電力電子技術(shù)模擬試題4答案

1、年秋季學(xué)期2007哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院 電力 電子技 術(shù)模擬試題4 （開卷，時間：120分鐘）（所有答案必須寫在答題紙上）一、填空題（40分，每空1分）1. 晶閘管的基本工作特性可概括為：承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電 流，晶閘管都不會導(dǎo)通；承受正向電壓時，僅在 門極有觸 發(fā)電流情況下，晶閘管才能導(dǎo)通；晶閘管一旦導(dǎo)通， 門極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。2. 通常取晶閘管的U和U中較小 的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。RRMDRM 選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍。3. 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流稱為 維

2、持電流。晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通 態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流稱為 擎住電流。對同一晶 閘管來說，通常I約為I的稱為24倍。HL 4.晶閘管的派生器件有：快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、光控晶閘管 。 5. 普通晶閘管關(guān)斷時間 數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管10?s左右。高頻晶閘管的不足在于其 電壓和電流定額 不易做咼。 6. 雙向晶閘管晶閘管可認(rèn)為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。7. 逆導(dǎo)晶閘管是將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。8. 光控晶閘管又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用 一定波長的光照信號 觸發(fā)導(dǎo)通的晶1閘管。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之

3、間的 絕緣，且 可避免電磁干擾的影響9. 帶隔離變壓器的DC-DC變換器的基本類型包括單端正激變換器和單端反激變換器，其中單端是指變壓器磁通 單方向變化。 10. 正激變換器是指在開關(guān)管 開通 時電源將能量直接傳送給負(fù)載。 11. 反激變換器是指在開關(guān)管 開通 時電源將電能轉(zhuǎn)為磁能儲存在電感（變壓器）中，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時再將磁能變?yōu)殡娔軅魉偷截?fù)載。 12. 三相電壓型逆變電路中，180度導(dǎo)電角的控制方式下，每個橋臂的導(dǎo)電角度 為180?，各相開始導(dǎo)電的角度依次相差120?，在任一時刻，有3個橋臂導(dǎo)通。13. 電壓型逆變電路一般采用 全控型器件，換流方式為 器件換流；電流型逆變電路中，較多采用半控

4、型器件，換流方式有的采用強迫換流，有的采用負(fù)載換流。14. 三相電流型逆變電路的基本工作方式是120度導(dǎo)電方式，按VT1到VT6的順序每隔60?依次導(dǎo)通，各橋臂之間換流采用 橫向換流方式，在任一時刻，有3個橋臂導(dǎo)通。二、簡答題（20分，每題2分）1.GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，為什么GTO能夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不能？答：GTO能夠通過門極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：?2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于關(guān)斷GTO。設(shè)計？2更接近11+，導(dǎo)通時接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通導(dǎo)通時時管壓降增大。多元集成結(jié)構(gòu)，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。2.試說明IGB

5、T、GTR GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點 答：GTR的容量中等，工作頻率一般在10kHz以下，所需驅(qū)動功率較大，耐壓 高，電流大，開關(guān)特性好， 。GTO：容量大，但驅(qū)動復(fù)雜，速度低，電流關(guān)斷增益很小，功耗達(dá)，效率較低。 MOSFET 器件工作頻率最高，所需驅(qū)動功率最小，熱穩(wěn)定性好，但其容量較的 容量屬GTR的容量和IGBT小、通態(tài)壓降大，開通損耗相應(yīng)較大，耐壓低。 同一等級，但屬電壓控制型器件，驅(qū)動功率小，工作頻率高，通態(tài)壓降低，輸入 阻抗高。3. 無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？ 答：有源逆變電路交流側(cè)接有電源，無源逆變電路交流側(cè)直接與負(fù)載連接。4. 換流方式各有那幾種？各有什么

6、特點？答：共有四種換流方式： 器件換流：利用全控型器件的自關(guān)斷能力姓行換流 電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓不需要器件具有門極可關(guān)斷能力。 負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓。 強迫換流：設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓或反 向電流的換流方式稱為強迫換流。5. 無功功率和諧波對公用電網(wǎng)分別有那些危害？答：無功功率，對公用電網(wǎng)帶來不利影響有：1）無功功率會導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致設(shè)備容量增加。2）無功功率增加，會使總電流增加，從而使設(shè)備和線路的損耗增加。3）使線路壓降增大，沖擊性無功負(fù)載還會使電壓劇烈波動。諧波，對公用電網(wǎng)危害包括： 諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗， 降低

7、發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效 1） 率，大量的 3 次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。 2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱，使變 壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、使絕緣老化、壽命縮短以至損 壞。3）諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會使上述1）2） 兩項的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。4）諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確。5）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo) 致 信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。6. 鋸齒波觸發(fā)電路由哪些部分組成？各部分的主要作用是什么？

