《锅炉及锅炉房设备》 - 中原工学院

1、电力电子技术自学指导书及习题集中原工学院继续教育学院电力电子技术自学大纲第一部分 课程性质与目标一、课程性质、目的和任务1.本课程是电气工程与自动化专业必修的专业基础课。2.本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标。同时，为电力拖动自动控制系统等后续课程打好基础。课程目标与基本要求二、教学基本要求1.熟悉和掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法；  2.熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路

2、、交流交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和 控制方法。  3.掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理。  4.了解电力电子技术的应用范围和发展动向。5.掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。三、本课程与其他课程的关系  1.在学习本课程之前，学生必须先学习完以下课程：      高等数学      电路     

3、60;电子技术基础（模拟部分）  2.对于以工业电气自动化或电力传动自动化为专业方向的学生，可把“电力拖动自动控制系统”作为后续课程。第二部分 自学内容与考核目标绪论  1掌握电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史2了解电力电子技术的应用范围3了解电力电子技术的发展前景4了解本课程的内容、任务与要求第一章 电力电子器件1掌握各种二极管2重点掌握半控型器件：晶闸管3重点掌握典型全控型器件：GTO、电力MOSFET、IGBT、BJT4 掌握电力电子器件的驱动电路5了解功率集成电路和智能功率模块 6掌握电力电子器件的保护7掌握电力电子器

4、件的串并联第二章 整流电路1掌握单相可控整流电路 2重点掌握三相可控整流电路3掌握变压器漏抗对整流电路的影响4掌握电容滤波的二极管整流电路5掌握整流电路的谐波和功率因数6了解大功率整流电路7掌握整流电路的有源逆变工作状态8了解晶闸管直流电动机系统9掌握相位控制电路第三章 直流斩波电路1重点掌握降压斩波电路2重点掌握升压斩波电路3掌握升降压斩波电路4掌握复合斩波电路5了解多相多重斩波电路6交流交流电力变换电路7重点掌握单相相控式交流调压电路8掌握三相相控式交流调压电路9掌握交流调功电路10了解交流电子开关11掌握单相输出交交变频电路12了解三相输出交交变频电路第四章 逆变电路1掌握换流

5、方式2重点掌握电压型逆变电路3掌握电流型逆变电路第五章 脉宽调制（PWM）技术1重点掌握PWM控制的基本原理2掌握PWM逆变电路的控制方式3掌握PWM波形的生成方法4了解PWM逆变电路的谐波分析5了解跟踪型PWM控制技术6了解PWM整流电路及其控制方法第六章 软开关技术1了解软开关的基本概念2掌握软开关技术的分类3掌握各种软开关电路的原理及应用第七章 组合变流电路1掌握间接交流变流电路2交直交变频电路（VVVF） 3恒压恒频变流电路（CVCF）4掌握间接直流变流电路（间接DC/DC变换器）结束语1了解电力电子技术的发展趋势第三部分 有关说明一、 使用教材王兆安、黄俊主编，电力电子技术

6、（第4版），机械工业出版社，2000年6月一、 自学方法指导自学+面授三、关于命题考试的若干说明1本大纲各章节所提到的内容和考核目标都是考试内容。2试题难易程度为：易、较易、较难、难，比例为：2：3：3：2。3各类考核点所占比例约为：重点占65，次重点占25，一般占10。4试题类型为：填空题、名次解释、简答题、论述题、计算题等。5考试采用开卷笔试，考试时间90分钟，采用百分制评分，60分及格。课程习题第1章 电力电子器件1.电力电子器件一般工作在_状态。2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为_，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为_。3.电力电子器件组成的系统，一般由_、_、 _三部分

7、组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_。4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_ 、 _ 、_三类。5.电力二极管的工作特性可概括为_。6.电力二极管的主要类型有_、_、 _。7.肖特基二极管的开关损耗_快恢复二极管的开关损耗。8.晶闸管的基本工作特性可概括为 _ 正向有触发则导通、反向截止 _ 。9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL_IH 。10.晶闸管断态不重复电压UDRM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDRM_Ubo。11.逆导晶闸管是将_与晶闸管_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。12.GTO的_结构是为了便于实现

