电力电子简答题考试重点

1 1 电力电子器件的分类电力电子器件的分类 a 按照电力电子器件能被控制电路信号所控制的程度被控制电路信号所控制的程度可分为三类 1 不可控器件 不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件 因此不需要驱动电路 这 就是电力二极管 只有两个端子 器件的导通和关断是由其在主电路中承受的电压和电流 决定的 2 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的电力电子器 件 晶闸管及其大部分派生器件 器件的关断是由其在主电路中所承受的电压和电流决定 的 3 全控型器件 自关断器件 通过控制信号既可以控制其导通 又可以控制其关断 的电力电子器件 常用的是电力场效应晶体管 MOSFET 绝缘栅双极晶体管 IGBT GTO 门极可关断晶闸管 GTR 电力晶体管 b 按照驱动电路加在加在电力电子器件控制端和公共端间信号的性质控制端和公共端间信号的性质分两类 1 电流驱动型 通过从控制端注入或抽出电流来实现导通或者关断的控制 晶闸管 GTO GTR 2 电压驱动型 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 或关断的控制 IGBT MOSFET c 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况电子和空穴两种载流子参与导电的情况可分三类 1 单极型器件 由一种载流子参与导电的器件 电力 MOSFET 功率 SIT 肖特基二极 管 2 双极型器件 由电子和空穴两种载流子参与导电的器件 电力二极管 晶闸管 GTO GTR 3 复合型器件 由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件 MCT MOS 控制晶闸管 IGBT SITH d 根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形控制端和公共端之间的有效信号波形分类 1 脉冲触发型 晶闸管及其派生器件 2 电平控制型 全控型器件 IGBT GTO MOSFET GTR 2 使晶闸管导通的条件是 使晶闸管导通的条件是 晶闸管承受正向阳极电压 并在门极施加触发电流 脉冲 或 uAK 0且uGK 0 维持晶闸管导通的条件是维持晶闸管导通的条件是 使晶闸管的电流大于能保 持晶闸管导通的最小电流 即维持电流 使晶闸管由导通变为关断 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 产生逆变的条件产生逆变的条件 a 要有直流电动势 其极性须和晶闸管的导通方向一致 其值应大于变 流器直流侧的平均电压 b 要求晶闸管的控制角a p 2 使Ud为负值 两者必须同时具 备才能实现有源逆变 4 逆变失败 逆变颠覆 逆变失败 逆变颠覆 逆变运行时 一旦发生换流失败 外接的直流电源就会通过晶 闸管电路形成短路 或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联 由于逆变 电路内阻很小 形成很大的短路电流 5 逆变失败的原因逆变失败的原因 a 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 b 晶闸管发生故障 该断时不断 或 该通时不通 c 交流电源缺相或突然消失 c 换相的裕量角不足 引起换相失败 6 防止逆变失败 防止逆变失败 不仅逆变角 b 不能等于零 而且不能太小 必须限制在某一允许的最小 角度内 防止逆变失败的方法有 采用精确可靠的触发电路 使用性能良好的晶闸管 保证交流电源的质量 留出充足的换向裕量角 等 最小逆变角 min 一般取 30 度到 35 度 7 换流方式各有那几种 各有什么特点 换流方式各有那几种 各有什么特点 答 换流方式有 4 种 器件换流器件换流 利用全控器件的自关断能力进行换流 全控型器件采用此换流方式 电网换流电网换流 由电网提供换流电压 只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可 负载换流负载换流 由负载提供换流电压 当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时 可 实现负载换流 强迫换流强迫换流 设置附加换流电路 给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流 通常是利用附加电容上的能量实现 也称电容换流 晶闸管电路不能采用器件换流 根据电路形式的不同采用电网换流 负载换流和强迫换流 8 电压型逆变电路和电流型逆变电路的概念和特点 电压型逆变电路和电流型逆变电路的概念和特点 答 按照逆变电路直流测电源性质分类 直流侧是电压源的逆变电路称为电压型逆变电 路 直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路 电压型逆变电路电压型逆变电路的主要持点持点是 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 电流型逆变电路电流型逆变电路的主要特点特点是 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 直流测电惑 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 9 逆变电路多重化的目的 如何实现 串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合 逆变电路多重化的目的 如何实现 串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合 答 逆变电路多重化的目的 一是使总体上装置的功率等级提高 二是可以改善输出电压 的波形 