電力電子技術(shù)課后簡(jiǎn)答

1、2-1與信息電子電路中的二極管相比，電力二極管具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)才使得其具有耐受高壓和大電流的能力？答：1.電力二極管大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，使得硅片中通過電流的有效面積增大，顯著提高了二極管的通流能力。2.電力二極管在P區(qū)和N區(qū)之間多了一層低摻雜N區(qū)，也稱漂移區(qū)。低摻雜N區(qū)由于摻雜濃度低而接近于無摻雜的純半導(dǎo)體材料即本征半導(dǎo)體，由于摻雜濃度低，低摻雜N區(qū)就可以承受很高的電壓而不被擊穿。2-2. 使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？ 答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍簎AK>0且uGK>0。 2-3. 維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘

2、管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？ 答：維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流。 要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷， 可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。2-7 與信息電子電路中的二極管相比，電力二極管具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)才使得它具有耐受高電壓電流的能力？答1.電力二極管大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，使得硅片中通過電流的有效面積增大，顯著提高了二極管的通流能力。2. 電力二極管在P區(qū)和N區(qū)之間多了一層低摻雜N區(qū)，也稱漂移區(qū)。低摻雜N區(qū)由于摻雜濃度低而接近于無摻雜的純半導(dǎo)體材料即本征半導(dǎo)體，由于摻雜濃度低，低

3、摻雜N區(qū)就可以承受很高的電壓而不被擊穿。2-8 試分析IGBT和電力MOSFET在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和開關(guān)特性上的相似與不同之處.IGBT比電力MOSFET在背面多一個(gè)P型層，IGBT開關(guān)速度小，開關(guān)損耗少具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小。開關(guān)速度低于電力MOSFET。電力MOSFET開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好。所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題。IGBT驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是:驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，GBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。 電力MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻

4、，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。 2-11目前常用的全控型電力電子器件有哪些？答：門極可關(guān)斷晶閘管, 電力晶閘管，電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管，絕緣柵雙極晶體管。 3-23帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異同？答：帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點(diǎn)：三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián)，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯(lián)，且后者需要用平衡電抗器；當(dāng)變壓器二次電壓有效值U2相等時(shí)，雙反星形電路的整流電壓平均值Ud是三相橋式電路的1/2，而整流電流平均值Id是三相橋式電路的2倍。在兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓u

5、d和整流電流id的波形形狀一樣。3-24整流電路多重化的主要目的是什么？答：整流電路多重化的目的主要包括兩個(gè)方面，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功功率對(duì)電網(wǎng)的干擾。3-2512脈波、24脈波整流電路的整流輸出電壓和交流輸入電流中各含哪些次數(shù)的諧波？答：12脈波電路整流電路的交流輸入電流中含有11次、13次、23次、25次等即12k±1、（k=1，2，3···）次諧波，整流輸出電壓中含有12、24等即12k（k=1，2，3···）次諧波。24脈波整流電路的交流輸入電流中含有23次、25次、

6、47次、49次等，即24k±1（k=1，2，3···）次諧波，整流輸出電壓中含有24、48等即24k（k=1，2，3···）次諧波。3-26使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？答：條件有二：直流側(cè)要有電動(dòng)勢(shì)，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓；要求晶閘管的控制角>/2，使Ud為負(fù)值。3-29什么是逆變失敗？如何防止逆變失??？答：逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會(huì)通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短

7、路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角等。3-30單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍分別是多少？答：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐罚?dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是0 180°，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是0 90°。三相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是0 120°，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是0 90°。4-l無源逆變電路和有源逆變

8、電路有何不同？答：兩種電路的不同主要是：有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)即交流側(cè)接有電源。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù)載聯(lián)接。4-2換流方式各有那兒種？各有什么特點(diǎn)？答：換流方式有4種：器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。全控型器件采用此換流方式。電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。強(qiáng)迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)追施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。通常是利用附加電容上的能量實(shí)現(xiàn)，也稱電容換流。晶閘管電路不能采用器件換流,根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、

