电力电子复习题(二)讲解.ppt

电力电子 复习题（二）讲解,判断,1、软开关技术分为零电压和零电流两类。 2、要使晶闸管由导通变为关断，可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，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 3、某半导体器件的型号为KP507的，其中7表示额定电压7000V。 4、晶闸管串联使用须采取“均压措施”。 5、为防止过电流，只须在晶闸管电路中接入快速熔断器即可。 6、绝缘栅双极型晶体管具有电力场效应晶体管和电力晶体管的优点。 7、把直流电变为交流电的过程叫整流。 8、将直流电变为交流电直接供给负载使用的过程叫无源逆变。 9、交-交变频电路的主要不足是:接线简单，如采用三相桥式电路的三相 交-交变频器至少要用72只晶闸管。 10、并联谐振逆变器必须是略呈电容性电路。,11、使晶闸管导通的条件是uAK0且uGK 0 。 12、大功率晶体管的放大倍数都比较低。 13、型号为KP507的半导体器件，KP50表示是一个额定电流为50A的普通晶闸管。 14、只要让加在晶闸管两端的电压减小为零，晶闸管就会关断。 15、电力场效应晶体管属于电流型控制元件。 16、把交流电变为直流电的过程叫逆变。 17、将直流电变为和电网同频率的交流电并反送到交流电网去的过程称为有源逆变； 18、电力MOSFET缺点是：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。 19、当电网频率为50Hz时，交交变频电路输出的上限频率为20Hz左右。 20、逆变角太大会造成逆变失败。 ,分析,1、PWM控制的基本原理。 答： PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的一种技术。其基本原理是：依 据冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相 同这一采样控制结论，将N 等分按正弦规律变化的宽度相等，而幅值不等 的脉冲列变换为幅值相等，而宽度按正弦规律变化的脉冲列PWM 波形，以 期与正弦波等效。,2、如图是一个三相逆变电路，试分析工作原理并画出波形。,答： 基本工作方式： 每一桥臂导通1800，上下桥臂交替导通，即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。 1、3、5桥臂相位互差1200，任意时 刻上下有三个桥臂同时导通，以形成电流回路。 桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流id的波形，id 每60脉动一 次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉 动的，电压型逆变电路的一个特点。 为防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源短路， 应采取“先断后通”的方法。,3换流方式有那几种？各有什么特点？ 答： 换流方式有四种： （1）器件换流：利用全控型器件的自关断能力进行换流。 （2）电网换流：利用电网电源电压过零来实现换流。 （3）负载换流：利用容性负载电流超前负载电压来实现换流。 （4）强迫换流：设置专门的关断电路，给需要关断的器件施加反向电压， 强迫其关断。,4、交-交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高 的因素是什么？ 答： 若电网频率为50HZ时，则交-交变频电路的最高输出频率为20HZ左右。 制约输出频率提高的因素是电网频率和变流电路脉波数的限制。当输 出频率增高时，输出电压一周期所包含的电网电压段数减少，波形畸变严 重，电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动。,5、使用间接直流变流电路的原因是什么？ 答：采用这种结构较为复杂的电路来完成直流直流的变换有以下原因： 1、输出端与输入端需要隔离。 2、某些应用中需要相互隔离的多路输出。 3、输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。 4、交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电 容的体积和重量。,6、什么是TCR？什么是TSC？它们的基本原理是什么？各有何特点？ TCR是晶闸管控制电抗器.TSC是晶闸管投切电容器。 二者的基本原理如下;： TCR是利用电抗器来吸收电网中的无功功率(或提供感性的无功功率),通 过对晶闸管开通角角的控制,可以连续调节流过电抗器的电流,从而调节 TCR 从电网中吸收的无功功率的大小。 TSC 则是利用晶闸管来控制用于补偿无功功率的电容器的投入和切除来 向电网提供无功功率(提供容性的无功功率)。 二者的特点是: TCR 只能提供感性的无功功率,但无功功率的大小是连续的.实际应用中 往往配以固定电容器(FC), 就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功 率。 TSC 提供容性的无功功率,符合大多数无功功率补偿的需要，其提供的 无功功率不能连续调节但在实用中只要分组合理,就可以达到比较理想的动 态补偿效果.。,答： TCR是晶闸管控制电抗器，而TSC是晶闸管投切电容器。 基本工作原理： TCR是利用电抗器来吸收电网中的无功功率(或提供感性的无功功率),通过对晶闸管开通角的控制,可以连续调节流过电抗器的电流,从而调节TCR从电网中吸收的无功功率的大小。 TSC则是利用晶闸管来控制用于补偿无功功率的电容器的投入和切除来向电网提供无功功率(提供容性的无功功率)。 基本特点： TCR只能提供感性的无功功率,但无功功率的大小是连续的，实际应用中往往配以固定电容器(FC), 就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率。 TSC提供容性的无功功率,符合大多数无功功率补偿的需要，其提供的无功功率不能连续调节但在实用中只要分组合理,就可以达到比较理想的动态补偿效果.。,7、正确使用晶闸管应该注意哪些事项？ 由于晶闸管的过电流、过电压承受能力比一般电机电器产品要小的 多，使用中除了要采取必要的过电流、过电压等保护措施外，在选择晶 闸管额定电压、电流时还应留有足够的安全余量。 另外，使用中的晶闸管还应严格遵守规定要求。此外，还要定期对 设备进行维护，如清除灰尘、拧紧接触螺钉等。严禁用兆欧表检查晶闸 管的绝缘情况。,8、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？ 交-交变频电路的主要特点是: 只用一次变流效率较高;可方便实现四象限工作;低频输出时的特性接 近正弦波。 交-交变频电路的主要不足是: 接线复杂。如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；输出功率因 数较低；输入电流谐波含量大，频谱复杂。 主要用途：500千瓦 或1000千瓦以下的大功率，低转速的交流调速电 路，如轧机主传动装置，鼓风机，球磨机等场合。,9、交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负 载？为什么？ 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。 交流调功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。 交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异 步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中，还常用于 对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源 中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采用晶闸管相控整流 电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压 大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调 压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器 二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设 计制造。 