8、门极控制关断而设计的。13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为_ 。14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_、前者的饱和区对应后者的_、前者的非饱和区对应后者的_。15.电力MOSFET的通态电阻具有_温度系数。16.IGBT 的开启电压UGE（th）随温度升高而_，开关速度_电力MOSFET 。17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是_。18.功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用_型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。19.晶闸管串联时，给每只管子

9、并联相同阻值的电阻R是_措施，给每只管子并联RC支路是_措施，当需同时串联和并联晶闸管时，应采用_的方法。20.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有_温度系数， 在1/2或1/3额定电流以上区段具有_温度系数。20.在如下器件：电力二极管（Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于不可控器件的是_，属于半控型器件的是_，属于全控型器件的是_；属于单极型电力电子器件的有_，属于双极型器件的有_，属于复合型电力电子器件得有 _；在可控的器件中，容量最大的是_

10、，工作频率最高的是_，属于电压驱动的是_，属于电流驱动的是_。 简答题：22.电力电子器件是如何定义和分类的？同处理信息的电子器件相比，它的特点是什么？23.二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻，阻值较高且为常量，为何二极管在正向电流较大时管压降仍然很低？ 24.二极管在恢复阻断能力时为什么会形成反向电流和反向电压过冲？这与它们的单相导电性能是否矛盾？这种反向电流在电路使用中会带来什么问题？25.使晶闸管导通的条件是什么？ 26.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？ 27.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？28.G

11、TR的安全工作区是如何定义的？如题图1-33所示，GTR带电感性负载时，如果不接二极管VD会产生什么问题？有了二极管VD是否还要加缓冲电路呢？ 计算题：29.晶闸管在单相正弦有效值电压220V时工作,若考虑晶闸管的安全裕量,其电压定额应选多大 ? 第2章 整流电路 填空题：1.电阻负载的特点是_，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角的最大移相范围是_。2.阻感负载的特点是_，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角的最大移相范围是_ ，其承受的最大正反向电压均为_，续流二极管承受的最大反向电压为_（设U2为相电压有效值）。3.单相桥式全控

12、整流电路中，带纯电阻负载时，角移相范围为_，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为_和_；带阻感负载时，角移相范围为_，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为_和_；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个_。4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角大于不导电角d时，晶闸管的导通角q =_; 当控制角a小于不导电角 d 时，晶闸管的导通角 q =_。5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与_的波形基本相同，只是后者适用于_输出电压的场合。6.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压UFm等于_，晶闸管控制角的

13、最大移相范围是_，使负载电流连续的条件为_(U2为相电压有效值)。7.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差_，当它带阻感负载时，a的移相范围为_。8.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中，共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是_的相电压，而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是_的相电压；这种电路 a 角的移相范围是_，ud波形连续得条件是_。9.对于三相半波可控整流电路，换相重迭角的影响，将使用输出电压平均值_。10.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为_，随负载加重Ud逐渐趋近于_，通常设计时，应取RC_T，此时输出电压为Ud_U2(U2为相电压有效

14、值)。11.电容滤波三相不可控整流带电阻负载电路中，电流 id 断续和连续的临界条件是_，电路中的二极管承受的最大反向电压为_U2。12.实际工作中，整流电路输出的电压是周期性的非正弦函数，当 a 从0°90°变化时，整流输出的电压ud的谐波幅值随 a 的增大而 _，当 a 从90°180°变化时，整流输出的电压 ud 的谐波幅值随 a 的增大而_。13.三相桥式全控整流电路带阻感负载时，设交流侧电抗为零，直流电感L为足够大。当 a 30°时，三相电流有效值与直流电流的关系为I_Id ，交流侧电流中所含次谐波次数为_，其整流输出电压中所含的谐波

