电力电子技术经典试题

1 1 1 什么是电力电子技术 什么是电力电子技术 答 应用于电力领域的 使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术 是一门与电子 答 应用于电力领域的 使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术 是一门与电子 控制和电力紧密相关的边缘学科 控制和电力紧密相关的边缘学科 2 2 说说 电力电子技术的核心技术是变流技术电力电子技术的核心技术是变流技术 对吗 对吗 答 对 答 对 3 3 模拟电子技术和数字电子技术也是电力电子技术吗 模拟电子技术和数字电子技术也是电力电子技术吗 答 不是 答 不是 4 4 举几例日常生活中应用电力电子技术的装置 举几例日常生活中应用电力电子技术的装置 答 电动自行车的充电器 手机充电器 电警棍等 答 电动自行车的充电器 手机充电器 电警棍等 5 5 简答简答 开关电源开关电源 和和 线性电源线性电源 的主要优缺点 的主要优缺点 答 答 开关电源 开关电源 优点 体积小 重量轻 效率高 自身抗干扰性强 输入和输出的电压范围宽 可模块优点 体积小 重量轻 效率高 自身抗干扰性强 输入和输出的电压范围宽 可模块 化 化 缺点 由于开关工作模式和高频工作状态 对周围设备有一定的干扰 需要良好的屏蔽缺点 由于开关工作模式和高频工作状态 对周围设备有一定的干扰 需要良好的屏蔽 及接地 及接地 线性电源 线性电源 优点 电源技术很成熟 可以达到很高的稳定度 波纹也很小 而且没有开关电源具有优点 电源技术很成熟 可以达到很高的稳定度 波纹也很小 而且没有开关电源具有 的噪声干扰 的噪声干扰 缺点 是需要庞大而笨重的变压器 所需的滤波电容的体积和重量也相当大 效率低 缺点 是需要庞大而笨重的变压器 所需的滤波电容的体积和重量也相当大 效率低 将逐步被开关电源所取代 将逐步被开关电源所取代 6 6 解释 不可控器件解释 不可控器件 说明导通和关断的条件说明导通和关断的条件 半控型器件 全控型器件 并举出代表性 半控型器件 全控型器件 并举出代表性 器件的名称 器件的名称 答 答 不可控器件 不用控制信号来控制其通 断 导通和关断取决于其在主电路中承受电压的不可控器件 不用控制信号来控制其通 断 导通和关断取决于其在主电路中承受电压的 方向和大小 典型器件 电力二极管方向和大小 典型器件 电力二极管 导通条件 正向偏置 即承受正向电压 且正向电压 阀值电压 导通条件 正向偏置 即承受正向电压 且正向电压 阀值电压 关断条件 反向偏置 即承受反向电压 关断条件 反向偏置 即承受反向电压 半控型器件 用控制信号来控制其导通 一旦导通门极就失去控制作用 关断取决于其在半控型器件 用控制信号来控制其导通 一旦导通门极就失去控制作用 关断取决于其在 2 主电路中承受的电压 电流的方向和大小 典型器件 晶闸管主电路中承受的电压 电流的方向和大小 典型器件 晶闸管 全控型器件 导通和关断均由电路的触发控制信号驱动 驱动状态需保持 全控型器件 导通和关断均由电路的触发控制信号驱动 驱动状态需保持 典型器件 典型器件 GTRGTR IGBTIGBT POWERPOWER MOSFETMOSFET 7 7 如图示的二极管伏安特性曲线 示意性地在坐标曲线上标注二极管的参数如图示的二极管伏安特性曲线 示意性地在坐标曲线上标注二极管的参数 反向击穿电反向击穿电 压压 UB UB 门槛电压门槛电压 UTO UTO 正向导通电流正向导通电流 IF IF 及其对应的及其对应的 正向压降正向压降 UF UF 反向漏电反向漏电 流流 答 答 3 4 8 8 教科书教科书 P42P42 第 第 4 4 题题 