(完整版)电力电子技术简答题Word格式.doc

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（8分）

（1）直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；

（2分）

（2）输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；

（3分）

（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。

3、逆变电路必须具备什么条件才能进行逆变工作？

逆变电路必须同时具备下述两个条件才能产生有源逆变：

（1）变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电势Ed，其极性应与晶闸管的导电电流方向一致。

（3分）

（2）变流电路输出的直流平均电压Ud的极性必须为负（相对于整流时定义的极性），以保证与直流电源电势Ed构成同极性相连，且满足Ud<

Ed。

（2分）

1、3、简述实现有源逆变的基本条件，并指出至少两种引起有源逆变失败的原因哪些电路类型不能进行有源逆变？

（1）外部条件：

要有一个能提供逆变能量的直流电源，且极性必须与直流电流方向一致，其电压值要稍大于Ud；

（2）内部条件：

变流电路必须工作于β<

90°

区域，使直流端电压Ud的极性与整流状态时相反，才能把直流功率逆变成交流功率返送回电网。

这两个条件缺一不可。

当出现触发脉冲丢失、晶闸管损坏或快速熔断器烧断、电源缺相等原因都会发生逆变失败。

当逆变角太小时，也会发生逆变失败。

不能实现有源逆变的电路有：

半控桥电路，带续流二极管的电路

3、下面BOOST升压电路中，电感L、电容C与二极管的作用是什么？

（7分）

储存电能升压（3分）；

保持输出电压稳定（4分）。

1、试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。

（12分）

器件

优点

缺点

IGBT

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

GTR

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

GTO

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，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低

电力

MOSFET

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单，工作频率高，不存在二次击穿问题

电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置

2、试分析下图间接交流变流电路的工作原理，并说明其局限性。

（10分）

图是带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路，它在中间直流电容两端并联一个由电力晶体管V0和能耗电阻R0组成的泵升电压限制电路。

当泵升电压超过一定数值时，使V0导通，把从负载反馈的能量消耗在R0上（5分）。

其局限性是当负载为交流电动机，并且要求电动机频繁快速加减速时，电路中消耗的能量较多，能耗电阻R0也需要较大功率，反馈的能量都消耗在电阻上，不能得到利用（5分）。

3、软开关电路可以分为哪几类？

各有什么特点？

根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；

根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路（4分）。

准谐振电路：

准谐振电路中电压或电流的波形为正弦波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式（2分）。

零开关PWM电路：

这类电路中引入辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过程前后，此电路的电压和电流基本上是方波，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式（2分）。

零转换PWM电路：

这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功率的交换被消减到最小（2分）。

3、晶闸管变流装置中为什么在主电路上要加入整流变压器进行降压？

采用整流变压器降压后可以使晶闸管工作在一个合适的电压上，可以使晶闸管的电压定额下降（2分），

使晶闸管工作于小控制角，这有利于减少波形系数，提高晶闸管的利用率，实际上也减少的晶闸管的电流定额

由于控制角小，这对变流装置的功率因素的提高也大为有利（2分）。

4、单相电压型逆变电路中，电阻性负载和电感性负载对输出电压、电流有何影响？

电路结构有哪些变化？

电阻性负载时，输出电压和输出电流同相位，波形相似，均为正负矩形波（2分）。

电感性负载时，输出电压为正负矩形波，输出电流近似为正弦波，相位滞后于输出电压，滞后的角度取决于负载中电感的大小（3分）。

　　在电路结构上，电感性负载电路，每个开关管必须反向并联续流二级管（2分）。

、简述对触发电路的三点要求。

1）触发电路输出的脉冲应具有足够大的功率；

（1分）

2）触发电路必须满足主电路的移相要求；

3）触发电路必须与主电路保持同步。

5、对于正弦脉冲宽度调制（SPWM），什么是调制信号？

什么是载波信号？

何谓调制比？

在正弦脉冲宽度调制（SPWM）中，把希望输出的波形称作调制信号；

而对它进行调制的三角波或锯齿波称为载波信号；

载波频率fc与调制信号频率fr之比，N=fc/fr称为载波比。

1、什么是可控整流?

