电力电子习题 答案

1、电力电子习题 答案第一章 电力电子器件1、使晶闸管导通的条件是什么？答：晶闸管阳极与阴极之间加有正向偏压，门极有触发电流的情况下晶闸管可以导通。2、维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：晶闸管阳极与阴极之间加有正向偏压，门极有触发电流后可撒去晶闸管的门极控制，晶闸管内部有正反馈维持器件饱和导通。如想要关断晶闸管只能利用外加反向阳极电压，也可以使阳极电流降低到某一数值（Ih维持电流），也可增加负载电阻降低阳极电流，使其接近于零。1.4 典型全控型器件1.4.1 门极可1、画出门极可关断晶闸管的图形符号，标出在三个极性。2、门极可关断晶闸管与普通晶闸管的差异？结构：与普通

2、晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件。区别：设计a2较大，使晶体管V2控 制灵敏，易于GTO。导通时a1+a2更接近1，导通时接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。 多元集成结构，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。 结论：GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关断。多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强 。3、标志GTO管额定电流的参数是什么？最大可关断阳极电流IATO4、电流关断增益的含义是什

3、么？最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益。boff一般很小，只有5左右，1.4.2 电力晶体管 1、电力晶体管的英文简写为什么？图形符号是什么？耐高电压、大电流的双极结型晶体管。2、电力晶体管的三个工作状态分别是什么？PN结的偏置情况如何？放大：发射结正偏，集电结反偏饱和导通：发射结正偏，集电结正偏截止：发射结反偏，集电结反偏3、的二次击穿现象是什么？GTR管安全工作区在哪几条线的包含范围内？一次击穿发生时，Ic突然急剧上升，电压陡然下一降。常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变 。1.4.3 电力场效应管1、电力场效应管电力晶体管的英文简写为什么？图形

4、符号是什么？答：MOSFET图形符号是:2、电力MOSFETR的二个显著特点是什么？答：1）驱动电路简单、驱动功率小2）开关速度快，工作频率高。3、电力MOSFETR管的工作的三个工作区名称是什么？对应GTR管的的什么工作区？截止区 （对应于GTR的截止区）饱和区 （对应于GTR的放大区）非饱和区 （对应GTR的饱和区4、MOSFET的优点：单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。1.4.4绝缘栅双极晶体管1、绝缘栅双极晶体管的英文简写为什么？图形符号是什么？2、IGBT的原理导通：uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体

5、管提供基极电流，IGBT导通。通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。3、IGBT的特性和参数特点可以总结如下：开关速度高，开关损耗小。 相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且 具有耐脉冲电流冲击能力。通态压降比VDMOSFET低。输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点 。 1.7电力电子器件的保护1、造成过电压的主要原因是什么？外因过电压和内因过电压外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程

6、等外因内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程2、防止过电压的主要措放有哪些？避雷器、变压器静电屏蔽层、静电感应过电压抑制电容、过电压抑制用RC电路、RC2¾阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路、RV¾压敏电阻过电压抑制器、RC3¾阀器件换相过电压抑制用RC电路、过电压抑制用RCD电路3、防止过电流的主要措放有哪些？交流断路器、快速熔断器、直流快速断路器、过电流继电器、短路器、电子保护电路、4、缓冲电路(Snubber Circuit) ： 又称吸收电路，抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。5、关断缓冲电路（du/

7、dt抑制电路）吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路（di/dt抑制电路）抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。、第五章 逆变电路5.1把直流电变成交流电称为逆变。当交流侧接有电源时，称为有源逆变。池交流侧和负载连接时，称为无源逆变。5.2 换流：变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移。5.3 逆变电路工作原理：书图5-1中S1-S4是桥式电路的4个臂，它们由电力电子器件及其辅助电路组成。当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压U0为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，U0为负，这样就把直流电变成了

8、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。5.4 在换流过程中，有的支路要从通态转移到断态，有的支路要从断态转移到通态，从断态转移到通态时，无论支路是由全控型还是半控型电力电子器件组成，只要给门极适当的驱动信号，就可以使其开通。5.5 在换流过程中，有的支路要从通态转移到断态，有的支路要从断态转移到通态，从通态转移到断态时，全控型可以通过对门极的控制使其关断，半控型器件不能通过对门极的控制使其关断，必须利用外部条件或采取其他措施使其关断。一般来说，要在晶闸管电流为零后再施加一定时间的反向电压才能使其关断。5.6 器件换流：利用全控型器件的自关断能力进行换流。5.7 电网换流：由

9、电网提供电压称为电网换流。5.8 负载换流：由负载提供换流电压。凡是负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可以实现负载换流。当负载为容性负载时，即可实现负载换流。5.9 强迫换流：设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式。强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现。5.10 电压型逆变电路：直流侧是电压源。特点：1）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。2）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。3）当交流侧为阻感负载时需

10、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。5.11电流型逆变电路：直流侧是电流源。特点：1）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。2）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为负载阻抗情况的不同而不同。3）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，因此有需要在开关器件两端并联二极管。5.12 电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什

11、么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需提供无功功率，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三极管。当输出交流电压和电流的相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压 电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。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，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联二极管。5.13 并联谐振式逆变电路利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件？答：单相电流型逆变电路