交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控 制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。,10、GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通 晶闸管不能？ GTO和普通晶阐管同为PNPN结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶 体管V1、V2，分别具有共基极电流增益和，由普通晶阐管的分析可得，是 器件临界导通的条件，当两个等效晶体管过饱和而导通；不能维持饱和导 通而关断。 GTO之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTO与普通晶 闸管在设计和工艺方面有以下几点不同： 1）GTO在设计时较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断； 2）GTO导通时更接近于l，而普通晶闸管，且GTO为，GTO的饱和程 度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件； 3）多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小, 门极和阴极间的距离大 为缩短，使得P2 极区所谓的横向电阻很小, 从而使从门极抽出较大的电流 成为可能。,11、什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。 按照逆变电路直流侧电源性质分类，直流侧是电压源的称为电压型逆 变电路，直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。 电压型逆变电路的主要特点是： 直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基 本无脉动，直流回路呈现低阻抗。 由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且 与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同 而不同。 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。 电流型逆变电路的主要特点是： 直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直 流回路呈现高阻抗。 电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧 输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相 位则因负载阻抗情况的不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功 能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型 逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。,12、如图2-6 单相桥式电流型逆变电路试分析工作原理并画出波形。,解： 由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器，用来限制晶 闸管时的di/dt。工作方式为负载换相。电容C和L 、R构成并联谐振电路。 输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。 T1t2：VT1和VT4稳定导通阶段，i=Id，t2 时刻前在C上建立了左正右负的 电压。 T2t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段。 LT使VT1、VT4不能立刻关断，电流有一个减小过程。VT2、VT3电流有一 个增大过程。4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路 同时放电。一个经LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一个经LT2、VT2、VT4、LT4到C。 io在t3时刻，即iVT1=iVT2时刻过零，t3时刻大体位于t2和t4的中点。 t=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束。 t4t2= tg 称为换流时间。保证晶闸管的可靠关断 晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力，换流结束后还要使 VT1、 VT4承受一段反压时间tb。tb= t5- t4应大于晶闸管的关断时间tq。,波形绘制及计算,1、下图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的 电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流 有效值I1、I2、I3。,a),解：,b),c),2、在升压斩波电路中，已知E=50V，L 值和C 值极大，R=20，采用脉 宽调制控制方式，当T = 40s，ton=25s时，计算输出电压平均值U0 ， 输出电流平均值I0。 解：输出电压平均值为：,输出电流平均值为：,3、一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在时 输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80时的开通角。 解: =00时的输出电压U0最大，即为电源电压U1 此时负载电流为最大值，即,因此最大输出功率为,输出功率为最大输出功率的80%时,有:,可见有：U0=0.8U1,又,即,解得 =60.540,4、单相半波可控整流电路对电感负载供电,L=20mH,U2=100V,求当=00时 和=600时的负载电流Id,并画出Ud与Id波形。 解： （1）=00 时，因为忽略电阻，故列回路方程得,两边积分，得,当晶闸管导通时刻，t =0，id = 0，故,波形图如下：,（2）=600 时,因忽略电阻，故电源在电源正半周600-1800 期间为电感 贮藏能量,而在1800-3000期间则电感释放能量。为此，有1200期间电流断 续。回路方程仍然为,可得：,因为t=600时，id=0，故,因而,波形图如下：,5、单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2，L值极大，反电势 E=60V，当=30时，要求： 作出ud、id和i2的波形； 求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：ud、id和i2的波形如下图：,整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为,Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id 9(A),晶闸管承受的最大反向电压为：U21001.414 141.4（V） 流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVTId1.4146.36（A） 故晶闸管的额定电压为：UN(23)141.4283424（V） 晶闸管的额定电流为：IN(1.52)6.361.5768（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。,6、一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在 =00时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的50时的开通角。 解：=00时的输出电压最大，为,此时负载电流最大，为,故输出最大功率，为,现要求输出功率为最大功率的50%，则应有:,又因,故 =900,7、在降压斩波电路中，已知E=200V，R=10，L值极大，EM=30V，T=50s, ton=20s,计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。 解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为 而输出电流则为,8、三相半波可控整流电路,U2=10