07電力電子及答案

1、07電力電子及答案華南農(nóng)業(yè)大學(xué)期末考試試卷（A卷）填空題（每題2分，10題共20分）i .通常取晶閘管的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM和反向重復(fù)峰值電壓 URRM中較小的標(biāo) 值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，額定電 壓要留有一點(diǎn)裕量，一般取額定電壓為正常 工作時(shí)的晶閘管所承受峰值電壓的 23倍。2. 晶閘管額定電流為100A,通過(guò)半波交流電時(shí)， 電流的波形系數(shù)為Kf=1.57，電流的有效值計(jì) 算為IM，則通過(guò)電流最大值Im為314 A 。3. 單相全波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為1.41 U2。三相半波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為 2.45U2。（電源相電壓為12）4. 要

2、使三相全控橋式整流電路正常工作，對(duì)晶閘管觸發(fā)方法有兩種，一是用寬脈沖觸發(fā)；二是用雙窄脈沖觸發(fā),5. 單相交流調(diào)壓電阻性負(fù)載電路的移相范圍在 0度180度內(nèi)，在阻感性負(fù)載時(shí)移相范圍在 功率因素角 180 度 內(nèi)O6. 交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路異同點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)相同， 控制方式不同，（交流調(diào)壓電路采 用移相觸發(fā)對(duì)一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通角控制， 調(diào)功電路 對(duì)導(dǎo)通周波數(shù)與阻斷 周波數(shù)的比值進(jìn) 行控制）。7. 電壓型逆變電路中的反饋二極管的作用是 給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通 jl。8. 變流電路的換流方式有器件換流、電網(wǎng) 換流、負(fù)載換流、 強(qiáng)迫換流 等四種。9. 180。導(dǎo)電型三相橋式逆變電路，晶閘管

3、換相 是在同一相上下兩個(gè)橋臂元件之間進(jìn)行;而1200導(dǎo)電型三相橋式逆變電路，晶閘管換 相是在 上橋臂或者下橋臂組內(nèi)上的元件之間進(jìn)行的。10. PWM逆變電路的控制方法有計(jì)算法 、調(diào)制法和規(guī)則米樣法三種。其中調(diào)制法又可分為同步調(diào)制法、異步調(diào)制法兩種。二、判斷題（每題2分，10題共20分，對(duì)/、錯(cuò)X ）1. 同一晶閘管，維持電流Ih在數(shù)值上一般大于擎住電流Il。（ X ）2. 多個(gè)晶閘管串并聯(lián)使用時(shí)，通常采用先串后并的聯(lián)接方法。（V ）3. 半控橋整流帶大電感負(fù)載不加續(xù)流二極管電路中，電路出故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn) 象。（V ）4. 有源逆變裝置是把逆變后的交流能量送回電網(wǎng)。（/ ）5. 直流斬波電路只

4、能實(shí)現(xiàn)降低輸出直流電壓的作用。（x ）6. 雙向晶閘管的額定電流的定義與普通晶閘管 不一樣，雙向晶閘管的額定電流是用電流有 效 值 來(lái) 表 示 的。（V ）7. 并聯(lián)諧振負(fù)載的逆變器負(fù)載必須是呈電容性電路。（/ ）8. 用多重逆變電路或多電平逆變電路，可以改善逆變電路的輸出波形，使它更接近正弦 波。（V ）9. 采用兩組反并聯(lián)晶閘管變流橋的可逆系統(tǒng)， 供直流電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行時(shí)，其中一組逆變 器工作在整流狀態(tài)，那么另一組就工作在逆變狀態(tài)。（V ）10. 設(shè)置補(bǔ)償電容可以提高變流裝置的功率因 數(shù)。（a ）三、 簡(jiǎn)答題（每題5分，6題共30分）1. 如下圖所示（L和R串聯(lián)后作為負(fù)載），說(shuō)明 晶閘管導(dǎo)

5、通的條件是什么？關(guān)斷時(shí)和導(dǎo)通后 晶閘管的端電壓、流過(guò)晶閘管的電流和負(fù)載 上的電壓由什么決定？答：晶閘管導(dǎo)通的條件是：陽(yáng)極承受正向電 壓，處于阻斷狀態(tài)的晶閘管，只有在門 極加正向觸發(fā)電壓，才能使其導(dǎo)通。門 極所加正向觸發(fā)脈沖的最小寬度，應(yīng)能 使陽(yáng)極電流達(dá)到維持通態(tài)所需要的最 小陽(yáng)極電流，即擎住電流I L以上。導(dǎo) 通后的晶閘管管壓降很小。晶閘管的關(guān)斷時(shí)其兩端電壓大小由電 源電壓LA決定，電流近似為零。導(dǎo)通后流過(guò)晶閘管的電流由負(fù)載阻抗 決定，負(fù)載上電壓由輸入陽(yáng)極電壓 LA決定。2. 緩沖電路的作用是什么？關(guān)斷緩沖與開(kāi)通緩 沖在電路形式上有何區(qū)別，各自的功能是什 么？答：緩沖電路的作用是抑制電力電子器