12、采用负载换相方式也称并联谐振式逆变电路。假设在T时刻触发VT2、VT3使其导通，负载电压U0就通过VT2、VT3施加在VT1、VT4上，使其承受反向电压关断，电流从VT1、VT4向VT2、VT3转移，触发VT2、VT3时刻必须在U0过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。5.14 串联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是什么？试分析换流过程。（以VT1和VT3之间的换流为例）答：二极管的主要作用，是为换流电容器充电提供通道，并使换流电容的电压能够得以保持，为晶闸管在关断之后能够承担一定的时间的反向电压，确保晶闸管可靠关断，从而确保晶闸管换流成功。5.1逆变电路多重化的目的是什么？如何实

13、现？有何优点？串联多重化和并联多重逆变电路各用于场合？答：逆变电路多重化的目的：一是使总体上装置的等级提高；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，都含有较多的谐波，对负载不利影响，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。如何实现：就是逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定相位组合起来，使它们所含的某些谐波成份相互抵消，就可以得到较为正弦波的波形。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。有何优点？通过多重化结构，可以使输出电压中有选择地消除某些次谐波，增多多

14、重化结构中的逆变器组数，可以消除更多的谐波，同时还可以增大逆变的功率输出。串联多重化和并联多重逆变电路各用于场合？串联多重化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的多重化。第六章 PWM控制技术1、PWM控制就是对脉冲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，来等效得获得所需要的波形（含形状和幅值）2、直流斩波电路采用的就是PWM技术。改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。3、PWM控制技术的理论基础是-面积等效原理，即冲量（面积）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（环节的输出响应波形）基本相同。4、利用PWM技术要改变输出正弦波的幅值

15、时，只要按照同一比例系数改变各脉冲的宽度即可。5、PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种。6、PWM波形可分为PWM电压波和、PWM电流波。7、直流斩波电路得到的PWM波是等效的直流波形，SPWM波得到的是等效的正弦波形。8、什么是正弦波脉宽调制（SPWM）？答：把正弦波分成N等份，就可以把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于/N，但幅值不等且脉冲顶部有是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形波的中点和相应的正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到P

16、WM波形。各PWM脉冲的值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦波是等效的。9、什么是PWM波形的计算法？答：如果给出了逆变电路的正弦波输出频率、幅值、和半个周期内的脉冲数，PWM波形中各脉冲宽度和间隔就可以准确的计算出来。按照计算结果控制逆变中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。10、什么是PWM波形的调制法？答：根据PWM的控制原理，把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号的调制得到所期望的PWM波形。11、何谓单极性PWM控制方式，何谓双极性PWM控制方式？答：在信号波Ur的半个周期内三角波只在正极性或负极性一种范围内变化，所

17、得的PWM波形也只在单个极性范围变化的控制方式称为单极性PWM控制方式。在信号波Ur的半个周期内三角波不是单极性范围内变化，所得的PWM波形也只在单、负两个极性范围变化的控制方式称为双极性PWM控制方式。12、何谓载波比？异步调制？异步调制的优、差。同步调制？及优、差？载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr异步调制：载波信号和调制信号不同步的调制方式，载波比N是变化的。优：在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称，当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小，控制简单，

18、不足：当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大，等效输出效果变差。同步调制：载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即N等于常数。优：基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。在三相电路中PWM波正负半周镜对称，等效输出效果变好。不足： fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除。第八章 组合变流电路1、什么叫组合变流电路-将AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/AC四大类基本电路中的几种基本变流电路组合起来，以实现一定的新功能。2、何谓间接交流变流电路 先将交流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流

19、电，是先整流后逆变的组合。 3、何谓间接直流变流电路 先将直流电逆变为交流电，再将交流电整流为直流电，是先逆变后整流的组合。4、何谓 VVVF电源 是输出电压和频率均可变的交直交变频电路，主要用作变频器。5、何谓 CVCF电源输出交流电压大小和频率均不变的恒压恒频变流电路，主要用作不间断电源。6、间接交流变流电路主要可分为两类：VVVF电源和CVCF电源7、间接直流变流电路主要用途为各种开关电源。8、图8-1电路的名称是什么？该电路更常用的名称是什么？1）电压型间接交流 变流电路图8-1 不能再生反馈的电压型间接交流变流电路画出图8-1电路图，分析其工作原理，并说明电路有何局限性。是不能再生反

20、馈的电压型间接交流变流电路，该电路更常用的名称是交直交变频电路。分析其工作原理，并说明电路有何局限性。解：工作原理：把交流加在不可控整流电路上，采用的是不可控整流，它只能由电源向直流电路输送功率，而不能反馈电力。再经过逆变电路把直流变成交流，其电压和频率都可以改变的。逆变电路能量是可以双向流动的，若负载能量反馈到中间直流电路，将导致电容电压升高，称为泵升电压。电路有何局限性：不具备再生反馈电力的能力，即把电路再生的能量反馈到电源中去。9、何谓恒压频比控制：异步电动机的转速由电源频率和磁极对数决定，改变电源频率和磁极对数，就可以进行电动机的调速，即使进行宽范围的调速运行，也能获得足够的转矩。为避免电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流增大,引起功率因数和效率的降低，需对变频器的电压和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定，即恒压频比控