《电力电子技术》课程复习与考试doc.docx

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《电力电子技术》课程复习与考试doc

11级《电力电子技术》课程

复习与考试提纲（第五版）

综合成绩=平时成绩（30%）+实验成绩（10%）+期末考试（60%）

考试题型：

1.单项选择题：

10%,共5题；2.填空题：

20%,共20空；3.问

考试时间：

第18周周5（2014-01-03）15:

00-17:

00

考试地点：

A3・305、A3・302、A3・304、A3・303、A3・308、A3・310、A3-309

一、绪论

什么是电力电子技术？

1）电力电子技术的定义

使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。

29电力变换的类型

电力变换通常可分为四大类：

交流变直器、直流变交器、直流变直器、交流变交器

3）电力电子技术的分类、学科组成、重要特征。

电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术两个分支；电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交又而形成的；电力电子技术中为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态，这是电力电子技术的一个重要特征。

二、电力电子器件

课后习题：

第2题、第3题、第4题（a）、第5题（a）

4）电力电子器件的概念。

是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

5）电力电子系统的组成。

电力电子电路也被称为电力电子系统，由控制电路、驱动电路、检测电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。

6）电力电子器件的分类。

（1）按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可分为半控型器件、全控型器件和不控型器件。

（2）按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的信号性质，又可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型器件。

（3）电力电子器件还可以按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为单极型器件、双极型器件和复合型器件。

7）晶闸管的静态工作特性,参数计算。

静态工作特性：

（1）半晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

（2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。

（3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不能门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。

（4）若要使己导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。

参数计算：

（详细见PPT）

电压定额

电流定额

动态参数

8）四种全控型器件的优缺点比较。

对IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的优缺点的比较如下：

器件

优点

缺点

GTO（门极可关断晶闸管）

电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强

电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驰动功率大，驱动也路复杂，开关频率低

GTR（电力晶体管）

耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低

开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题

电力MOSFET

（电力场效应晶

开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简

电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电

体管）

单，工作频率高，不存在二次击穿问题

力电子装置

1GBT（绝缘栅双极晶体管）

开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小

开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及GTO

三、整流电路

课后习题：

第5题、第7题、第11题、第13题、第26题

1）单相桥式全控整流电路带不同负载（纯电阻负载、阻感负载、反电动势负载）时，电路结构，工作原理，波形，参数计算，触发角的移相范围。

2）三相半波可控整流电路带不同负载（纯电阻负载、阻感负载）时，电路结构,工作原理，波形，参数计算，触发角的移相范围。

3）三相桥式全控整流电路带不同负载（纯电阻负载、阻感负载）时，电路结构,工作原理，波形，参数计算，触发角的移相范围。

4）逆变、有源逆变的定义，逆变的条件。

逆变：

把直流电转换成交流电，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变

有源逆变:

当交流侧和电网连结时，这种逆变电路成为有源逆变电路。

逆变的条件：

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。

晶闸管的控制角a>n/2,使Ud为负值。

四、逆变电路

课后习题：

第1题、第2题、第3题、第4题

9）有源逆变与无源逆变的的区别。

交流侧接电网，为有源逆变。

交流侧接负载，为无源逆变。

10）换流方式的类型、特点。

器件换流：

利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流

电网换流：

由电网提供换流电昆称为电网换流负载换流：

由负载提供换流电压称为负载换流强迫换流：

给欲关断的晶闸管强迫施加反电压或反向电流的换流方式称为强迫换流、

11）电压型逆变电路的定义、主要特点。

直流侧是电压源，称为电压型逆变电路；

（1）直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动o

（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功率。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

