电力电子技术考试复习文档

1、一、填空1.1 电力变换可分为以下四类：交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。1.2电力电子器件一般工作在开关 状态。1.3按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可将电力电子器件分为：半控 型器件，全控型器件，不可控器件等三类。1.4普通晶闸管有三个电极，分别是 阳极、阴极 和 门极1.5晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向 电压的同时，门极上加上触发 电压，晶闸管就导通。1.6当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性解发电压，管子都将工作在截止 状态。1.7在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为通态损耗，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为开关损耗。1.8电力电子器

2、件组成的系统，一般由 控制电路、驱动电路 和 主电路 三部分组成1.9电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。1.10多个晶闸管相并联时必须考虑均流 的问题，多个晶闸管相串联时必须考虑均压 的问题。1.11按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为电流驱动 和电压驱动两类。2.1单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角a的最大移相范围是 0180 。2.1单相桥全控整流电路中，带纯阻负载时，a角的移相范围是 0180，单个晶闸管所所承受的最大反压为,2u2，带阻感负载时，a角的移相范围是090，单个晶闸管所所承受的最大反压为2u22.3三相半波可控整流电路中的三

3、个晶闸管的触发脉冲相位相序依次互差120，单个晶闸管所承受的最大反压为,6u2，当带阻感负载时，a角的移相范围是022.4逆变电路中，当交流侧和电网边结时，这种电路称为有源逆变电路 ，欲现实有源逆变，只能采用全 控电路，当控制角0 :： a 时，电路工作在 整流 状态，a ：二时，电路工作在逆变 状态。- 2 22.5整流电路工作在有源逆变状态的条件是要有直流电动势和要求晶闸管的控制角a 二2，使Ud为负值。3.1直流斩波电路完成的是直流到直流的变换。3.2直流斩波电路中最基本的两种电路是升压 和 降压。3.3斩波电路有三种控制方式：脉冲宽度调制、频率调制 和 混合型。4.1改变频率的电路称为

4、变频电路，变频电路有交交变频电路和交直交变频电路 两种形式，前者又称为直接变频，后者也称为间接变频。4.2单相调压电路带电阻负载，其导通控制角a的移相范围为 0n，随a的增大，U0减少，功率因数入 降低 。4.3晶闸管投切电容器选择晶闸管投入时刻的原则是该时刻交流电源电压就和电容器预先充电的电压相4.4把电网频率的交流电直接变换成可调频率电流电路称为交交变频电路。4.5交流调压的有 相位调控 和斩控式两种控制方式，交流调功电路的采用是通断控制方式 。5.1把直流变成交流电的电路称为逆变，当交流侧有电源时称 有源逆变，当交流侧无电源时称 无源逆变。1 一5.2半桥逆变电路输出交流电压的幅值为Ud

5、，全桥逆变电路输出交流电压的幅值为1Ud。2_5.3三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角为185，各相开始导电的角度依次相差120，在任一时刻，有 3个桥臂导通。6.1 PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，依据的是面积等效的原理。6.2得到PWM的波形方法一般有两种 计算法 和 调制法实际中主要采用 调制法。6.3 SPWM控制中，载波比是 载波频率 和调制信号频率的比。二、简答12. 什么是电力电子技术？电力变换可分为哪四类？答：（1）电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，也就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的 技术。（2）电力变换可分为：交流变直流、直流变交流、直流变直流和

6、交流变交流。13. 电力电子器件是如何定义和分类？同处理信息的电子器件相比，它的特点？答：（1）按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：半控型器件、全控型器件和不可控器件。（2）它的特点如下四点：a）能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。b）电力电子器件一般都工作在开关状态。c）电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。d）电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。14. 使晶闸管导通的条件是什么？答：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。15. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才

7、能使晶闸管由导通变为关断？答：（1）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。（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。16. 简述晶闸管的串并联的目的？答：串联的目的是希望各器件承受的电压相等，并联的目的是在大功率晶闸管装置中，常用多个器件并联 来承担较大的电流。2.6无功功率和谐波对公用电网分别有那些危害？答：（1）无功功率（reactive power）对电网的影响：1）无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加；2）无功功率增加，

8、会使总电流增加，从而使得设备和线路的损耗增加;3）无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。（2）谐波对电网的影响1 ）谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗。2 ）谐波影响各种电气设备的正常工作。3）谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振。4 ）谐波会导致断电保护和自动装置的误动作。5 ）谐波会对领近的通信系统产生干扰。3.4 简述图a）所示的降压斩波电路工作原理。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 切，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

9、Uo= 址 E。输出电压小于电源电压，起到降压的作用。t on t off3.5.在图3-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V , R=10Q , L值极大，Em =30V , T=50卩s, ton=20卩s,计算输出电压平均值 Uo,输出电流平均值I。解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为Uo=lonT20 20050=80(V)输出电流平均值为Io80-30103.4=5(A)3.6 简述图3-2a所示升压斩波电路的基本工作原理。答：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11，同时电容C上的电压向负载 R供电