它是利用晶闸管的哪些特性来实现的?

将交流电通过电力电子器件变换成大小可以调节的直流电的过程称为可控整流。

（3分）

可控整流主要利用了晶闸管的单向可控导电特性。

（2分）

4、电压源型变频器和电流源型变频器的区别是什么？

电流型变频器的直流环节是电感器，而电压型变频器的直流环节是电容器。

电压型变频器不能工作于再生制动状态，因为电容两端电压不能跃变。

试简述三相半控桥式整流电路与三相全控桥式整流电路的特点。

1、答：

三相全控桥式整流电路采用6只晶闸管构成，而三相半控桥式整流电路采用三只晶闸管和三只二极管构成；

三相全控桥可以工作在有源逆变状态，而三相半控桥只能工作在整流状态；

三相半控桥可能会出现失控现象，而全控桥不会。

3、举出三种常用过电流保护电器，并指出其动作时间的典型值。

1）快速熔断器，在流过6倍额定电流时熔断时间小于20ms（2分）

2）直流快速开关，动作时间只有2ms（1分）

3）电流检测和过电流继电器，开关动作几百毫秒。

在晶闸管可控整流电路的直流拖动中，当电流断续时电动机的机械特性有哪些特点？

答：

在晶闸管可控整流电路的直流拖动中，当电流断续时，电动机的理想空载转速将抬高；

机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化。

2、在三相半波可控整流电路中，如果控制脉冲出现在自然换流点以前，可能会出现什么情况？

能否换相？

、答：

在三相半波可控整流电路中，如果每只晶闸管采用独立的触发电路，那么控制脉冲出现在自然换流点以前，电路将停止工作；

如果三只晶闸管采用同一个触发电路（对共阴极连接），则控制脉冲出现在自然换流点以前，电路仍然能正常换相，但此时的控制角较大，输出电压较低。

3、在三相全控桥式有源逆变电路中，以连接于A相的共阳极组晶闸管V14为例说明，在一个周期中，其导通及关断期间两端承受电压波形的规律。

共阳极组三只晶闸管轮流导通1200，其顺序是VT4à

VT6à

VT2。

所以，当VT4导通时，两端电压为零；

当VT6导通时，VT4两端电压为线电压uvu；

当VT2导通时，VT4两端电压为线电压uwu。

6、脉宽可调的斩波电路如图，说明电路中V12及L1、C、V22各有什么作用？

V11承受反压的时间由哪些参数决定?

（6分）

（1）V12为换相辅助晶闸管。

（1分）

（2）L1、C、V22构成换相单方向半周期谐振电路，C为换相电容

V22为单方向振荡限制二极管。

（2分）

（3）V11承受反压时间由C、L和R决定。

（2分）

5、试说明功率晶体管（GTR）的安全工作区SOA由哪几条曲线所限定?

功率晶体管（GTR）的安全工作区SOA由以下条曲线所限定：

最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM以及二次击穿临界线。

什么是晶闸管交流开关？

交流调压器的晶闸管常用哪些方式控制？

如果令交流调压器中的晶闸管在交流电压自然过零时关断或导通，则称之为晶闸管交流开关（1分）。

交流调压器中的晶闸管有两种控制方式：

（1）相位控制在电源电压的每一周期，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的时刻即可达到调压的目的，即相控方式（2分）；

（2）通-断控制将晶闸管作为开关，使负载与电源接通若干周波，然后再断开一定的周波，通过改变通断的时间比达到调压的目的。

有全周波连续式和全周波间隔式两种形式（2分）。

3、3、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？

为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？

在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

当输出交流电压与电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压与电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道（3分）。

在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。

当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的控开关器件流通，因此不需要并联二极管（2分）。

4、什么是组合变流电路？

一般的开关电源是怎样组合的？

为什么要这样组合？

组合变流电路是将某几种基本的变流电路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC）组合起来，以实现一定新功能的变流电路（2分）。