9、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流3種方式。 4-3什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點(diǎn)？答：按照逆變電路直流測(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的稱為逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路電壓型逆變電路的主要持點(diǎn)是：直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了

10、反饋二極管。電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是：直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流測(cè)電惑起緩沖無功能量的作用。因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。4-4電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？ 在電壓型逆變電路中,當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率,直流側(cè)電容起 緩沖無功能量

11、的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道,逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時(shí),電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極性相反時(shí),由反饋二極管提供電流通道。4-6.并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相,為保證換相應(yīng)滿足什么條件?答;假設(shè)在t時(shí)刻觸發(fā)VT2、VT3使其導(dǎo)通,負(fù)載電壓u。就通過VT2、VT3施加在VTl、VT4上,使其承受反向電壓關(guān)斷,電流從VTl、VT4向VT2、VT3轉(zhuǎn)移觸發(fā)VT2、VT3時(shí)刻/必須在u。過零前并留有足夠的裕量,才能使換流順利完成。 4-7串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中,二極管的作用是什么?試分析換流過程。答:二極管

12、的主要作用,一是為換流電容器充電提供通道,并使換流電容的電壓能夠得以保持,為晶閘管換流做好準(zhǔn)備;二是使換流電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關(guān)斷的晶閘管上,使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時(shí)間的反向電壓,確保晶閘管可靠關(guān)斷，從而確保晶閘管換流成功。以VTl和VT3之間的換流為例,串聯(lián)二極管式電流型逆變電路的換流過程可簡(jiǎn)述如下:給VT3施加觸發(fā)脈沖,由于換流電容C13電壓的作用,使VT3導(dǎo)通而VTl被施以反向電壓而關(guān)斷。直流電流Id從VTl換到VT3上,C13通過VDl、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電,如圖5-16b所示。因放電電流恒為/d,故稱恒流放電階段。在C13電壓

13、Uc13下降到零之前,VTl一直承受反壓,只要反壓時(shí)間大于晶閘管關(guān)斷時(shí)間rq，就能保證可靠關(guān)斷。Uc13降到零之后在U相負(fù)載電感的作用下,開始對(duì)C13反向充電。如忽略負(fù)載沖電阻的壓降,則在Uc13=0時(shí)刻后,二極管VD3受到正向偏置而導(dǎo)通,開始流過電流,兩個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通,進(jìn)入二極管換流階段,如圖5-16c所示。隨著C13充電電壓不斷增高,充電電流逐漸減小,到某一時(shí)刻充電電流減到零,VDl承受反壓而關(guān)斷,二極管換流階段結(jié)束。之后,進(jìn)入VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)逗階段,電流路徑如圖5-6d所示。 4-8.逆變電路多重化的目的是什么?如何實(shí)現(xiàn)?串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路備用于什么場(chǎng)合? 答:逆變電路多重

14、化的目的之一是使總體上裝置的功率等級(jí)提高,二是可以改善輸出電壓的波形。因?yàn)闊o論是電壓型逆變電路輸出的矩形電壓波,還是電流型逆變電路輸出的矩形電流波,都含有較多諧波,對(duì)負(fù)載有不利影響,采用多重逆變電路,可以把幾個(gè)矩形波組合起來獲得接近正弦波的波形。 逆變電路多重化就是把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來,使它們所含的某些主要諧波分量相互抵消,就可以得到較為接近正弦波的波形。組合方式有串聯(lián)多重和并聯(lián)多重兩種方式。串聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路的輸出串聯(lián)起來,并聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路的輸出并聯(lián)起來。串聯(lián)多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化。并聯(lián)多重逆變電路多用于電流型逆變電路的多重化。在電流型

