電力電子技術(shù) 復(fù)習(xí)題綱(二)

題型（去年分值）：判斷9分，選擇9分，簡答22分，波形分析24分，計(jì)

算36分

一、判斷、選擇多看慕課

二、簡答

1.電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)與核心

答：電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)是電力電子器件，電力電子技術(shù)的核心是能量變換技術(shù)，并隨著變換電路和控制技術(shù)

的發(fā)展而發(fā)展的。

2.通過IGBT半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分析IGBT工作原理以及可以通過大電流的原因

/當(dāng)4s為正，且大于開啟電壓4s（th），

/柵極下的P層表面形成N溝道，形成導(dǎo)通的通道。

/導(dǎo)通電阻急劇降低（電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)）

/具有低的通態(tài)壓降。

IGBT的結(jié)構(gòu)、筒化等效電路和電氣圖形符號

3.什么是電力電子技術(shù)？

答：電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力技術(shù)領(lǐng)域中的電子技術(shù)；它是以利用大功率電子器件對能量進(jìn)行變換和控制為

主要內(nèi)容的技術(shù)。國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）的電力電子學(xué)會(huì)對電力電子技術(shù)的定義為：“有效地使用電力

半導(dǎo)體器件、應(yīng)用電路和設(shè)計(jì)理論以及分析開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)對電能的高效能變換和控制的一門技術(shù)，它包括電壓、

電流、頻率和波形等方面的變換?！?/p>

4.根據(jù)IGBT半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分析擎柱效應(yīng)

答：IGBT由于寄生晶閘管的影響，可能是集電極電流過大（靜杰擎住效應(yīng)），也可能是崢過大（動(dòng)態(tài)擎住效

di

應(yīng)），會(huì)產(chǎn)生不可控的擎住效應(yīng)，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)使IGBT的漏極電流不超過額定電流，或增加控制極上所接電阻凡的

數(shù)值，戒小關(guān)斷時(shí)的崢，以避免出現(xiàn)擎住現(xiàn)象“

dt

5,從發(fā)展過程看，電力電子器件分哪幾個(gè)階段？

答：如果以電力電子技術(shù)器件的發(fā)展為主線，可以把它分為3個(gè)主要發(fā)展階段，即

1）“晶閘管及其應(yīng)用”，主要標(biāo)志為晶閘管；

2）“自關(guān)斷器件及其應(yīng)用”，主要標(biāo)志為可關(guān)斷晶閘管GTO、大功率（巨型）晶體管GTR、功率場效應(yīng)晶體管

PowerMOSFET、絕緣柵雙極晶體管IGBT等；

3）“功率集成電路和智能功率器件及其應(yīng)用”,主要標(biāo)志為功率集成電路PIC和智能功率模塊IPM0

6.維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣使晶閘管通到通到關(guān)斷？

/導(dǎo)通條件：1.正向的陽極電壓；

2.正向的門極電流。

兩者缺一不可。

，晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。

7導(dǎo)通到阻斷：要使晶閘管關(guān)斷，方法有二:

/降低陽極電壓，包括加反壓；使陽極電流小于

，改變負(fù)載，比如增加負(fù)載電阻。某個(gè)電流值。

》反向截止：承受反向陽極電壓，晶閘管不導(dǎo)通。

A三種工作狀態(tài)：導(dǎo)通狀態(tài)、正向阻斷狀態(tài)和反向截止?fàn)顟B(tài)

7.電力二極管的類型有哪些？各自的反向恢復(fù)時(shí)間是多少？

1）普通二極管，反向恢復(fù)時(shí)間在5叫以上。

2）快恢復(fù)二極管，反向恢復(fù)時(shí)間在5g以下?？旎謴?fù)極管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)二極管。前者

反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長，后者在100ns以下，甚至達(dá)到20~30ns,多用于高頻整流和逆變電路中。

3）肖特基二極管，反向恢復(fù)時(shí)間為10~40ns。

8.已處于通態(tài)的晶閘管其擻銷驅(qū)動(dòng)電流，為什么不能關(guān)斷？如何使其從導(dǎo)通到關(guān)

斷？

9.GT0和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，為什么GT0可通過門極關(guān)斷，而普通晶閘管

不行？

答：GTO之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)镚TO與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)

不同：

1）在設(shè)計(jì)GTO時(shí)使其外較大，這樣，晶體管V2控制靈敏,使GTO容易關(guān)斷。

2）由于GTO的內(nèi)部包含著許多共陽極的小GTC?單元，GTO元陰極面積小，門極和陰極間的距離短，P?基區(qū)

