电力电子技术期末复习要点.docx

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电力电子技术期末复习要点

电力电子技术期末复习题

一、辨析题要点：

1、由交流到直流的电力变换称为整流，由直流到直流的电力变换称为直流斩波，由交流到交流的电力变换称为交交变频或交流电力控制，由直流到交流的电力变换称为逆变。

2、电力电子器件目前专指电力半导体器件，一般都工作在开关状态。

3、按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类：

半控型器件、全控型器件、不可控器件。

4、半控型器件—通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。

器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定，如晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。

5、全控型器件—通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。

如：

绝缘栅双极晶体管（IGBT——Insulated-GateBipolarTransistor）

电力场效应晶体管（PowerMOSFET）

门极可关断晶闸管（GTO，GateTurn-Off）

电力晶体管（GTR，GiantTransistor）

12、不可控器件不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。

如：

电力二极管（PowerDiode），只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。

13、按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类：

1）电流驱动型→通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。

如：

门极可关断晶闸管（GTO，GateTurn-Off）和电力晶体管（GTR，GiantTransistor）

2）电压驱动型→仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。

如：

绝缘栅双极晶体管（Insulated-GateBipolarTransistor——IGBT）

电力场效应晶体管（PowerMOSFET）

14、电力二极管是以半导体PN结为基础，主要特性为不可控的单向导电性。

目前常用的电力二极管有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管三类。

15、晶闸管的外形有螺栓型和平板型两种封装，并在上面引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端。

内部是PNPN四层半导体机构。

16、只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的控制手段。

17、一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。

18、使用晶闸管时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管，并留一定的裕量，一般取1.5~2倍。

19、使晶闸管维持导通所必需的最小电流叫维持电流IH，晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流叫擎住电流IL。