15、逆變電路中,直流電流極性是一定的,無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時(shí),電流并不反向,依然經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通,因此不需要并聯(lián)反饋二極管。5-10多相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn)?答：多相多重?cái)夭娐芬蛟陔娫磁c負(fù)載間接入了多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路，使得輸入電源電流和輸出負(fù)載電流的脈動(dòng)次數(shù)增加、脈動(dòng)幅度減小，對(duì)輸入和輸出電流濾波更容易，濾波電感減小。此外，多相多重?cái)夭娐愤€具有備用功能，各斬波單元之間互為備用，總體可靠性提高。5-13全橋和半橋電路對(duì)驅(qū)動(dòng)電路有什么要求?答：全橋電路需要四組驅(qū)動(dòng)電路，由于有兩個(gè)管子的發(fā)射極連在一起，可共用一個(gè)電源所以只需要三組電源；半橋

16、電路需要兩組驅(qū)動(dòng)電路，兩組電源。 6-3交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū)別？二者各運(yùn)用于什么樣的負(fù)載？為什么？ 答：:交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路的電路形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。 交流調(diào)壓電路是在交流電源的每個(gè)周期對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控制。而交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)波，再斷開幾個(gè)周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。 交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制）及異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在供用電系統(tǒng)中,還常用于對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓

17、器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設(shè)計(jì)制造。 交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時(shí)間常數(shù)很大的控制對(duì)象。由于控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大，沒有必要對(duì)交流電源的每個(gè)周期進(jìn)行頻繁控制。6-4交交變頻電路的最高輸出頻率是多少?制約輸出頻率提高的因素是什么?答：一般來講，構(gòu)成交交變頻電路的兩組變流電路的脈波數(shù)越多，最高輸出頻率就越高。當(dāng)交交變頻電路中采用常用的6脈波

18、三相橋式整流電路時(shí)，最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，交交變頻電路輸出的上限頻率為20Hz左右。當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所包含的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要因素。 6-5交交變頻電路的主要特點(diǎn)和不足是什么？其主要用途是什么？答：交交變頻電路的主要特點(diǎn)是：只用一次變流效率較高；可方便實(shí)現(xiàn)四象限工作，低頻輸出時(shí)的特性接近正弦波。交交變頻電路的主要不足是：接線復(fù)雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36只晶閘管；受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸出功率

19、因數(shù)較低；輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。 主要用途：500千瓦或1000千瓦以下的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路，如軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等場(chǎng)合。 6-6.三相交交變頻電路有那兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？答：三相交交變頻電路有公共交流母線進(jìn)線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式兩種接線方式。兩種方式的主要區(qū)別在于：公共交流母線進(jìn)線方式中，因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以三組單相交交變頻電路輸出端必須隔離。為此，交流電動(dòng)機(jī)三個(gè)繞組必須拆開，共引出六根線。而在輸出星形聯(lián)結(jié)方式中，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中性點(diǎn)和變頻器中中性點(diǎn)在一起；電動(dòng)機(jī)只引三根線即可，但是因其三組單相交交變頻器的輸出聯(lián)在一起，其電源進(jìn)線必須隔離，因此三組單

20、相交交變頻器要分別用三個(gè)變壓器供電。 6-7在三相交交變頻電路中，采用梯形波輸出控制的好處是什么？為什么？答：在三相交交變頻電路中采用梯形波控制的好處是可以改善輸入功率因數(shù)。 因?yàn)樘菪尾ǖ闹饕C波成分是三次諧波，在線電壓中，三次諧波相互抵消，結(jié)果線電壓仍為正弦波。在這種控制方式中，因?yàn)闃蚴诫娐纺軌蜉^長(zhǎng)時(shí)間工作在高輸出電壓區(qū)域（對(duì)應(yīng)梯形波的平頂區(qū)），角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高15%左右。 6-8試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。為什么說這種電路有較好的發(fā)展前景？答：矩陣式變頻電路的基本原理是：對(duì)輸入的單相或三相交流電壓進(jìn)行斬波控制，使輸出成為正弦交流輸出。矩陣式變頻電路的主要優(yōu)點(diǎn)是：輸出