6、件的 內(nèi)因過(guò)電壓du/dt或者過(guò)電流di/dt, 減少器件的開(kāi)關(guān)損耗。緩沖電路分為關(guān) 斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路。關(guān)斷緩沖 電路是對(duì)du/dt抑制的電路，用于抑制 器件的關(guān)斷過(guò)電壓和換相過(guò)電壓，抑制 du/dt ,減小關(guān)斷損耗。開(kāi)通緩沖電路 是對(duì)di/dt抑制的電路，用于抑制器件 開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和di/dt ,減小器件 的開(kāi)通損耗。3. 變壓器漏抗對(duì)整流電路有什么影響？答：出現(xiàn)換相重疊角，整流輸出電壓平均 值Ud降低；整流電路的工作狀態(tài)增多； 晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的 安全導(dǎo)通。有時(shí)人為串入進(jìn)線電抗器以 抑制晶閘管的di/dt。換相時(shí)晶閘管電 壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的 du/di ,

7、可能使 晶閘管誤導(dǎo)通，為此，必須加吸收電路。 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾 源。4. 在三相橋式整流電路中，為什么三相電壓的 六個(gè)交點(diǎn)就是對(duì)應(yīng)橋臂的自然換流（相）點(diǎn)？（請(qǐng)以a、b兩相電壓正半周交點(diǎn)為例，說(shuō)明 自然換向原理）答：三相橋式整流電路中，每只二級(jí)管承受 的是相鄰二相的線電壓，承受正向電壓 時(shí)導(dǎo)通，反向電壓時(shí)截止。三相電壓的 六個(gè)交點(diǎn)是其各線電壓的過(guò)零點(diǎn)，是二 級(jí)管承受正反向電壓的分界點(diǎn)，所以， 是對(duì)應(yīng)橋臂的自然換流點(diǎn)。5. 試述斬波電路時(shí)間比控制方式中的三種控制 模式？答：斬波電路時(shí)間比控制方式中的三種控制模式為：（1）定頻調(diào)寬控制模式定頻就是指開(kāi)關(guān)兀件的開(kāi)、關(guān)頻率固定 不變，也就

8、是開(kāi)、關(guān)周期 T固定不變， 調(diào)寬是指通過(guò)改變斬波電路的開(kāi)關(guān)元 件導(dǎo)通的時(shí)間Ton來(lái)改變導(dǎo)通比K值, 從而改變輸出電壓的平均值。(2) 定寬調(diào)頻控制模式定寬就是斬波電路的開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通 時(shí)間Ton固定不變，調(diào)頻是指用改變開(kāi) 關(guān)元件的開(kāi)關(guān)周期T來(lái)改變導(dǎo)通比K。(3) 調(diào)頻調(diào)寬混合控制模式這種方式是前兩種控制方式的綜合，是 指在控制驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，即改變開(kāi)關(guān)周 期T,又改變斬波電路導(dǎo)通時(shí)間Ton的控 制方式。通常用于需要大幅度改變輸出 電壓數(shù)值的場(chǎng)合.6. SPWM調(diào)制方式是怎樣實(shí)現(xiàn)變壓功能的？又 是怎樣實(shí)現(xiàn)變頻功能的？答：改變調(diào)制比M可以改變輸出電壓uo基波 的幅值，所以，SPWM調(diào)制是通過(guò)改 變調(diào)

9、制波Ur的幅值實(shí)現(xiàn)變壓功能的。 改變正弦調(diào)制波的頻率時(shí)，可以改變輸 出電壓U0的基波頻率，所以，SPWM 調(diào)制是通過(guò)改變調(diào)制波 Ur的頻率實(shí)現(xiàn) 變頻功能的。四、 分析計(jì)算題(每題6分，5題共30分)1. 在下圖中，E=50V, R=0.5Q, L=0.5H,晶閘管擎住電流為15mA要使晶閘管導(dǎo)通，門極 觸發(fā)電流脈沖寬度至少應(yīng)為多少？（提示：對(duì)于小t ,可取e t 1 tXl0 5 II解：晶閘管導(dǎo)通后，主回路電壓方程為:1_也 RidEdt主電路電流id按下式由零上升E tR/Lid R1 e晶閘管要維持導(dǎo)通，id必須上升達(dá)到擎住電流 值以上，在此期間，門極脈沖應(yīng)繼續(xù)維持，將 Id=15mA代