开关电源通常采用交-直-交-直方式组合（1分）。

由于开关电源采用了工作频率较高的交流环节，变压器和滤波器都大大减小，因此同等功率条件下其体积和重量都远小于相控整流电源。

除此之外，工作频率的提高还有利于控制性能的提高。

由于这些原因，在数百KW以下的功率范围内，开关电源正逐渐取代相控整流电源（2分）。

4、什么叫过电流？

过电流产生的原因是什么？

当流过晶闸管的电流大大超过其正常工作电流时，称为过电流。

产生的原因有：

（1）直流侧短路；

（2）机械过载；

（3）可逆系统中产生环流或者逆变失败；

（4）电路中管子误导通及管子击穿短路等。

（5分）

5、IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点?

。

IGBT驱动电路的特点是:

驱动电路具有较小的输出电阻,ⅠGBT是电压驱动型器件,IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。

（1分）

GTR驱动电路的特点是:

驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿,并有一定的过冲,这样可加速开通过程,减小开通损耗,关断时,驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流,并加反偏截止电压,以加速关断速度。

（1分）

GTO驱动电路的特点是:

GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度,且一般需要在整个导通期间施加正门极电流,关断需施加负门极电流,幅值和陡度要求更高,其驱动电路通常包括开通驱动电路,关断驱动电路和门极反偏电路三部分。

电力MOSFET驱动电路的特点:

要求驱动电路具有较小的输入电阻,驱动功率小且电路简单。

（1分）

2、单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路接大电感负载，负载两端并接续流二极管的作用是什么？

两者的作用是否相同？

（2）其负载两端并接续流二极管是为了使交流电源电压进入负半周时，由续流二极管续流，使晶闸管关断，提高整流输出电压的平均值

（3）单相桥式半控整流电路接大电感负载，负载两端并接续流二极管的作用是为了避免失控现象的发生，保证整流电路的安全运行

4、变频器由那些基本部分构成？

1）整流器。

2）逆变器。

3）中间直流环节。

4）控制电路。

1、什么是控制角а？

导通角θ？

为什么一定要在晶闸管承受正向电压时触发晶闸管？

（1）把晶闸管承受正压起到触发导通之间的电度角称为控制角。

（2分）

（2）晶闸管一个周期内导通的电角度称为导通角。

（2分）

（3）晶体管的性能与三极管性能差不多，都是在正向压降触发导通，反向截止（1分）

4、用单结晶体管的触发电路,当移相到晶闸管达到某一导通角时,再继续调大导通角时,忽然晶闸管变成全关断是何原因?

单结晶体管导通后,如果由电源通过电位器加到发射极的电流超过谷点电流单结晶体管就关不了。

这时，单结晶体管只产生一个脉冲，尚能保持晶闸管工作，但是若进一步减小电位器电阻，加大发射极电流，那么在同步电源的梯形波上升前沿发射极就与基极直通，电容冲不上电，不能发出触发脉冲，晶闸管就全关断了。

（5分）

1、单相可控整流电路供电给电阻负载或蓄电池充电（反电势负载），在控制角α相同，负载电流平均值相等的条件下，哪一种负载晶闸管的额定电流值大一些？

为什么？

（1）反电动势负载电路中晶闸管的额定电流大一些。

因为当控制角为α时，电阻性负载时，晶闸管的导通角θ＝π-α。

（1分）

（2）而反电动势式负载时，当α小于不导电角δ时，θ＝π-2δ；

当α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ＝π-α-δ。

（2分）

（3）所以，反电动势负载时的波形系数Kf1大于电阻性负载时的波形系数Kf2。

当负载电流平均值相等的条件下，反电动势负载时的晶闸管电流的有效值大于电阻性负载时的晶闸管电流的有效值。

因此，反电动势负载晶闸管的额定电流大一些。

（3分）

4、什么是换相重叠角？

换相重叠角是什么原因造成的？

、在三相整流电路中，由于换相过程持续的时间电角度，称为换相重叠角。

原因由于变压器漏抗对电路的影响，造成换流电路中的电流不能发生突变引起的换相重叠角。

2、换流重叠角的产生给逆变电带来哪些不利影响？

（4分）

（1）由于变压器漏感和线路电感等因素的影响，晶闸管的换流（换相）不能瞬时完成，均需一定的时间即换相重叠角γ所对应的时间。

（2分）

（2）如果逆变角β<

γ，将使换相不能完成，造成逆变失败。

1、直流电动机负载单相全控桥整流电路中，串接平波电抗器的意义是什么？

平波电抗器电感量的选择原则是什么?