10、，因C值很大，基本保持输出电压为恒值U。设V处于offUo通态的时间为ton,此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。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处于断态的时间为切，则在此期间电感L释放的能量为 Uo -E 11toff。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:Eton =（U。- E 人切化简得:tontEt off式中的T/toff -1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。4.6 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？ 答：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

11、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。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

12、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。4.7 什么是 TCR ？什么是 TSC ？它们的基本原理是什么？各有何特点？答： 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 a 的控 制，可以连续调节流过电抗器的电流，从而调节 TCR 从电网中吸收的功功率的大小。T

13、SC 则是利用晶闸管来控制手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，但无功功率的大小不一是连续的。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。4.8 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：一般来讲，构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。当交交变频电路 中采用常用的

14、 6 脉波三相桥式整流电路时， 最高输出频率不应高于电网频率的 1/31/2 。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。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是限制输出频率提高的主要因素。5.4 根据逆变电路的基本原理图阐述其原理，怎样调节输出电压有效值？P132答：以单相桥式逆变电路为例，图中S1S4是桥式电路的4个臂，他们由电力电子器件及辅助电路组成。当S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压 uo为正；当S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压 uo为负。 其

15、波形如图所示 。这样，就是直流电变成交流电，改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。这就是逆变电路最基本的工作原理。可采用移相方式调节逆变电路的输出电压有效值。5.5无源逆变电路和有源逆电路有何不同？答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。6.4说明单极性和双极性 PWM调制的区别？答：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

16、方式。6.5简述UPS电路的基本工作原理？ SPWM （ PWM ）控制的基本原理？答：当市电正常时，由市电供电，市电经整流器整流为直流，再逆变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电。同时，整流器输出给蓄电池充电，保证蓄电池的电量充足。此时负载可得到的高质量的交流电压，具有稳压、稳频性能，也称为稳压稳频电源。市电异常乃至停电时，蓄电池的直流电经逆变器变换为恒频恒压交流电继续向负载供电，供电时间取 决于蓄电池容量的大小。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技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地 获得所需要波形（含形状和幅值）。三、计算各波形的电流最大值均为I m

17、，试计算各波4di、 Id2、2 二C）1、丨2、I3。2二0亍IL二 土： 2 二 0 4 b)TT17. 图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形, 形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值Ia)解：a）b)图1-43图晶闸管导电波形jiI42- Im Sin，td(，t)=(1 )： 0.2717 Im42冗 2Id1-(I m si nt)2d(t)=¥3 "I : 0.4767 Im2兀 42 V 421 凯I J2Id2 =.二I m sin“-td (-'!) =( 1 )0.5434 Imn :n 2Id1 =I2 =1 g(lmS

18、in联)2d(C0t)二送严誇+十".67411m，42 :11c)Id3= 2冗 °2Imd(丈)=4 ImJ 1色2 113 二坛1 Im dt)=2 咕18.上题中如果不考虑安全裕量 ，问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少？解：额定电流a)b)c)三、计算I T(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有效值 I =157A，由上题计算结果知Im1 >0.476：:?329.35,Idi 0.2717 Imi 89.48Im2 :'I232.90,Id2 ：、0.5434 Im

19、2 ：、126.560.6741Im3=2 I =314,1Id3 =I m3=78.54I2.7单相桥式全控整流电路，U2= 100V，负载中R= 2Q , L值极大，当id、和i2的波形；求整流输出平均电压 Ud、电流Id,变压器二次电流有效值12；解：Ud、id、和i2的波形如下图：=30。时，要求：作出Ud、输出平均电压 Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2分别为Ud= 0.9 U2 cos a = 0.9X 100 X cos30° = 77.97 (V)2.8单相桥式全控整流电路，作出比、id和i2的波形;解：比、id和i2的波形如下图：Id= Ud/R= 77.97

20、/2= 38.99 (A)I2= Id = 38.99 (A )U2=100V，负载中R=2 Q , L值极大，反电势E=60V,当：=30时，要求:单相半波可控整流电路(电阻负载)uidRidRidRh0Ug,0! <NT%” 6 / 10:-'t(1)LRooVTrid单相半波可控整流电路(阻感负载)VTi”VTQPdUVTUcu ,2dnirrVTu2i00udi/00id I ku 0VT 1(1)(3)I! Hug*t单相半波可控整流电路3.7 .在图3-2a所示的升压斩波电路中，已知E=50V, L值和C值极大，F=20Q，采用脉宽调制控制方式,当T=40卩s, ton=25卩s时，计算输出电压平均值U。，输出电流平均值I。解：输出电压平均值为：T40Uo = E =50=133.3(V)toff40-25输出电流平均值为:U o =133.3R 20=6.667(A)a二0时输出功率为最大值，试4.9 一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看成电阻负载，在 求功率