21、電壓為正弦波；輸出頻率不受電網(wǎng)頻率的限制；輸入電流也可控制為正弦波且和電壓同相；功率因數(shù)為l，也可控制為需要的功率因數(shù)；能量可雙向流動(dòng)，適用于交流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行；不通過中間直流環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻，效率較高。矩陣式交交變頻電路的主要缺點(diǎn)是：所用的開關(guān)器件為18個(gè)，電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，控制方法還不算成熟；輸出輸入最大電壓比只有0.866，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低。因?yàn)榫仃囀阶冾l電路有十分良好的電氣性能，使輸出電壓和輸入電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)為l，且能量雙向流動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行；其次，和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比，雖然多用了6個(gè)開關(guān)器件，卻省去直流側(cè)大電容，使體積減少，

22、且容易實(shí)現(xiàn)集成化和功率模塊化。隨著當(dāng)前器件制造技術(shù)的飛速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，矩陣式變頻電路將有很好的發(fā)展前景。7-1試說明PWM控制的基本原理。答：PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。在采樣控制理論中有一條重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理以正弦PWM控制為例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N個(gè)彼此相連的脈沖列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于/N，但幅值不等且脈沖頂

23、部不是水平直線而是曲線，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，就得到PWM波形。各PWM脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形?？梢?，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。7-3單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別？三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓（輸出端相對(duì)于直流電源中點(diǎn)的電壓）和線電壓SPWM波形各有幾種電平？答：三角波載波在信號(hào)波正半周期或負(fù)半

24、周期里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個(gè)周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性PWM控制方式。 三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的PWM波形在半個(gè)周期中有正、有負(fù)，則稱之為雙極性PWM控制方式。 三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：0.5Ud和-0.5 Ud。輸出線電壓有三種電平Ud、0、- Ud。7-4特定諧波消去法的基本原理是什么？設(shè)半個(gè)信號(hào)波周期內(nèi)有10個(gè)開關(guān)時(shí)刻（不含0和時(shí)刻）可以控制，可以消去的諧波有幾種？答：首先盡量使波形具有對(duì)稱性，為消去偶次諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩個(gè)半周期對(duì)稱，為消去諧波中的余弦項(xiàng)，使波形在正半周期前后1/4周期以p /2為軸線對(duì)稱?？紤]

25、到上述對(duì)稱性，半周期內(nèi)有5個(gè)開關(guān)時(shí)刻可以控制。利用其中的1個(gè)自由度控制基波的大小，剩余的4個(gè)自由度可用于消除4種頻率的諧波。7-5什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？?jī)烧吒饔泻翁攸c(diǎn)？分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點(diǎn)？答：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率fc 固定不變，因而當(dāng)信號(hào)波頻率fr變化時(shí)，載波比N是變化的。異步調(diào)制的主要特點(diǎn)是：在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱。這樣，當(dāng)信號(hào)波頻率較低時(shí)，載波比N較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周期內(nèi)前后1/

26、4周期脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。而當(dāng)信號(hào)波頻率增高時(shí)，載波比N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響就變大，有時(shí)信號(hào)波的微小變化還會(huì)產(chǎn)生PWM脈沖的跳動(dòng)。這就使得輸出PWM波和正弦波的差異變大。對(duì)于三相PWM型逆變電路來說，三相輸出的對(duì)稱性也變差。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。同步調(diào)制的主要特點(diǎn)是：在同步調(diào)制方式中，信號(hào)波頻率變化時(shí)載波比N不變，信號(hào)波一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率fc也很低。fc過低時(shí)由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)

27、帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率fc會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受。此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些。分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率劃分為若干段，每個(gè)頻段的載波比一定，不同頻段采用不同的載波比。其優(yōu)點(diǎn)主要是，在高頻段采用較低的載波比，使載波頻率不致過高，可限制在功率器件允許的范圍內(nèi)。而在低頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致過低而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。7-6什么是SPWM 波形的規(guī)則化采樣法？和自然采樣法比規(guī)則采樣法有什么優(yōu)點(diǎn)？答：規(guī)則采樣法是一種在采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)用的PWM波形生成方法。規(guī)則采樣法是在自然采樣法的基礎(chǔ)上得出的。規(guī)則采樣法的基本思