15、次数为_。14.带平衡电抗器的双反星形可控整流电路适用于_的场合 ，当它带电感负载时，移相范围是_，带电阻负载时，移相范围是_；如果不接平衡电抗器，则每管最大的导通角为_，每管的平均电流为_Id 。15.多重化整流电路可以提高_，其中移相多重联结有_和_两大类。16.逆变电路中，当交流侧和电网连结时，这种电路称为_，欲实现有源逆变，只能采用_电路 ，当控制角 0< a < p /2 时，电路工作在_状态； p /2< a < p 时，电路工作在_状态。17.在整流电路中，能够实现有源逆变的有_、_等（可控整流电路均可），其工作在有源逆变状态的条件是_和_。18.晶闸管直

16、流电动机系统工作于整流状态，当电流连续时，电动机的机械特性为一组_，当电流断续时，电动机的理想空载转速将_，随 a 的增加，进入断续区的电流_。19.直流可逆电力拖动系统中电动机可以实现四象限运行，当其处于第一象限时，电动机作_运行，电动机_转，正组桥工作在_状态；当其处于第四象限时，电动机做_运行，电动机_转，_组桥工作在逆变状态。20.大、中功率的变流器广泛应用的是_触发电路，同步信号为锯齿波的触发电路，可分为三个基本环节，即_、_21.三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其向量如题图2-23所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用

17、料约增加10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？22.三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？ 23.有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是 a ，那么共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，例如都是a相，在相位上差多少度？ 24.题图2-26为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：晶闸管承受的最大反向电压为2；当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。25.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一

18、个晶闸管不能导通，此时的整流电压ud波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其它晶闸管受什么影响？26.单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？27.单相桥式全控整流电路带电阻负载工作，设交流电压有效值U2220V，控制角 a p/3 rad,负载电阻Rd5W,试求：（1）输出电压的平均值 Ud ；（2）输出电流有效值I。28.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作，设交流电压有效值U2400V，负载电阻Rd10W, 控制角 a p/2 rad, 试求：（1）输出电压平均值Ud；（2）输出电流平均值Id。 29.晶闸管串联的单

19、相半控桥（桥中VT1、VT2为晶闸管，电路如题图2-48所示，U2=100V，电阻电感负载，R=2，L值很大，当a =60°时求流过器件电流的有效值，并作出ud、id、iVT、iD的波形。第3章 直流斩波电路1.直流斩波电路完成得是直流到_的变换。2.直流斩波电路中最基本的两种电路是_和_。3.斩波电路有三种控制方式：_、_和_。4.升压斩波电路的典型应用有_和_等。5.升降压斩波电路呈现升压状态的条件为_。6.CuK斩波电路电压的输入输出关系相同的有_、_和_。7.Sepic斩波电路和Zeta斩波电路具有相同的输入输出关系，所不同的是：_的电源电流和负载电流均连续，_的输入、输出电

20、流均是断续的，但两种电路输出的电压都为_极性的 。8.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第_象限，升压斩波电路能使电动机工作于第_象限，_电路能使电动机工作于第1和第2象限。9.画出降压斩波电路原理图并简述其工作原理。10.画出升压斩波电路原理图并简述其基本工作原理。第4章 交流交流电力变换电路填空题：1.改变频率的电路称为_，变频电路有交交变频电路和_电路两种形式，前者又称为_，后者也称为_。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_，随 a 的增大， Uo_，功率因数l_。3.单相交流调压电路带阻感负载，当控制角aj(j=arctan(wL/R) )时

21、,VT1的导通时间_,VT2的导通时间_。4.根据三相联接形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式，TCR属于_联结方式，TCR的控制角 a 的移相范围为_，线电流中所含谐波的次数为_。5.晶闸管投切电容器 选择晶闸管投入时刻的原则是：_。6.把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路称为_。7.单相交交变频电路带阻感负载时，哪组变流电路工作是由_决定的，交流电路工作在整流还是逆变状态是根据_决定的。8.当采用6脉波三相桥式电路且电网频率为50Hz时，单相交交变频电路的输出上限频率约为_。9.三相交交变频电路主要有两种接线方式，即_和_，其中主要用于中等容量的交流调速系统是_。10