的橫向電阻小，可以從門極抽出更大的電流。

3）GTO導(dǎo)通時(shí)，雙晶體管模型口的2個(gè)晶體管共基極電流放大倍數(shù)之和%+%大于1且近似等于1（1.05左

右），因而處于臨界飽和導(dǎo)通狀態(tài)，若要關(guān)斷GTO,可用抽出部分陽極電流的辦法破壞其臨界飽和狀態(tài)，使GTO用

門板負(fù)信號關(guān)斷。SCR的四+4比1大（大約為1.15）,SCR導(dǎo)通后處于深度飽和狀態(tài)，因而用門極負(fù)脈沖不足以

使《+%達(dá)到小于1的程度，因而也就不能用門極負(fù)信號去關(guān)斷陽極電流。這是GTO與SCR的一個(gè)極為重要的區(qū)

別。

10.分析關(guān)斷緩沖電路。分析RCD緩沖電路中各元件的作用

1.耗能式緩沖電路

(1)關(guān)斷緩沖電路

ARDC緩沖電路由電阻、電容和二極管組

成,它與BJT開關(guān)并聯(lián)連接,如圖2?29a)。

①原理分析

ABJT關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)VDi和Q,

d〃《./dr受到限制；

》電容越大，(1“(仙越小；

》由于電容的存在，所以不再會(huì)出現(xiàn)最大的圖2?29耗能式關(guān)斷發(fā)沖電路及其波形

瞬時(shí)尖峰損耗.a)疑能式關(guān)斷■沖電路

A如圖2-29b)無緩沖電容時(shí)，集

電極電壓上升時(shí)間極短，出現(xiàn)

大的瞬時(shí)關(guān)斷損耗；

＞如圖2?29c),當(dāng)緩沖電容G較小,

那么4下降到零以前集電極電壓

已上升至電源電壓；

＞如圖2-29d),當(dāng)緩沖電容G較大

時(shí),4下降到零以后，集電極電壓

上升至電源電壓。

圖329新能式關(guān)昕敏沖電踣及英it形

＞緩沖電容Cl越大關(guān)斷損耗越小。a)疑能式關(guān)斷綾沖電路b)?沖電容為軍N

c)?沖電力較小時(shí)d)?冷電力較大時(shí)

11.為什么GTR在開關(guān)瞬變過程中容易被擊穿，預(yù)防措施有哪些?

GTR的安全工作區(qū)較窄，當(dāng)GTR在工作過程中所承受的電壓電流都較大時(shí)，超出安全工作區(qū)域，那么GTR在

開關(guān)瞬變過程中易被擊穿。

預(yù)防措施就是加輔助電路，確保GTR所承受的電壓電流在安全工作區(qū)域之內(nèi)。

12.驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)有哪些？

答：按控制目標(biāo)的要求施加開通或關(guān)斷的信號。對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件則既要提

供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。除此之外，驅(qū)動(dòng)電路一般還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)

節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。

13.根據(jù)電路圖，分析升降壓斬波電路的原理

1.升降壓斬波電路結(jié)構(gòu)與工作原理

?工作原理

/當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，VD截止，電感從電

源人獲取能量，C維持輸出電壓基

RMI升降壓斬波電路本不變；

?電路結(jié)構(gòu).如圖3/1所示

/當(dāng)VT截止時(shí)，L中儲(chǔ)能傳遞給電

，又稱Buck-Boost斬波電路(Buck-

容及負(fù)載片,，輸出電壓極性為下

RoostChopper)o

/既可升壓，也可降壓的斬波電路。正上負(fù)。

14.根據(jù)電路圖，分析升壓斬波電路的原理

了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供，電壓型逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性

相同時(shí)，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(shí)，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(shí)，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)反饋二極管。

20.三相SPWM逆變電路采用什么控制方法，可提高直流電壓利用率？

答：對于三相SPWM逆變電路，采用如下2種控制方法可以提高直流電壓利用率

(1)采用梯形波調(diào)制方法的思路為：采用梯形波作為調(diào)制信號，當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時(shí)，梯形波所