通常IL约为IH的2~4倍。

20、已经导通的晶闸管的可被关断的条件是流过晶闸管的电流减小至维持电流IH以下。

21、晶闸管的派生器件主要有：

快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管和光控晶闸管。

22、造成在不加门极触发控制信号即能使晶闸管从阻断状态转为导通状态的非正常转折，有两种因素：

一是阳极的电压上升率du/dt太快，二是阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应。

23、电力MOSFET工作在开关状态，既是在截止区和非饱和区之间来回转换。

24、绝缘栅双极晶体管是GTR和MOSFET器件技术的复合，结合二者的优点，具有好的特性。

25、电力电子器件的驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。

光隔离一般采用光耦合器， 磁隔离的元件通常是脉冲变压器。

26、抑制过电压的方法之一是用RC阻容电路吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。

27、用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。

28、从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度，称触发角或控制角。

用α表示。

29、晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，叫导通角，用θ表示。

30、低频整流电路一般采用相位控制方式，高频整流电路一般采用PWM控制方式。

31、在整流主电路直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。

32、单相全波可控整流电路的特性与单相桥式全控整流电路基本一致，主要的区别为：

单相全波只用2个晶闸管；晶闸管承受的最大电压为

U2。

单相半波可控整流电路中，晶闸管可能承受的最大反向峰值电压为

U2

33、单相半控桥电感性负载电路中，在负载两端并联一个续流二极管的目的是防止失控现象的产生。

34、驱动电路是电力电子器件主电路与控制电路之间的接口。

35、三相半波可控整流电路常用共阴极接法。

36、三相半波可控整流电路中将二极管换相时刻，作为各相晶闸管能触发导通的最早时刻，即=0︒的位置，这些点也称为自然换相点。

37、单相全控桥式整流电阻性负载电路中，触发角的最大移相范围是180°。

38、单相桥可控整流电路，控制角为α，带阻感性负载时的功率因数是0.9cosα

39、三相桥可控整流电路，控制角为α，带阻感性负载时的功率因数是0.955cosα

40、三相桥可控整流电路阻感负载时按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60︒。

41、三相桥可控整流电路采用两种脉冲触发方法：

一种是宽脉冲触发，另一种是双窄脉冲触发，其中常用的是双窄脉冲触发。

42、由于整流电路中变压器漏感的存在，出现了换相重叠角γ，整流输出电压平均值Ud降低。

43、双反星形可控整流电路设置电感量为Lp的平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时导电。

其绕组极性相反的目的：

消除直流磁通势。

44、双反星形可控整流电路阻感负载时Ud的计算公式为

，每只晶闸管导通120︒，晶闸管承受的最大正反向电压均为

。

45、电力机车下坡行驶要求整流电路工作在有源逆变方式。

全控桥式变流器直流电动机卷扬机拖动系统中，当提升重物时，Ud与Ed的关系为Ud>Ed。

46、逆变分为有源逆变和无源逆变两种。

47、产生逆变的条件有二：

1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。

（2）晶闸管的控制角α>

/2，使Ud为负值。

48、半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。

欲实现有源逆变，只能采用全控电路。

49、三相桥整流电路的有源逆变和整流的区别：

控制角α不同

0<α<π/2时，电路工作在整流状态。

π/2<α<π时，电路工作在逆变状态。

50、α>π/2时的控制角用π－α＝β表示，称为逆变角。

51、逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。

这种现象成为逆变失败（或逆变颠覆）

逆变失败的原因：

（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。

（2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。

（3）交流电源缺相或突然消失。

（4）换相的裕量角不足，引起换相失败。

52、两种最基本的电路是降压斩波电路和升压斩波电路。

53、直流斩波电路常用PWM控制方式。

54、交流-交流变流电路：

一种形式的交流变成另一种形式交流的电路，可改变相关的电压、电流、频率和相数等。

交流电力控制电路：

只改变电压、电流或控制电路的通断，不改变频率。

55、交流电力控制电路的类型有：

交流调压电路、交流调功电路和交流电子开关。

其中交流调压电路采用移相控制方式，交流调功电路和交流电子开关采用过零通断控制方式。

56、晶闸管交交变频电路，也称周波变流器。

单相交交变频电路由P组和N组反并联相控整流电路组成。

改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频率ωο，改变变流电路的控制角α，就可以改变交流输出电压的幅值。

57、交交变频电路输出正弦波电压的调制方法：

余弦交点法。

58、交交变频也称为直接变频，交直交变频也称为间接变频。

和交直交变频电路比较，交交变频电路的优点：

只用一次变流，效率较高，可方便地实现四象限工作，低频输出波形接近正弦波。

缺点是：

输入功率因数较低，输入电流谐波含量大。

59、逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。

交流侧接电网，为有源逆变，交流侧接负载，为无源逆变。

60、无源逆变电路换流方式：

器件换流、电网换流、负载换流、强迫换流，器件换流——适用于全控型器件，其余三种方式——针对晶闸管。

61、逆变电路按其直流电源性质不同分为两种：

电压型逆变电路，电流型逆变电路。

电压型逆变电路的特点：

（1） 直流侧为电压源或并联大电容储能，直流侧电压基本无脉动；

（2） 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；

（3） 阻感负载时需提供无功，为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管（或续流二极管）。

电流型逆变电路的特点：

（1） 直流侧为电流源或串联大电感储能，直流侧电流基本无脉动；

（2） 输出电流为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同； （3）直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。

62、三相电压型逆变电路常用180°导电方式，每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。

63、三相电流型逆变电路常用120°导电方式，每个臂一周期内导电120°，每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，横向换流。