28、路是：取三角波載波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期。使每個(gè)PWM脈沖的中點(diǎn)和三角波一周期的中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合，在三角波的負(fù)峰時(shí)刻對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到正弦波的值，用幅值與該正弦波值相等的一條水平直線近似代替正弦信號(hào)波，用該直線與三角波載波的交點(diǎn)代替正弦波與載波的交點(diǎn)，即可得出控制功率開關(guān)器件通斷的時(shí)刻。比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計(jì)算非常簡(jiǎn)單，計(jì)算量大大減少，而效果接近自然采樣法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算，在工程中實(shí)際應(yīng)用不多的缺點(diǎn)。7-8如何提高PWM逆變電路的直流電壓利用率？答：采用梯形波控制方式，即用梯形波作為調(diào)制信號(hào)，可以有效地提高直流

29、電壓的利用率。 對(duì)于三相PWM逆變電路，還可以采用線電壓控制方式，即在相電壓調(diào)制信號(hào)中疊加3的倍數(shù)次諧波及直流分量等，同樣可以有效地提高直流電壓利用率。7-9什么是電流跟蹤型PWM變流電路？采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器有何特點(diǎn)？ 答：電流跟蹤型PWM變流電路就是對(duì)變流電路采用電流跟蹤控制。也就是，不用信號(hào)波對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，而是把希望輸出的電流作為指令信號(hào)，把實(shí)際電流作為反饋信號(hào)，通過二者的瞬時(shí)值比較來決定逆變電路各功率器件的通斷，使實(shí)際的輸出跟蹤電流的變化。 采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器的特點(diǎn)： 硬件電路簡(jiǎn)單； 屬于實(shí)時(shí)控制方式，電流響應(yīng)快； 不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的

30、諧波分量； 與計(jì)算法和調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時(shí)輸出電流中高次諧波含量較多；采用閉環(huán)控制。7-10什么是PWM整流電路？它和相控整流電路的工作原理和性能有何不同？答：PWM 整流電路就是采用PWM控制的整流電路，通過對(duì)PWM整流電路的適當(dāng)控制，可以使其輸入電流十分接近正弦波且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)接近1。相控整流電路是對(duì)晶閘管的開通起始角進(jìn)行控制，屬于相控方式。其交流輸入電流中含有較大的諧波分量，且交流輸入電流相位滯后于電壓，總的功率因數(shù)低。PWM整流電路采用SPWM控制技術(shù)，為斬控方式。其基本工作方式為整流，此時(shí)輸入電流可以和電壓同相位，功率因數(shù)近似為1。PWM整流電路可以實(shí)現(xiàn)能量正反兩

31、個(gè)方向的流動(dòng)，即既可以運(yùn)行在整流狀態(tài)，從交流側(cè)向直流側(cè)輸送能量；也可以運(yùn)行在逆變狀態(tài)，從直流側(cè)向交流側(cè)輸送能量。而且，這兩種方式都可以在單位功率因數(shù)下運(yùn)行。此外，還可以使交流電流超前電壓90°，交流電源送出無功功率，成為靜止無功功率發(fā)生器。或使電流比電壓超前或滯后任一角度j 。7-11在PWM整流電路中，什么是間接電流控制？什么是直接電流控制？答：在PWM整流電路中，間接電流控制是按照電源電壓、電源阻抗電壓及PWM整流器輸入端電壓的相量關(guān)系來進(jìn)行控制，使輸入電流獲得預(yù)期的幅值和相位，由于不需要引入交流電流反饋，因此稱為間接電流控制。直接電流控制中，首先求得交流輸入電流指令值，再引入交

32、流電流反饋，經(jīng)過比較進(jìn)行跟蹤控制，使輸入電流跟蹤指令值變化。因?yàn)橐肓私涣麟娏鞣答伓Q為直接電流控制8-1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?為什么提高關(guān)頻率可以減小變壓器的體積和重量?答：高頻化可以減小濾波器的參數(shù)，并使變壓器小型化，從而有效的降低裝置的體積和重量。使裝置小型化，輕量化是高頻化的意義所在。提高開關(guān)頻率，周期變短，可使濾除開關(guān)頻率中諧波的電感和電容的參數(shù)變小，從而減輕了濾波器的體積和重量；對(duì)于變壓器來說，當(dāng)輸入電壓為正弦波時(shí)，當(dāng)頻率提高時(shí)，可減小N、S參數(shù)值，從而減小了變壓器的體積和重量。8-2軟開關(guān)電路可以分為哪幾類?其典型拓?fù)浞謩e是什么樣子的?