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 ImIm 写出各 写出各 波形的电流平均值波形的电流平均值 Id1 Id2 Id3与电流有效值与电流有效值 I1 I2 I3的计算表达式的计算表达式 不必计算出结果不必计算出结果 解 解 2 0 2 22 1 0 4 2 0 4 2 22 2 0 4 1 22 11 22 11 2 11 2 d1m 4 m d2m m 1 sin sin sin sin a Ift dtIt dt IftdtItdt b Ift dtIt dt IftdtItdt 值 值值 值值 值值 值 值 值值 值值 值值 值 值 值 值 值值 值值 值值 值 值 值值 值值 值值 值 值 值 2 2 00 2 2 22 3 00 1 22 11 22 d3m 1 m c Ift dtI dt IftdtIdt 值 值值 值值 值值 值 值 值值 值值 值值 值 5 9 9 依据教材依据教材 P20P20 图图 2 82 8 简要说明晶闸管的工作原理 简要说明晶闸管的工作原理 答 晶闸管的工作原理答 晶闸管的工作原理 开通 在有阳极正向电压开通 在有阳极正向电压 EA的情况下 驱动电路注入门极电流的情况下 驱动电路注入门极电流 IG后 由于电源后 由于电源 EA和晶闸和晶闸 管结构形成的电流管结构形成的电流 IC1的正反馈作用 实现开通 的正反馈作用 实现开通 晶闸管开通后 如果保持阳极正向电压晶闸管开通后 如果保持阳极正向电压 EA和晶闸管导通电流和晶闸管导通电流 IK不变 停止驱动电流不变 停止驱动电流 IG 晶闸管保持继续导通 晶闸管保持继续导通 关断 去掉阳极正向电压关断 去掉阳极正向电压 EA EA 或给阳极施加反压 使流过晶闸管的电流或给阳极施加反压 使流过晶闸管的电流 IK降低到接近于零降低到接近于零 的某一数值以下才能关断 的某一数值以下才能关断 门极驱动控制不能关断已导通的晶闸管门极驱动控制不能关断已导通的晶闸管 只能依靠外部电路实施关断 只能依靠外部电路实施关断 10 10 简述使晶闸管导通和关断的条件 简述使晶闸管导通和关断的条件 答 答 导通条件 承受正向电压 并由电路的触发信号驱动导通条件 承受正向电压 并由电路的触发信号驱动 在门极施加触发电流在门极施加触发电流 关断条件 取决于其在主电路中承受的电压和电流状态 即利用外加反向电压使晶闸关断条件 取决于其在主电路中承受的电压和电流状态 即利用外加反向电压使晶闸 管的电流减小到近于零管的电流减小到近于零 小于维持电流小于维持电流 1111 绘出 绘出 晶闸管 晶闸管 MOSFET MOSFET 含含 N N P P 沟道两种沟道两种 GTR GTR IGBT IGBT 四个常见电力电子器件四个常见电力电子器件 的电路符号的电路符号 并标注它们的引脚代号和引脚名称 并标注它们的引脚代号和引脚名称 答 答 6 12 12 解释解释 AC DCAC DC 电路 电路 AC DCAC DC 电路 电路 DC DCDC DC 电路 电路 AC ACAC AC 电路 并说明主要功能 电路 并说明主要功能 答 答 AC DC 电路 交流变直流即整流电路 取交流电源供直流负载使用 电路 交流变直流即整流电路 取交流电源供直流负载使用 DC AC 电路 直流变交流即逆变电路 取直流电源供交流负载使用 电路 直流变交流即逆变电路 取直流电源供交流负载使用 DC DC 电路 直流变直流电路 改变直流电源的电压 也可实现输入和输出之间的电气电路 直流变直流电路 改变直流电源的电压 也可实现输入和输出之间的电气 隔离作用 隔离作用 AC AC 电路 交流变交流电路 可以改变交流电源的电压 频率 波形 电路 交流变交流电路 