含的基波分量幅值超過了三角波幅值，相當(dāng)于？>1的過調(diào)制狀態(tài)，可有效提高直流電壓利用率。

(2)還可以采用線電壓控制方式，即在相電壓調(diào)制信號中疊加3的倍數(shù)次諧波及直流分量等，同樣可以有效

地提高直流電壓利用率。

21.什么是SPWM的規(guī)則采樣法？

22.電流跟蹤SPWM逆變有哪些控制方式？

答：電流跟蹤SPWM逆變有3種控制方式：①電流滯環(huán)控制方式；②三角形比較方式；③定時(shí)比較方式。

23.直接電流控制的pwm整流電路，當(dāng)設(shè)計(jì)的交流側(cè)電感量與工作過程中實(shí)際值

誤差較大時(shí)，對輸入電流有何影響？

答：該控制方法是讓實(shí)際電流跟蹤給定電流，電路參數(shù)/的大小對輸入電流基波幾乎無影響，對輸入電流的諧波

有較小影響。主要表現(xiàn)在：實(shí)際電感很大時(shí)，電流的變化率較小，滯環(huán)控制輸出切換頻率變小，即PWM頻率降低；

相反，實(shí)際電感很小時(shí)，電流的變化去較大，滯環(huán)控制輸出切換頻率變大，即PWM頻率增加。當(dāng)設(shè)計(jì)的交流側(cè)電感

量與工作過程中的實(shí)際值誤差較大時(shí)，對輸入電流的影響主要體現(xiàn)在高次諧波上。

24.交流調(diào)壓電路與調(diào)功電路有何區(qū)別？分別適合于何種負(fù)載

答：交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路的電路形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。

交流調(diào)壓電路是在交流電源的每個(gè)周期對輸出電壓波形進(jìn)行控制。而交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾

個(gè)周波,再斷開幾個(gè)周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。

交流調(diào)壓電路是通過改變電壓波形來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的，因此輸出的電壓波形不再是完整的正弦波，諧波分量較大。

從調(diào)壓器輸入端所觀察到的調(diào)壓器及其負(fù)載的總體功率因數(shù)也隨著輸出電壓的降低而降低。但這種交流調(diào)壓器控制

方便、體積小、投資省，因此廣泛應(yīng)用于需調(diào)溫的工頻加熱、燈光調(diào)節(jié)及風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的異步電機(jī)調(diào)速等場合。

交流調(diào)功電路一般用于電爐調(diào)溫等交流功率調(diào)節(jié)的場合，由于控制對象的時(shí)間常數(shù)大，沒有必要對交流電源的

每個(gè)周期進(jìn)行頻繁控制。

(另：還有兩道簡答，在慕課討論區(qū)，大家瀏覽一遍討論區(qū)問題即可。)

三、波形分析

1.升降壓，Cuk,正激，反激

?波形分析LI廠

,當(dāng)“G為高時(shí),VT導(dǎo)通,“r=0,Mj=ws,

%=%,增加，VD截止，帚=0；

/當(dāng)/為低時(shí)，VT斷開，“T=q+〃,

”=~a，G=。，片=乙減小.

/波形如圖3?13所示。」門口"。

Gofllfa-d-r.

■7

/<>——

o~~~_~7

a）連續(xù)導(dǎo)電模式

S3-H升降壓新波電降

圖3T3升降壓新波電路工作波洛

%

3.2.4Cuk斬波電路r

%4

?工作波形a

o

/當(dāng)VT導(dǎo)通,〃「=0,〃［」=4，八=叫增加，U.叫

匕在“通作用下增加，

VD截止；ZT=/L1+/L2

—?

/當(dāng)VT斷開,iT=0,〃]=Uci，"LI=US-3Ttf

L減小，“2=-。。，小減小，%=。，

書=必+九2減小.

-olnn

/其中心」=4+〃。

-1U,

/如圖3-17所示。J+

b)VT■止.VD導(dǎo)通Mir?

圖3d7Cuk變換叁主支工作波形

?基本的數(shù)量關(guān)系

/繞組W3被輸入電源〃鉗位，開關(guān)管

VT承受最高電壓為：

3.4.2隔離型反激斬波電路

?反激電路(Flyback)工作過程

/圖軍28中，%但分別為原邊繞組W1、副

邊繞組W2的匝數(shù)；

，當(dāng)VT導(dǎo)通，5加到W1線圈上，變壓器儲(chǔ)存

能量，G線性增長。W2線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢

為下正上負(fù)，VD截止，線圈中沒有電流

流過。

/當(dāng)VT截止時(shí),W2中的感應(yīng)電動(dòng)勢極性上正下

1

負(fù)，二極管VD導(dǎo)通，小減小。1?)電流斷續(xù)?！甑牟ㄐ?/p>

圖3-28反激式交換U電路與工作波形

2.全橋，半橋，推挽

/在VT］和VT2都截止期間,〃DD=O。

/電感心上電流只能通過二極管續(xù)流,

續(xù)流期間4)3=，［)5=。/2,下降。

?波形分析

/二極管VDsVD?導(dǎo)通，〃DD電壓約

為NWsINu

/電感上上的電流人上升；

/開關(guān)管V%、VT4通過的電流為

圖3JI全橋電路原理圖

?波形分析

?在VT［導(dǎo)通，VT2截止時(shí)，二次

側(cè)使VD2VD3導(dǎo)通，將能量傳給負(fù)

