(a+Y)= bL_J6U2將a=60°、X=oL=314*0.001=0.314、U=220、I=44.2A代入上式求得丫B B 2 d

6、在下圖所示的降壓斬波電路中，V.=48V,L=250uH,RL ,f=100kHz,a=0.25rL=10a=0.25（1） 計(jì)算輸出電壓平均值Vo和輸入電流平均值In（6分）（2） 計(jì)算電感電流iL的平均值、最大值和最小值；（6分）（3） 畫出電感電流iL的波形。（3分）Vii十Vii十Vo解：（1）Vo=DVin=48*0.25=12VoinI=V*I/V=D*（V/R）=0.25*1.2=0.3AinooinoL（2） IL=Io=1.2ALo當(dāng)SW導(dǎo)通，Ldi/dt=V-V,di=（V-V）*D/f/L=0.36ALinoLinosI=I+di/2=1.38A,I=I-di/2=1.02ALmaxLLLminLL（3）7、下圖所示的降壓斬波電路中，E=100V,L=100mH,R=0?5Q,EM=10V,采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20阿，當(dāng)Ton=4gs時(shí)。求：（1） 輸出電壓平均值Uo；（2） 輸出電流平均值Io；（3） 計(jì)算輸出電流的最大和最小瞬時(shí)值,并判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。解：（1）E10m二EM-解：（1）E10m二EM-ioo二“占空比a—0.1200.5二0.2fT-Ton=20-4=fT-Ton=20-4=t=tln1—(1—m)e—ap=0.2ln1—(1—0.1)e—0.00002xm0.1二0.000035996s二35.9964ys>toff故電流連續(xù)。電流的最小瞬時(shí)值：I=(竺二1-m)-=19.9984A10 ep—1R電流的最大瞬時(shí)值：I=(1—e—ap—m)-=20.0016A20 1—e—p RT4⑵輸出電壓平均值：U二-onE= x100二20V;0T20U—E 20—10(3) 輸出電流平均值：I=0m= =20A0R0.58、升壓斬波電路(BoostConverter)的原理圖，求輸入電壓為27V±10%，輸

出電壓為45V時(shí)該電路開關(guān)管的最大占空比。(設(shè)電路中L和C值足夠大且忽略電路中的損耗)。ViGUoioi1c~nERiGa)答：E略電路中的損耗)。ViGUoioi1c~nERiGa)答：E=27—27*1O0%=24.3V，miniDmaxU—E=―to minU45—24.345=0.46ItU=220V,RtU=220V,R=0~2?2Q,cL=2?2Q；9、下圖中已知工頻交流電源u=<2Usinwt，工頻電源的正、負(fù)半周，晶閘管叭和Th2分別對(duì)稱觸發(fā)。求：負(fù)載最大電流有效值、最大輸出功率、功率因數(shù)輸出最大；解：十UR?=tan—1解：十UR?=tan—1wL=tan—12.22.2則導(dǎo)通角僅最小值為才最大線電流發(fā)生在a=?，此時(shí)負(fù)載電流是正弦波，則220220二 二 二70.7(A)R0 蠱R2+(oL)2］鮎［2.22+(2.2)2］最大輸出功率P 二12XR二70.72X2.2二10.997(kW)max R0功率因數(shù)PF= 」眾需=0.70710、全橋有源逆變電路，反電勢(shì)阻感負(fù)載，反電勢(shì)電壓為400V,R=1Q,L=8,U2=220V,LB=1mH，B=60。，求：負(fù)載平均直流電壓Ud、負(fù)載平均電流Id、換流重迭角Y；送回電網(wǎng)的有功功率。解：根據(jù)題意，可以令a=180°-p=120°,由于阻感負(fù)載且電感無窮大，則電流平直連續(xù)。列出方程如下：3XU=2.34Ucosa一bd 2 兀U-EI=d—dR將U=220、a=120°、XL=314*0.001=0.314、E=—400、R=1Q代入上2 B B兩式聯(lián)立求解，得：Ud=—290.3VI=109.7Ad又由：cosa-cos(a+Y)二乙_J6U2將a=120°、XL=314*0.001=0.314、U=220、I=44.2A代入上式求得：B B 2 dY=8.9°送回電網(wǎng)的有功功率為：P=|EI|-12R=400*109.7—109.72*1=31.85(KW)dd11、如圖，其中L=48mH,R=4Q,Uc=80V，為使