8、 答：組成部分： 脈沖形成環(huán)節(jié)：產(chǎn)生觸發(fā)脈沖波并將其放大。 鋸齒波的形成和脈沖移向環(huán)節(jié)：產(chǎn)生鋸齒波電壓并改變脈沖產(chǎn)生的時刻。 同步環(huán)節(jié)：確定鋸齒波的頻率于主電路電源的頻率相同及相位關(guān)系。 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)：觸發(fā)晶閘管使其按照正確順序?qū)ā?. 簡述交流電力電子開關(guān)與交流調(diào)功電路的區(qū)別。 答：交流調(diào)功電路和交流電力電子開關(guān)都是控制電路的接通和斷開， 但交流調(diào)其 控制手段是改變控制周期內(nèi)電功電路是以控制電路的平均輸出功率為目的， 路導(dǎo)通周波數(shù)和斷開周波數(shù)的比。 而交流電力電子開關(guān)并不去控制電路的平均輸 出功率，通常也沒有明確的控制周期，而只是根據(jù)需要控制電路的開通和斷開。 另外，交流電力電子開關(guān)的

9、控制頻度通常比交流調(diào)功電路低得多。8. 交流調(diào)功電路中電流的諧波有何特點？答：如果以電源周期為基準(zhǔn)， 電流中不含整數(shù)倍頻率的諧波， 但含有非整數(shù)倍頻 率的諧波，而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率諧波的含量較大。9. 高頻化的意義是什么？為什么提高開關(guān)頻率可以減小濾波器的體積和重量？為什么提高開關(guān)頻率可以減小變壓器的體積和重量？ 答：高頻化可以使裝置小型化、輕量化。 提高開關(guān)頻率可以減小濾波器的電感量或電容量， 從而減小濾波器的體積和重量。 提高開關(guān)頻率可以減少變壓器各繞組的匝數(shù)并減小鐵心的尺寸， 從而使變壓器小 型化。10.何為UPS?試說明如題圖8-4所示UPS系統(tǒng)的工作原理。答： UPS 是

10、指當(dāng)交流輸入電源發(fā)生異?；驍嚯姇r，還能繼續(xù)向負(fù)載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負(fù)載供電不受影響的裝置。 工作原理：當(dāng)市電正常時，由市電供電，市電經(jīng)整流器整流為直流。再逆變?yōu)?50Hz 恒頻恒壓的交流電向負(fù)載供電。同時，整流器輸出的直梳電給蓄電池充 電可保證蕾電池的電量充足。此時負(fù)載得到的交流電壓比市電電壓質(zhì)量高。 即使市電發(fā)生質(zhì)量問題時， 也能獲得正常的恒壓恒頻的正弦波交流輸出 并具有 穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性能，因此也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。一旦市電異常乃至停電。即由蓄 電池自動代替整流器向逆變器供電， 蓄電池的直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻恒壓交 流電繼續(xù)向負(fù)載供電。從負(fù)載側(cè)看，供電不受市電影響三、畫圖題（10分）

11、1.在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓ud的波形。UUUUcabdO?不能導(dǎo)通電阻負(fù)載，VT1 a =0 , UUUUcabd我O?不能導(dǎo)通=0 a VT1，電感性負(fù)載,30四、計算題（分，每題10分）1. 在下圖所示的降壓斬波電路中，已知E=100V，R=10 Q, L值極大，E=20V，MT=100卩s,t=50 卩s。 on1 ）畫出輸出電壓uo,輸出電流io,流過器件V的 電流iV以及流過二極管VD的電流i。 VD2）計算輸出電壓平均值Uo，輸出電 流平均值Io，器件V上的平均電流I , V及二極管VD上的平均電流I。 VD,題圖3-

12、1UGE050100t（卩 s）u510t（卩 s）i.20t（卩 s）i,V|o050100t（卩 s）i“O50100t（卩 s）0解 2） : T50U50?20onU左？00?50Vm0|?3A00T10010RT50T50onA1.5*3A?off*3A?1.5A?ov ovdT100T1002. 設(shè)計下圖所示的單端反激 DC/DC變換器。輸入直流電壓 Vs=12V 10%，開 關(guān)頻率fs=100KHz ，額定負(fù)載電流1A，最小負(fù)載電流0.1A，要求輸出電壓Vo恒定為48V，電壓紋波小于1%。選擇變壓器變比N2/N1 = 4，當(dāng)電源電壓土10%波動時，為了使輸出電壓恒定，占空比應(yīng)在什么范圍調(diào)節(jié)?解：根據(jù)輸出電壓表達(dá)式？1N?/?/?十.soVN?N11?2i-VNio 當(dāng)電源電壓+ 10%動時，即 Vs=13.2V 時 11?0.45?NV448)*1?；13.2/?12s ,NV1011Q52? NV 波動當(dāng)電源電壓一10%4(10.8/48)*1?2s時時，即 Vs=10.8V I NV