載，〃DD電壓約為電感L

上電流配上升

3.單向橋式移相電路逆變波形

3.單相全橋逆變移相調(diào)壓方式

?工作原理

，阻感負(fù)載時(shí)，采用移相調(diào)壓控制，

，當(dāng)VT3的基極信號比V明落后。角度

（0V6V180。），即VT3、VT4的柵極

信號分別比VT?、VT1的前移180「仇

，其移相調(diào)壓

方式如圖4-4［電，小

t>.RL

所示。，早CA-B

{IM、《1的

°橋式逆交電路

電壓式三相方波逆變波形

箕4T二招型客行上小式⑥衣

(0tJ/3x/3?2a/32日3rX-4K/34x/3?5W35x/3?2K

，通

VT.VT.VT,VT,VT,VTVT;VTVTVTVTVTHVI；

開關(guān)管4454$6VXVT,VT,

+zHpzMXOZ*

rTTTivw

負(fù)我等呼《飛鳴

效電路AN直N7曲-J

s_PZw6Zy型a

輸-2U/3UJ32U/3

%U4/3■U/3"3

山

相-2U./3

外U/32UJ3U4/3-Ud/3

電

壓

%-21//3■UJ3UJ32a/3UJ3-L'd/3

%0乜05u.

00

aaUU

憶q0aa04

%

A負(fù)載線電壓為120。正負(fù)對稱的矩形波。

》相電壓為180°正負(fù)對稱的階梯波。相

位互差120°。

>180*導(dǎo)電型同一相上下橋臂須“先斷

后通”方法。

A120°導(dǎo)電型不存在上下直通的問題，

但其輸出交流線電壓有效值低。故一

般采用180。導(dǎo)電型。

?改變開關(guān)管的觸發(fā)頻率或者觸發(fā)順序

'ZeVTCVTCVTCVTzTVT],就可

改變輸由電壓〃。的頻率和相序；

?419取壓圖三用標(biāo)式也交Hl?工作渡那

4.電阻負(fù)載三相橋式全控整流波形

1.電路的構(gòu)成

A共陰極組VT”VT3,

VT5,與共陽極組VT4，

VT6,VT2串接。

A三相橋式整流電路，如圖

5-16

>晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)椋?/p>

VTrVT2-VT3.VT4-VT5-VT6。

.a=30

0*yf

%

'I'II.Ill，iv；V'VI1:'.

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XAXXX：

、y<7人：人卜〉、4人

0

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圖5-17三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)段0=0。時(shí)的波形圖5-18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)栽a=30"時(shí)的波形

\NNNNNkNNNNN.

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“NNNN.

0I2

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0|yy?

圖5-19三相橋式全控整漉電路情電阻負(fù)M60”時(shí)的波影圖5-20三相橋式全控整床電路帶電阻夕較b90W的波形

阻感負(fù)載三相橋式全控整流波形

(2)阻感負(fù)載時(shí)的工作情況

A電路分析

假設(shè)電感L較大，使負(fù)載電流/；

波形平直，見圖5?21°

>a=0。時(shí)的波形見圖5?22

/確定a=0。位置，以60。寬度依

次標(biāo)定6時(shí)段。圖5-21阻感負(fù)栽時(shí)三相橋式全控整流電路原理圖

/g波形連續(xù)，工作情況與帶電阻

負(fù)載時(shí)十分相似。

圖124三相新式全控姿賽電路帶R1B負(fù)fta-SOOW的波形18623三箱橋式全控整it電郎倍用4MHS3O叼的波形

電阻負(fù)載三相半波全控整流波形

1.電阻負(fù)載

(1)電路結(jié)構(gòu)

>為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接

成星形，而一次側(cè)接成三角形，避

免3次諧波流入電網(wǎng)。

>三個(gè)晶閘管按共陰極接法連接，有

公共端，連線方便。

圖牛【。三相半波可控整流電路共陰極接

>負(fù)載為電阻/?。見圖5?10a)0法電阻負(fù)載時(shí)的電路

(2)工作原理

整流變壓器次級繞組三相正弦波力

電壓〃.、%、外互差120。

1)控制角的情況”

>VTPVT,^VT3換為二極管時(shí)，S

在相電壓的交點(diǎn)西|、函2、函3處，

均出現(xiàn)了二極管換相，稱這些交“

點(diǎn)為自然換相點(diǎn)。

A當(dāng)V%、VT2>V