可以改变交流电源的电压 频率 波形 13 13 把把 改成答案和在括符中作出选择 单相桥式全控整流电路带电阻负载电路如下图 改成答案和在括符中作出选择 单相桥式全控整流电路带电阻负载电路如下图 设控制角设控制角 在在 u2 2正半周期间 电源电压相位小于正半周期间 电源电压相位小于 四个晶闸管 四个晶闸管均均 不导通不导通 导通导通 在在 u2 2正半周期间 在触发角正半周期间 在触发角 处触发处触发 VT 和和 VT 输出电流从电源 输出电流从电源 a 端到端到 b 端的流端的流 经回路是 经回路是 在在 u2 2负半周期间 电源电压相位小于负半周期间 电源电压相位小于 四个晶闸管均 四个晶闸管均 不导通不导通 导通导通 在在 u2 2负半周期间 在触发角负半周期间 在触发角 处触发处触发 VT 和和 VT 输出电流从电源 输出电流从电源 b 端到端到 a 端的流端的流 经回路是 经回路是 答 答 不导通不导通 VT1 和和 VT4 VT1 R VT4 不导通不导通 VT2 和和 VT3 VT3 R VT2 7 14 14 单相全波可控整流电路带电阻负载的电路图如下 单相全波可控整流电路带电阻负载的电路图如下 设控制角设控制角 问 在电源问 在电源 u2 2的两个正 负半周期间 各是哪个晶闸管工作 变压器哪个绕组中有电流 的两个正 负半周期间 各是哪个晶闸管工作 变压器哪个绕组中有电流 答 答 在在 u2 2正半周期间 仅正半周期间 仅 VT1VT1 工作 变压器二次绕组上半部分流过电流 工作 变压器二次绕组上半部分流过电流 在在 u2 2负半周期间 仅负半周期间 仅 VT2VT2 工作 变压器二次绕组下半部分流过电流 工作 变压器二次绕组下半部分流过电流 15 15 下图三相二极管半波不控整流电路 下图三相二极管半波不控整流电路 说明在说明在 t1 t1 和和 t2 t2 两个电角度时刻 两个电角度时刻 哪个二极管导通 哪个二极管导通 导通二极管向负载施加的电压是相电压或线电压导通二极管向负载施加的电压是相电压或线电压 电压名称电压名称 不导通的二极管 承受的是正向或反向电压 是相电压或线电压不导通的二极管 承受的是正向或反向电压 是相电压或线电压 电压名称电压名称 变压器原 副边的接线方式是变压器原 副边的接线方式是 型或型或 Y Y 型 型 思路思路 任何时刻只有一只二极管导通给负载施加相电压 与该时刻相电压最高一相相连接 任何时刻只有一只二极管导通给负载施加相电压 与该时刻相电压最高一相相连接 的二极管导通 的二极管导通 解答 解答 哪个二极管导通 哪个二极管导通 答 答 t1 t1 VD2VD2 导通导通 t2 t2 VD1VD1 或或 VD3VD3 导通导通 8 导通二极管向负载施加的电压是相电压或线电压导通二极管向负载施加的电压是相电压或线电压 电压名称电压名称 答 答 t1 t1 负载电压是相电压 负载电压是相电压 ub t2 t2 负载电压相电压 负载电压相电压 uc ua 不导通的二极管 承受的是正向或反向电压 是相电压或线电压不导通的二极管 承受的是正向或反向电压 是相电压或线电压 电压名称电压名称 答 答 t1 t1 VD1VD1 承受反向线电压承受反向线电压 Uba VD3VD3 承受反向线电压承受反向线电压 UbcUbc t2 t2 VD2VD2 承受反向线电压承受反向线电压 Uab Ucb 变压器原 副边的接线方式是变压器原 副边的接线方式是 型或型或 Y 型 型 答 原边的接线方式是答 原边的接线方式是 型 型 副边的接线方式是副边的接线方式是 Y Y 型 型 16 16 如右图的二极管三相桥式不控整流电路 说明 如右图的二极管三相桥式不控整流电路 说明 在在 t1 t1 t4 t4 期间内有哪几个二极管导通 