33、各有什么特點(diǎn)?答：根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件開通及關(guān)斷時(shí)的電壓電流狀態(tài)可將軟開關(guān)電路分為零電壓電路和零電流電路兩大類：根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可將軟開關(guān)電路分為準(zhǔn)諧振電路，零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。 準(zhǔn)諧振電路：準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦波，電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但諧振電壓或諧振電流很大，對(duì)器件要求高，只能采用脈沖頻率調(diào)制控制方式。零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元 零開關(guān)PWM電路：這類電路中引入輔助開關(guān)來控制諧振的開始時(shí)刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后，此電路的電壓和電流基本上是方波，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關(guān)頻率固定的PWM控制

34、方式。 零轉(zhuǎn)換PWM電路：這類軟開關(guān)電路還是采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時(shí)刻，所不同的是，諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的，輸入電壓和負(fù)載電流對(duì)電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)并從零負(fù)載到滿負(fù)載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)，無功率的交換玻消減到最小。8-3在移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路中，如果沒有諧振電感L，電路的工作狀態(tài)將發(fā)生哪些變化，哪些開關(guān)仍是軟開關(guān)，哪些開關(guān)將成為硬開關(guān)?答：如果沒有諧振電感Lr，電路中的電容，與電感L仍可構(gòu)成諧振電路，而電容Cs3，Cs4將無法與Lr構(gòu)成諧振回路，這樣，S3、S4將變?yōu)橛查_關(guān)，、仍為軟開關(guān)。8-4在零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路中，輔助開關(guān)Sl和二極管VDI是

35、軟開關(guān)還是硬開關(guān)，為什么?答：在開通時(shí)，不等于零；在關(guān)斷時(shí)，其上電流也不為零，因此為硬開關(guān)。由于電感L的存在，開通時(shí)的電流上升率受到限制，降低了的開通損耗。由于電感L的存在，使的電流逐步下降到零，自然關(guān)斷，因此為軟開關(guān)。9-2為什么要對(duì)電力電子主電路和控制電路進(jìn)行電氣隔離？其基本方法有哪些？一是安全，因?yàn)橹骰芈泛涂刂苹芈饭ぷ麟妷旱燃?jí)不一樣、電流大小也不一樣，各有各的過流保護(hù)系統(tǒng)。強(qiáng)電進(jìn)入弱電系統(tǒng)會(huì)對(duì)弱電系統(tǒng)造成損壞；二是為了弱電系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，因?yàn)槿蹼娤到y(tǒng)尤其模擬量型號(hào)很容易受到電磁干擾?；痉椒ǘN，電磁隔離，光電隔離。9-3電力電子器件過電壓的產(chǎn)生原因有哪些？過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過

36、電壓兩類。 外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括 操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起的過電壓。 雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。關(guān)斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。 9-5電力電子器件過電壓和過電流保護(hù)各有哪些主要方法？過壓的保護(hù)器件有：穩(wěn)壓二級(jí)管;壓敏二級(jí)管;雙向觸發(fā)二級(jí)管;過流的有：壓敏電阻，晶閘管;繼電器，還有一些是作電阻

37、取樣用IC作檢測(cè)的保護(hù)等。9-6電力電子器件緩沖電路是怎樣分類的？全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析RCD緩沖電路中元件的作用。答:緩沖電路又稱為吸收電路，可以分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路又稱為du/dt抑制電路，開通緩沖電路又稱為di/dt抑制電路。將關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起，稱為復(fù)合緩沖電路。還可以分類方法：緩沖電路中儲(chǔ)能元件的能量如果消耗在其吸收電阻上，則被稱為耗能式緩沖電路；如果緩沖電路能將其儲(chǔ)能元件的能量回饋給負(fù)載或者電源，則被稱為饋能式緩沖電路，或稱為無損吸收電路。全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內(nèi)因過電壓,du/dt或過電流和di/d