64、三相电压型逆变电路防止同一相上下两桥臂开关器件直通采取“先断后通”的方法。

65、单相并联谐振式逆变电路由C和L、R构成并联谐振电路。

属于电流型逆变电路，采用负载换相方式，要求负载电流略超前于负载电压，输出电流波形接近矩形波，负载电压波形接近正弦波。

66、PWM控制的理论基础是面积等效原理。

67、逆变电路中的PWM波形的产生方法有三大类：

计算法：

代表为特定谐波消去法

调制法：

异步调制－载波信号和调制信号不同步的调制方式和同步调制—载波信号和调制信号保持同步的调制方式；工程实用方法是规则采样法。

跟踪控制法：

常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。

若要减小SPWM逆变器输出电压基波频率，可采用的控制方法是减小正弦调制电压频率。

改变SPWM逆变器中的调制比，可以改变输出正弦波的幅值。

采用多重化电压源型逆变器的目的，主要是为了减小输出谐波。

68、可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。

69、软开关与硬开关的定义。

软开关的作用：

可降低开关损耗和开关噪声。

70、软开关分类：

零电压开关和零电流开关。

71、软开关电路的分类：

准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。

二、简答题：

第2章——2、3

第3章——26、29

第4章——逆变与变频电路的区别与联系？

第6章——3、5

第7章——6、8

第8章——1

看图分析题：

三相整流、逆变电路的绘制；各章主要变流电路中电路元件的作用及整个电路的原理及功能分析；

计算题：

第2章：

例题、课后练习题－4、5（不考虑安全裕量和考虑安全裕量两种情况）

第3章：

例题、练习题－3、5、11、13、14、15、17、27、28

重点掌握：

（单相桥可控整流电路阻感负载、三相半波可控整流电路阻感负载、三相桥式可控整流电路阻感负载，可能有反电动势）电路图、波形绘制与计算公式（包括整流与逆变，考虑变压器漏抗影响等）、晶闸管两端波形分析、移相范围、晶闸管承受的正反向电压峰值、换向压降、换向重叠角、每只晶闸管导通的范围、整流输出电压的脉波数和脉动的频率。

功率因数计算：

单相桥式全控整流电路阻感负载

三相桥式全控整流电路阻感负载

第4章：

例题、练习题－5，掌握计算公式

第5章：

例题、练习题－2，3，5，重点是基本降压斩波电路和升压斩波电路的计算，注意先判断负载电流是否连续，再计算。

第6章：

例题、练习题－2，重点是单相交流调压电路阻感负载，注意α与φ的关系对电路的影响、计算公式的变化

第7章：

例题、练习题－2，掌握电路的工作原理和计算公式

辨析题判断下列说法是否正确，并说明理由，

1、图1中若晶闸管的维持电流

，给晶闸管门极注入足够电流，晶闸管能够导通。

图中E=15V，R=1000Ω。

图1

2、2所示电路是有源逆变电路。

图2

3、晶闸管投切电容器（TSC）中晶闸管用作电力电子开关。

4、带续流二极管的整流电路可以工作在有源逆变状态。

5、如图3所示整流电路，电源电压

，输出开路时，直流侧输出电压

，

为晶闸管触发角。

图3

6、晶闸管带大电感负载整流电路中，假设网侧电压为基波正弦波，则电网输出的有功功率为

，

为晶闸管触发角，

、

分别为整流器交流侧电压有效值和电流基波有效值。

7、对PWM同步调制，调制信号频率发生变化时，载波频率可以不变。

8、三相半波整流电路，触发脉冲位置如图4所示，触发角

。

图4

9、晶闸管整流电路的换流方式是电网换流。

10、全控型器件是指通过控制端既可以控制器件的导通，又可以控制器件的关断。

分析题

1、分别画出V导通和关断时的等效电路，并分析如图5所示电路是升压斩波电路，还是降压斩波电路。

图5

2、如图6（a）所示的逆变电路，器件的控制信号如图6（b）所示，试分析逆变器输出电压波形和输出电流波形，并分析有哪些方法可以改变逆变器输出基波电压有效值。

（a）

（b）

3、如图7所示整流电路中，变压器二次侧相电压有效值

，触发角

，直流侧电势

=150V，分析该整流电路此时是否可以工作在有源逆变状态。

图7

4、试画出图8所示电路当触发脉冲

负载上的电压波形，并推导负载电压平均值和触发角

的关系。

图8

5、如图9所示逆变电路，采用双极性PWM控制方式，调制信号波形和载波信号波形如图8所示，试分别画出器件V1、V2、V3、、V4控制信号波形和逆变器输出电压波形，并根据输出电压波形分析，要提高逆变器输出基波电压的幅值和频率，可以通过改变什么来实现。

（a）（b）

图9

单相全控桥式整流电路，带大电感负载，且

，如图10所示，变压器二次侧电压有效值

，整流器输出电压为99V，请解答

（1）整流电路此时工作在什么状态；

（2）触发角

为多少；（3）画出此时负载电压和电流波形；（4）画出此时VT1承受的电压波形和VT1承受的最大电压；（5）此时晶闸管的导通角是多少；（6）计算流过负载电阻电流的平均值；（7）计算流过器件电流的有效值；（8）计算变压器二次测电流的有效值；（9）计算变压器输出的实际容量；（10）为了在相同触发角

时，提高输出电压的平均值，试在图中画出续流二极管，并进行正确连接。

（本题共20分）

图10

一交流调压电路如图11（a）所示，电源电压有效值

，带阻感性负载，电感

，回路总电阻

，试问

（1）此电路触发角

的移相范围是多少？

（2）此电路输出的最大功率是多少，此时

为多少？

（3）此时电源侧功率因数是多少？

（4）试画出

时，负载上的电压和电流波形。

（本题共10分）

（a）

（b）

图11