期间内有哪几个二极管导通 在在 t1 t1 t4 t4 期间内有无自然换相 是正极换相或负极换相 期间内有无自然换相 是正极换相或负极换相 在在 t2 t2 t4 t4 期间负载电压是多少 期间负载电压是多少 在在 t3 t3 时刻 二极管时刻 二极管 VD5VD5 承受的电压是多少 承受的电压是多少 思路 任何时刻输出的线电压是正半周较高的相电压减负半周较低思路 任何时刻输出的线电压是正半周较高的相电压减负半周较低的相电压 任何时刻有的相电压 任何时刻有 两只两只二极管导通 分别是连接正半周较高的相电压和负半周较低的相电压的二极管 二极管导通 分别是连接正半周较高的相电压和负半周较低的相电压的二极管 答 在答 在 t1 t1 t2 t2 期间内 期间内 VD3VD3 和和 VD2VD2 导通 导通 在在 t2 t2 t4 t4 期间内 期间内 VD3VD3 和和 VD4VD4 导通 导通 答 在答 在 t2 t2 时刻发生时刻发生 负极自然换相负极自然换相 由 由 uc c换相到换相到 ua a 答 负载电压答 负载电压 ud d Uba ba ub b ua a 答 在答 在 t3 t3 时刻 二极管时刻 二极管 VD5VD5 承受反向线电压承受反向线电压 Ubc bc ub b uc c ub b 17 17 说明 说明 有源逆变有源逆变 与与 无源逆变无源逆变 的区别 的区别 答 无源逆变 逆变电路输出电能到负载 答 无源逆变 逆变电路输出电能到负载 9 有源逆变 逆变电路输出电能到电网 有源逆变 逆变电路输出电能到电网 18 18 如下图单相桥式逆变电路及其输出电压电流波形 如下图单相桥式逆变电路及其输出电压电流波形 说明 说明 桥式逆变电路把直流电桥式逆变电路把直流电 Ud变成交流电变成交流电 uo的工作原理 的工作原理 如何改变逆变输出交流电的工作频率 如何改变逆变输出交流电的工作频率 答 对角两组开关答 对角两组开关 S1S1 S4S4 与与 S2S2 S3S3 在一个供电周期的两个半周中轮流导通和关断 在一个供电周期的两个半周中轮流导通和关断 改变供电周期的长短即可改变逆变输出交流电的工作频率 改变供电周期的长短即可改变逆变输出交流电的工作频率 19 19 绘出下述基本逆变电路图绘出下述基本逆变电路图 电压型单相半桥逆变电路电压型单相半桥逆变电路 电压型单相全桥逆变电路电压型单相全桥逆变电路 电压型单相带中心抽头变压器的逆变电路电压型单相带中心抽头变压器的逆变电路 电压型三相逆变电路电压型三相逆变电路 10 20 20 如下图电压型三相桥式逆变电路 同一相的上下两个如下图电压型三相桥式逆变电路 同一相的上下两个 IGBT 交替驱动交替驱动 180 180 各相开 各相开 始导电的角度依次相差始导电的角度依次相差 120 120 三输出点 三输出点 U V W 对于参考点对于参考点 N 的电压波形已给出 的电压波形已给出 在图中绘出逆变电路输出线电压在图中绘出逆变电路输出线电压uWU的波形 的波形 解 线电压解 线电压 uWU uWN uUN 如下图中蓝色波形 如下图中蓝色波形 11 21 21 说明说明 单端单端 正激电路和正激电路和 单端单端 反激电路工作原理的区别 反激电路工作原理的区别 答 答 单端单端 正激电路 正激电路 开关管导通期间 电源通过变压器向负载提供能量 开关管导通期间 电源通过变压器向负载提供能量 开关管关断期间 电源不提供能量 由电路储能向负载提供能量 开关管关断期间 电源不提供能量 由电路储能向负载提供能量 单端单端 反激电路反激电路 开关管导通期间 电源仅向变压器提供储能 开关管导通期间 电源仅向变压器提供储能 开关管关断期间 电源不提供能量 由电路储能向负载提供能量 开关管关断期间 电源不提供能量 由电