因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波 还是电流型逆变电路输出的矩形 电流波 都含有较多谐波 对负载有不利影响 采用多重逆变电路 可以把几个矩形波组 合起来获得接近正弦波的波形 逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一 定的相位差组合起来 使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消 就可以得到较为接近正 弦波的波形 组合方式有串联多重和并联多重两种方式 串联多重是把几个逆变电路的输 出串联起来 并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来 串联多重逆变电路多用于 电压型逆变电路的多重化 并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路得多重化 10 多电平逆变电路的目的 主要有哪几种形式 多电平逆变电路的目的 主要有哪几种形式 答 改进输出电压电流波形 减 少谐波 中点钳位型逆变电路 飞跨电容型逆变电路 单元串联多电平逆变电路 11 斩波电路有三种控制方式 斩波电路有三种控制方式 a 脉冲宽度调制 保持开关周期 T 不变 调节开关导通时 间ton b 频率调制 保持开关导通时间ton不变 改变开关周期 T c 混合型 ton 和 T 都可调 改变占空比 12 采用这种结构电路的原因 采用这种结构电路的原因 输出端与输入端需要隔离 某些应用中需要相互隔离 的多路输出 输出电压与输入电压的比例远小于 1 或远大于 1 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 13 13 单相交单相交 交变频电路构成 交变频电路构成 由 P 组和 N 组反并联的晶闸管相控整流电路构成 和直流 电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同 14 14 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 a 出现换相重叠角 g 整流输出电压平均值Ud降低 b 整流电路的工作状态增多 c 晶闸管的di dt减小 有利于晶闸管的安全开通 有时 人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di dt d 换相时晶闸管电压出现缺口 产生正的 du dt 可能使晶闸管误导通 为此必须加吸收电路 e 换相使电网电压出现缺口 成为 干扰源 15 电力电子器件的驱动电路的基本任务 电力电子器件的驱动电路的基本任务 按照控制目标的要求施加开通或关断的信号 对 半控型器件只需提供开通控制信号 对全控型器件既要提供开通控制信号 又要提供关断 控制信号 16 晶闸管触发电路满足的要求 晶闸管触发电路满足的要求 a 触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通 比如对感性 和反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发 b 触发脉冲应有足够的幅度 对户 外寒冷场合 脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的 3 5 倍 脉冲前沿的陡度也需 增加 一般需达1 2A s c 触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压 电流和功率定额 且在门极伏安特性的可靠触发区域之内 d 应有良好的抗干扰性能 温度稳定性及与主电 路的电气隔离 17 电力电子器件的过电压保护 过电流保护主要方法 电力电子器件的过电压保护 过电流保护主要方法 过压保护过压保护 RC3 和 RCD 为抑制内因过电压 抑制外因采用 RC 过电压抑制电路 对大容量 的电力电子装置采用反向阻断式 RC 电路 雪崩二级管 压敏电阻 硒堆和转折二级管等 非线性元器件来限制或吸收过电压也是较常用的措施 过流保护过流保护 快速熔断器 直流快速 断路器和过电流继电器是较为常用的措施 18 缓冲电路的作用 缓冲电路的作用 抑制电力电子器件的内因过电压 du dt或者过电流和di dt 减小 器件的开关损耗 19 三相电压型桥式逆变电路 三相电压型桥式逆变电路 基本工作方式是 180 导电方式 同一相 即同一半 桥 上下两臂交替导电 各相开始导电的角度差 120 任一瞬间有三个桥臂同时导通 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 三相电流型桥式逆变电路 三相电流型桥式逆变电路 基本工作方式是 120 导电方式 每个臂一周期内导电 120 每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通 换流方式为纵向换流 20 交流调压电路的常见应用 交流调压电路的常见应用 a 灯光控制 如调光台灯和舞台灯光控制 b 异 步电动机软起动 c 异步电动机调速 d 供用电系统对无功功率的连续调节 e 在高压小电流或低压大电流直流电源中 用于调节变压器一次电压 21 硬开关电路与软开关电路的各自特点 软开关电路的分类 硬开关电路与软开关电路的各自特点 软开关电路的分类 答 开关损耗大 感性关断电尖峰大 容性开通电流尖峰大 电磁干扰严重 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 将软开关电路分为零电压电路 零电流电路 根据软开关技术发展的历程 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 准谐振电路 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 零