38、t, 減小器件的開關(guān)損耗。RCD緩沖電路中,各元件的作用是開通時(shí),Cs經(jīng)Rs放電,Rs起到限制放電電流的作用;關(guān)斷時(shí),負(fù)載電流經(jīng)VDs從Cs分流,使du/dt減小,抑制過電壓。9-7晶閘管串聯(lián)使用時(shí)需要注意哪些事項(xiàng)1、需要均壓。用阻容和電阻并聯(lián)回路。2、需要強(qiáng)觸發(fā)。3、晶閘管參數(shù)盡量接近【】所用的電力有直流和交流兩種【】采用全控型器件電路的控制方式是斬控方式，晶閘管電路的控制方式主要是相控方式?！尽康湫腿仄骷蠫TR、GTO、IGBT和MOSFET 【】電力電子器件通過采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)以提高通流能力，通過增加漂移區(qū)提高耐壓能力【】整流電路按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路【】逆變電路的四種換

39、流方式，器件換流、電網(wǎng)換流、負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流【】雙端電路中常用的整流電路形勢(shì)是全波整流電路和全橋整流電路【】軟開關(guān)電路可分成準(zhǔn)諧振電路、零開關(guān)PWM電路、零轉(zhuǎn)換PWM電路【】電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)【】功率二極管屬于不控器件，晶閘管屬于半控器件，GTR屬于全控器件【】電力晶體管簡(jiǎn)稱GTR，IGBT是BJT和MOSFET的復(fù)合管【】整流電路按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路【】相控整流電路的換流方式是電網(wǎng)換流，PWM整流電路的換流方式是器件換流【】無源逆變電路的PWM波生成方式有計(jì)算法、調(diào)制法和規(guī)則采樣法【】直流斬波電路中最基本的兩種斬波電路分別是降壓和升壓斬波電路【】SPWM的

40、載波是等腰三角波，調(diào)制波是正弦波，SHEPWM是指特定消諧脈寬調(diào)制技術(shù)【】零電壓開通和零電流關(guān)斷要靠電路中的諧振來實(shí)現(xiàn)【】間接交流變流電路的典型應(yīng)用，交直交變頻電路和恒壓恒頻變流電路【】電力變換通常可分為四類AC-AC、AC-DC、DC-AC、DC-DC 【】直流-直流變流電路包括直接直流變流和間接直流變流兩種電路【】逆變電路常用PWM技術(shù)SPWM、CFPWM、SVPWM和SHEPWM 【】整流電路按交流輸入相數(shù)可分為單相電路和多相電路【】電力電子器件按照載流子參與導(dǎo)電的情況可分為單極型、雙極型、復(fù)合型【】晶閘管相控電路，習(xí)慣稱為觸發(fā)電路【】交織交變頻由交直變換和直交變換兩部分組成，后一部分就

41、是變頻器【】在單端電路中，變壓器中流過的是直流脈動(dòng)電流，而雙端電路中，變壓器的電流為正負(fù)對(duì)稱的交流電流?！尽拷唤蛔冾l電的功能就是把電網(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電，因?yàn)闆]有中間直流環(huán)節(jié)，因此屬于直接變頻電路【】諧振直流環(huán)應(yīng)用于交-直-交變換電路的中間環(huán)節(jié)，通過在直流環(huán)節(jié)中引入諧振【】PWM跟蹤控制技術(shù)常用的控制方法有電流和電壓控制跟蹤技術(shù)【】緩沖電路又稱為吸收電路，其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓、du/dt或者過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)雖好【】交直交變頻器是由整流電路和逆變電路兩類基本的變流電路組成【】信息電子技術(shù)主要用于信息處理，電力電子技術(shù)主要用于電力變換【】晶閘管有三個(gè)引出極，分別為為陽極、陰極和門級(jí)【】直流斬波電路的功能是將直流電變