10、入，得50t3一 1 e t15 10 30.5取 e t 1 t ,t>150 從 s所以，門極觸發(fā)電流脈沖寬度至少應(yīng)大于 1501 So2. 某一電熱裝置（電阻性負(fù)載），要求直流平均電壓為75V,電流為20A,采用單相半波可控整流電路直接從220V交流電網(wǎng)供電。計(jì)算晶閘管的控制角a、導(dǎo)通角0、負(fù)載電流有效值，解：(1)整流輸出平均電壓U1 2 d=242u 2 sin.td( .t) =1LV2U2 sin .td( .t)= U21 cos1 0.45U 2 -cos22cos a=2Ud1工0.45旦12200.5152=0.45U 2則控制角aR 60°導(dǎo)通角 6 =

11、兀-a =120°(2).負(fù)載電流平均值|d=¥=20(A)則R= Ud / Id=75/ 20=3.75Q負(fù)載電流有效值I,即為晶閘管 電流有效值Ivi,所以，2,l=lvi =、i? -Rsin t d t =¥v：sin2 = 37.6(A)3.分析下圖示升壓斬波電路原理并計(jì)算，已知 E=50V ,負(fù)載電阻R=20 Q , L值和C值極大， 采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40餌，ton=25餌 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值 Uo,輸出電流平均 值Ioo解：開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通（模式1）時(shí)，電感L儲(chǔ) 育氏負(fù)載R上的電壓uo和電流io由電 容器C上的電壓uc提供。開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷（

12、模式2）時(shí)，直流電源 Ud和電感L儲(chǔ)能向負(fù)載R和電容器C提 供能量，電容器C充電。因此，可達(dá)到輸出平均直流電壓高于電 源輸入的直流電壓。輸出電壓平均值 uo為u其中，Ton為導(dǎo)通時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)周期，竺也133.3V40 25133.3人6.67A20K為導(dǎo)通比。u n0 T TonIo牛4.請(qǐng)從VT1向VT3換流的過(guò)程分析入手， 說(shuō)明題 圖所示申聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路的換流過(guò)程。解：假設(shè)以從VT1向VT3換流的過(guò)程進(jìn)行 分析：假設(shè)換流前VT1和VT2導(dǎo)通，以電壓 UCo左正右負(fù)。如圖a所示。換流階段分 為恒流放電和二極管換流兩個(gè)階段。t1時(shí)刻觸發(fā)VT3導(dǎo)通，VT1被施以反壓而關(guān)斷Id 從 V

13、T1 換到 VT3, C13 通過(guò) VD1、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2 VT2、直流電源和VT3放電，放電電流恒為Id, 故稱恒流放電階段。如圖b所示。VTM沖 *立 VDI $VD3 u v+ '1 -VDI-U V*VT1 V13J JVT VT3J J5Jvdi 偵winihjVT1承受反壓,UC13下降到零之前，反壓時(shí)間大于tq就能保證關(guān)斷。t2時(shí)刻UC13降到零，之后C13反 向充電。忽略負(fù)載電阻壓降，則二極管 VD3導(dǎo)通，電流為 iV, VD1電流為 iU=Id-iV, VD1和VD3同時(shí)通，進(jìn)入 極管換流階段。隨著C13電壓增高，充電電流漸 小，iV漸大，t3時(shí)刻iU減到

14、零，iV=Id, VD1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束t 3以后，VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段。5. 繪制單相橋式SPWM逆變電路產(chǎn)生單極性SPWM波形圖和雙極性SPWM波形圖并說(shuō)明其調(diào)制原理D解：首先畫出逆變電路產(chǎn)生單極性 SPWM波形圖:在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷ur正半周，V1保持通，V2保持?jǐn)?。?dāng) ur> uc 時(shí)使 V4 通，V3 斷，uo=Ud。當(dāng) ur< uc 時(shí)使 V4 斷，V3 通，uo=0。ur負(fù)半周和正半周相反畫出逆變電路產(chǎn)生雙極性 SPWM波形圖在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得 PWM波也有正 有負(fù)，其幅值只有土 Ud兩種電平