1）意义：

利用电厂的储能作用来平衡电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。

（2）原则：

在最小的负载电流时，保证电流连续，即使晶闸管导通角θ＝180°

3、如图为三相全控桥同步相控触发系统框图，试回答：

该触发系统采用哪种控制方式？

图中的1A、1B、1C、F、E以及1D~6D的电路名称是什么?

（1）横向控制原理。

（1分）

（2）1A为同步变压器。

（0.5）

（3）1B为同步信发发生器。

（0.5）

（4）1C为移相控制电路。

（1分）

（5）F为6倍频脉冲信号发生器。

（1分）

（6）E为环形分配器和译码器。

（0.5分）

（7）1D~6D为脉冲整形与功放电路。

（0.5分）

4、如图为单相桥式SPWM逆变器的主电路。

试说明单极性控制方式在调制波ur的负半周的控制方法和工作过程?

设ur为正弦调制　，uc为负向三角形载波，在ur的负半周，关断V31、V34、使V32始终受控导通，只控制V33。

在ur＜uc时，控制V33导通，输出电压u0为－Ud，在ur<

uc时，使V33关断，输出电压为OV。

5、何谓斩波电路的直流调压和直流调功原理？

分别写出降压和升压斩波电路直流输出电压U0电源电压Ud的关系式?

（1）改变导通比Kt即可改变直流平均输出电压U0又可改变负载上消耗功率的大小，这就是斩波电路的直流调压和调功原理。

（1分）

（2）降压斩波电路。

（2分）

（3）升压斩波电路。

（2分）

6、简述降压斩波电路的工作原理。

2、简述图3-1a所示的降压斩波电路工作原理。

3、答：

降压斩波器的原理是：

在一个控制周期中，让V导通一段时间ton，由电源E向L、R、M供电，在此期间，uo＝E。

然后使V关断一段时间toff，此时电感L通过二极管VD向R和M供电，uo＝0。

一个周期内的平均电压。

输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

3、在三相交交变频电路中，采用梯形波输出控制的好处是什么？

可以改善输入功率因数。

因为梯形波的主要谐波成分是三次谐波，在线电压中，三次谐波相互抵消，结果线电压仍为正弦波。

在这种控制方式中，因为桥式电路能够较长时间工作在高输出电压区域（对应梯形波的平顶区），a角较小，因此输入功率因数可提高15%左右。

1什么是换流？

换流的四种方式是什么？

答：

换流（commutation）指电力电子电路中支路间电流的转移。

换流方式可分为：

①电网换流：

换流电压取自交流电网。

②负载换流：

换流电压取自呈容性的负载端电压。

②器件换流：

利用全控型器件的自关断能力进行换流。

③强迫换流：

换流电压由附加的独立电路产生。

通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。

④

5、全桥和半桥电路对驱动电路有什么要求

假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。

当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值Uo。

设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为。

当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。

设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为。

当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即：

化简得：

式中的，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

2、．三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？

如果不是，它们在相位上差多少度？

不是同一点。

它们在相位上相差180°

5、多相多重斩波电路有何优点？

多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路，使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。

此外，多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高。

2什么是PWM控制？

它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。

可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制电流的目的。

简述绝缘栅双极型晶体管IGBT的特点是什么？

3、IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor），绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;

MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。

IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。

1、如题图2-21所示的单相桥式半控整流电路中可能发生失控现象，何为失控，怎样抑制失控？

、当a突然增大至180°

或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控。

增加续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。

续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。

3、交交变频电路的主要特点和不足是什么？

其主要用途是什么？

效率较高（一次变流）、可方便地实现四象限工作、低频输出波形接近正弦波接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。

受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低。

输入功率因数较低。

输入电流谐