22、.矩阵式变频电路是近年来出现的一种新颖的变频电路。它采用的开关器件是_器件；控制方式是_。简答题： 11.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？12.单相交流调压电路带电阻负载和带阻感负载时所产生的谐波有何异同？13.斩控式交流调压电路带电阻负载时输入输出有何特性？14.三相交流调压电路采用三相四线接法时，存在何种问题？ 15.三相交流调压电路采用三相三线接法带电阻负载时，试分析电流的谐波情况。16.什么是TCR，什么是TSC？它们的基本原理是什么？各有何特点？计算题17.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=0°时输出功率为最

23、大值，试求功率为最大输出功率的80%，50%时的开通角。 18.一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串联作为负载，其中R=0.5，L=2mH。试求：开通角的变化范围；负载电流的最大有效值；最大输出功率及此时电源侧的功率因数；当= p/2时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。第5章 逆变电路填空题：1.把直流电变成交流电的电路称为_，当交流侧有电源时称为_，当交流侧无电源时称为_。2.电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，从大的方面，换流可以分为两类，即外部换流和_，进一步划分，前者又包括_和_两种换流方式，后者包括_和_两种换流方式。3.适用于全控型器件的换流方式是

24、_，由换流电路内电容直接提供换流电压的换流方式称为_。4.逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧是电压源时，称此电路为_，当直流侧为电流源时， 称此电路为_。5.半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为_Ud ，全桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为_Ud 。6.三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角度为_，各相开始导电的角度依次相差_，在任一时刻，有_个桥臂导通。7.电压型逆变电路一般采用_器件，换流方式为_；电流型逆变电路中，较多采用_器件，换流方式有的采用 _，有的采用_。8.单相电流型逆变电路采用_换相的方式来工作的，其中电容C和L、R构成_电路，单相电流型逆变电路有自励和他励两种

25、控制方式，在启动过程中，应采用先_后_的控制方式。9.三相电流型逆变电路的基本工作方式是_导电方式，按VT1到VT6的顺序每隔_依次导通，各桥臂之间换流采用 _换流方式。10.从电路输出的合成方式来看，多重逆变电路有串联多重和并联多重两种方式。电压型逆变电路多用_多重方式；电流型逆变电路多采用_多重方式。简答题：11.画出逆变电路的基本原理图并阐述其原理。 12.无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？ 13.换流方式各有那几种？各有什么特点？ 14.什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。 15.电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？

26、 16.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？ 第6章 脉宽调制（PWM）技术填空题：1.PWM控制就是对脉冲的_进行调制的技术；直流斩波电路得到的PWM波是_，SPWM波得到的是_。2.PWM逆变电路也可分为_和_两种，实际应用的几乎都是_电路，得到PWM波形的方法一般有两种，即_和_，实际中主要采用_。3.PWM波形只在单个极性范围内变化的控制方式称_控制方式，三相桥式PWM型逆变电路采用_控制方式。4.根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为_和_。一般为综合两种方法的优点，在低频输出时采用_方法，在高频输出时采用_方法。5.在正弦波和

27、三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断，这种生成SPWM波形的方法称_，实际应用中，采用_来代替上述方法，在计算量大大减小的情况下得到的效果接近真值。6.正弦波调制的三相PWM逆变电路，在调制度a为最大值1时，直流电压利用率为_，采用_波作为调制信号，可以有效地提高直流电压利用率，但是会为电路引入_。7.PWM逆变电路多重化联结方式有_和_，二重化后，谐波地最低频率在_wc附近。8.跟踪控制法有_方式、_方式和_方式三种方式；三种方式中，高次谐波含量较多的是_方式，用于对谐波和噪声要求严格的场合的是_方式。9.PWM整流电路可分为_和_两大类，目前研究和应用较多的是_PWM整流电路。10.PWM整流电路的控制方法有_和_，基于系统的静态模型设计、动态性能较差的是_，电流响应速度快、系统鲁棒性好的是_。简答题：11.试说明PWM控制的基本原理。12.什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？13.什么是SPWM波形的规则化采样法？和自然采样法比规则采样法有什么优点？14.单相和三相SPW