12）电流型逆变电路的定义、主要特点。

直流侧是电流源，称为电流型逆变电路；

（1）直流侧申大电感，电流基本无脉动,相当于电流源。

（2）交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。

输出电压波形和相位因负载不同而不同。

（3）直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件并联二极管。

五、直流•直流变流电路

课后习题：

第2题、第3题

1）直流斩波电路的定义。

将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直流-直流变换器

（DC/DCConverter）□

2；直流斩波电路的控制方式。

T不变，调节开关导通时间T°n，称为脉冲宽度调制（PWM）。

々不变，改变开关周期T,称为频率调制。

-和T都可调，改变占空比，称为混合型。

3）buck电路的电路结构,工作原理,波形,参数计算。

（电流连续情况下）

工作原理:

t=0时刻驱动N导通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io按指数

曲线上升。

t=tl时控制V关断,二极管UD续流,负载电压uo近似为零,负载电流呈指数

曲线下降。

通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

波形:

参数计算见课本或者PPT

4）间接直流变换电路的结构,分类。

5）正激电路的电路结构,工作原理,波形,开关承受的电压。

六、交流电力控制电路和交交变频电路

课后习题：

第1题、第3题

1）交流调压与交流调功电路的区别

交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。

交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。

而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。

2）交流电力控制电路和交交变频电路的定义、分类。

3）单相交流调压电路不同负载情况下的工作原理，波形，参数计算，移相范围。

七、PWM控制技术

课后习题：

第3题、第5题、第6题

1）PWM控制的定义。

即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。

2）单相桥式PWM逆变电路单极性和双极性调制。

三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式。

三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性PWM控制方式。

3）同步调制和异步调制的定义、特点;分段同步调制。

同步调制：

载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即N等于常数。

异步调制：

载波信号和调制信号不同步的调制方式

分段同步调制：

异步调制和同步调制的综合应用

4）自然采样法与规则采样法的定义、两者之间特点的比较。

1）自然采样法：

按照SPWM控制的基本原理产生的PWM波的方法，其求解复杂，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多。

2）规则采样法

工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量小得多。

比起自然采祥法，规则采样法的计算非常简单，计算量大大减少，而效果接近自然采样法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采样法难以在实时控制中在线计算，在工程中实际应用不多的缺点。

八、软开关技术

课后习题：

第1题

1）硬开关的定义。

开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠。

电压、电流变化很快，波形出现明显得过冲，导致开关噪声。

2）什么是软开关？

采用软开关技术的目的是什么?

在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，消除电压、电流的重叠。

降低开关损耗和开关噪声。

九、电力电子器件应用的共性问题

课后习题：

第6题

1）缓冲电路的定义、作用。

du/

又称为吸收电路。

其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、九〃或过电流和%,减小器件的开关损耗。

二、电力电子器件

图1-43晶闸管导电波形

4I

kImsincotd）—（—+1）~0.2717/m

42兀2

cot）2d\cot）=——4-—=0.4767/m

2v42〃

sincotd{cot）=——1）~0.5434/ni

・x21/\/

d（cot）=

1〃1

c）

"3=家f顽（以）=彳Im

三.整流电路

3.单相桥式全控整流电路，〃2=100V,负载中R=2Q,乙值极大，当1=30°时，要求：

①作出处、id、和也的波形；

%1求整流输出平均电压Ud、电流足变压器二次电流有效值如

%1考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：

①用、1、和，2的波形如下图：

②输出平均电压Ud、电流足变压器二次电流有效值"分别为Ud=0.9U2cosa=0.9XI00Xcos30°=77.97（V）

/d=Ud/R=77.97/2=38.99（A）

I2=Id=38.99（A）

③晶闸管承受的最大反向电压为：

V2t/2=100V2=141.4（V）

考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：

Un=（2〜3）X141.4=283-424（V）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

流过晶闸管的电流有效值为:

/vt="/V2—27.57（A）

晶闸管的额定电流为：

/n=（1.5-2）X27.57/1.57=26〜35（A）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

5.单相桥式全控整流电路，U2=1（）（）V,负载中R=2Q,L值极大，反电势E=60V,当仲30。

时，要求：

%1作出如、id和政的波形；

%1求整流输出平均电压f/d、电流"，变压器二次侧电流有效值/2；

%1考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：

①"d、id和,2的波形如下图:

荔

%1整流输出平均电压仇、电流/d，变压器二次侧电流有效值/2分别为

仇=。

.9U2cosa=0.9X100Xcos30°=77.97（A）

/d=（〃d—E）/R=（77.97—60）/2=9（A）

【2=Id=9（A）

%1晶闸管承受的最大反向电压为：

V2t/2=100V2=141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：

/vt="/V2=6.36（A）故晶闸管的额定电压为：

Un=（2〜3）X141.4=283〜424（V）晶闸管的额定电流为：

加=（1.5〜2）X636/1.57=6~8（A）

晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

11.三相半波可控整流电路，U2=100V,带电阻电感负载，R=5Q,乙值极大,当合60。

时，要求：

%1画出如、id和，vti的波形;

%1计算"d、"、/dT和，VT。

解:

①如id和ivn的波形如下图:

②〃d、"、，dT和/vT分别如卜

Ud=1.17[72coso=1J7X100Xcos60°=58.5（V）

/d=〃d/R=58.5/5=11.7（A）

/（ivt=/d/3=lI.7/3=3.9（A）

，vT=/d/=6.755（A）

13.三相桥式全控整流电路，t/2=IOOV,带电阻电感负载，R=5Q,匕值极大,当仲60。

肘，要求：

①I®出"d、id和，VT1的波形;

②计算〃d、/d、"t和/vT。

解：

①确、id和ivTi的波形如下:

②〃d、/（!

、如和/VT分别如F

Ud=2.34t/2cos6r=2.34X100Xcos60°=117（V）

Ai=〃d/R=117/5=23.4（A）

/dvt=Ai/3=23.4/3=7.8（A）

/vt=4i/占=23.4/占=13.51（A）

五、直流•直流变流电路

2.在图3・la所示的降压斩波电路中,已知£=200V,/?

=10Q,L值极大,£M=30V,r=50/zs,ton=20nS,计算输出电压平均值U。

输出电流平均值/Oo

解：

由于乙值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为

/_〃。

-环_80-30

°~R10

=5（A）

输出电流平均值为

3.在图3・la所示的降压斩波电路中,E=IOOV,L=lmH,R=0.5Q,EM=10V,采用脉宽调制控制方式，T=20^s,当⑶=5/zs时，计算输出电压平均值（/。

，输

出电流平均值L”计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。

当fon=3ns时，重新进行上述计算。

解：

由题目己知条件可得：

em10八1m-—==0.1

E100

L0.001八

T=—==0.002

R0.5

当7on=5々S时,有

^=1=0.01T

ap=L=0.0025T

由于

e^-le00025-1八睥八

p.=?

o.oi.=0-249>/n

-1e-1

所以输出电流连续。

此时输出平均电压为

Uo100x5=25（V）

T20

输出平均电流为

输出电流的最大和最小值瞬时值分别为

t（\-e~ap}E_（\-e^25八：

）100_“心小

t（e^-X}E_（e^25-\

/min=〔KT一叫厂［萨匚F-。

•1后=29.81（A）

fon=3HS时，采用同样的方法可以得出：

ap=0.0015

由于

阳_i0.015_|

二——=0.149＞朋

"-1/仞-1

所以输出电流仍然连续。

此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为:

Uo=^E=-^^=15（V）

T20

R

^-0.0015

一0.0】_0・1

七）

<0.0015

Z】iin二

—=9.873（A）

0.1

J0.5

已知伊50V,Z值和。

值极大，B20Q,

扁广25/zs时，计算输出电压平均值（A，

£^=15-10=10（a）

-0.5

—=10.13（A）

0.5

5.在图3-2a所示的升压斩波电路中，采用脉宽调制控制方式，*7=40/zs,输出电流平均值L。

解：

输出电压平均值为：

T40

U。

=—E=x50=133.3（V）

如40-25

输出电流平均值为:

C7O133.3acin

/o=—==6.66/（A）

R20