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1、2014級(jí)電氣電子電力電子復(fù)習(xí)綱要第一章:緒論 1、什么是電力電子技術(shù)? 參考:P1【答案示例】:電力電子技術(shù)就應(yīng)用于電力領(lǐng)域的是電子技術(shù),是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。它包括:電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)兩大分支。2、電力變換的種類? 共4類:參考P1 交流變直流(整流)、直流變交流(逆變)、直流變直流(直流斬波)、交流變交流(交流電的控制變頻變相)3、電力電子技術(shù)和信息電子技術(shù)關(guān)系? 參考P2及第一章課件【答案示例】(1)區(qū)別:電路功能和應(yīng)用的目標(biāo)不同:信息電子技術(shù):傳遞和處理信息;電力電子技術(shù):控制電能轉(zhuǎn)化應(yīng)用 元件參數(shù)及應(yīng)用的環(huán)境不同 信息電子技術(shù):工作電壓低,工作電
2、流小電力電子技術(shù):工作電壓高,工作電流大。信息電子技術(shù)中,晶體管可工作在開關(guān)狀態(tài),也可在放大狀態(tài)。 電力電子技術(shù)中,元件只能工作在開關(guān)狀態(tài), (2)聯(lián)系:二者同根同源,器件制造技術(shù)的理 論基礎(chǔ)是一樣的,大多數(shù)工藝也相同。:電路工作原理和分析方法基本相同。:兩者無嚴(yán)格界限:電力電子電路中包含信息電子電路,某些信息電子設(shè)備中也包含電力電子電路,在許多設(shè)備中兩者同時(shí)應(yīng)用。 注:按課本答亦可。第二章:電力電子器件1、電力電子器件特征。 P1011 1)電力電子處理電功率的大小 ,也就是承受電壓和電流的能力,一般遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。 2)因?yàn)樘幚淼碾姽β瘦^大,為了減少本身的損耗,提高效率,電力電子
3、器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通是阻抗很小,接近于短路,管壓降接近于零,而電流由外電路決定;阻斷時(shí)阻抗很大,接近于短路,電流幾乎為零,而管子兩端的電壓由外電路決定;就想普通晶體管的飽和與截止?fàn)顟B(tài)一樣。 3)在實(shí)際應(yīng)用中,電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。 4)盡管工作在開關(guān)狀態(tài),但是電力電子器件自身的功率消耗通常仍遠(yuǎn)大于信息電子器件,在器件封裝上比較講究散熱設(shè)計(jì),而且工作時(shí)需要安裝散熱器。2、電力電子器件系統(tǒng)組成。 P11圖要點(diǎn)提示: 由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和以器件為核心的主電路構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。廣義上人們往往將檢測(cè)電路和驅(qū)動(dòng)電路這些主電路以外的都?xì)w為控制電路,從而粗粗略地說,電力電電子系統(tǒng)是
4、由主電路和控制電路組成的。3、按器件被信號(hào)控制程度,電力電子器件分哪幾類? P12要求按器件被信號(hào)控制程度分:半控型器件(晶閘管)、全控型器件(絕緣柵雙極晶體管、電場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、不可控器件(電力二極管),按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分(2類):電流驅(qū)動(dòng)型、電壓驅(qū)動(dòng)型。4、電力二極管與普通信息電路中二極管的異同。 P15。 要點(diǎn)提示:垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu),提高通流能力; PiN結(jié)構(gòu),增加N低摻雜區(qū)提高耐反壓能力。6、電力二極管主要參數(shù)(共6個(gè))及含義。 P1718 1)正向平均電流IF(AV) 2)正向壓降UF 3)反向重復(fù)電壓URRM 4)最高工作結(jié)溫TJM 5)反向恢復(fù)時(shí)間TRR 6)浪涌電流IFSM7、電
5、力二極管主要類型。 提示:封裝不同分: 塑封、螺旋、平面陶瓷3類。 按性能不同分3類,參考P199、晶閘管正常工作特性 P211)靜態(tài)特性:承受反向電壓時(shí),無論是否有觸發(fā)電流,都不會(huì)導(dǎo)通。正向電壓時(shí),僅有觸發(fā)電流時(shí)才開通。導(dǎo)通后,門極失去作用,不論是否有觸發(fā)電流保持到同11、晶閘管靜態(tài)電壓、電流; 動(dòng)態(tài)開關(guān)時(shí)間參數(shù)及含義。 P2324 【答案示例】 (一)、電壓定額:1、斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM:允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓2、反向重復(fù)峰值電壓URRM:允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。3、通態(tài)正向平均電壓UT(VA):導(dǎo)通狀態(tài)下陽、陰極間的電壓降平均值。(二)、電流定額:1、通態(tài)平均電流
6、 IT(AV):允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。2、最小維持電流IH:維持導(dǎo)通所必需的最小電流。3、擎住電流 IL:從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后,能維持導(dǎo)通所需的最小電流。4、浪涌電流 ITSM:電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流。(三)、開通時(shí)間tgt:開通過程所用時(shí)間;關(guān)斷時(shí)間tqt:關(guān)斷過程所用時(shí)間; 注: 若不要求含義,僅列出參數(shù)即可。 12、晶閘管派生器件(4個(gè))基本特性 P242513、使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么? 參考習(xí)題答案。14、維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么?怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷?參考習(xí)題答案。15.試列舉你知道的電力電子器件,并
7、從不同角度對(duì)這些器件分類。目前常用的全控型電力電子器件有哪些?【答案示例】已學(xué)過的電力電子器件:電力二極管,晶閘管,IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET按能被控制信號(hào)拴制的程度分為三類:不可控器件、半控器件、全控器件。 按加在控制端控制信號(hào)的性質(zhì)分兩類:電壓控制型器件、電流控制型器件。 按加在控制端控制信號(hào)的波形分兩類:脈沖觸發(fā)型、電平控制型。按器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參于導(dǎo)電的情況分三類:?jiǎn)螛O型器件、雙極型器件、復(fù)合型器件。目前常用的全控型電力電子器件有:IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET16、什么叫功率模塊?什么功率集成電路??jī)烧哂泻螀^(qū)別?【答案示例】將多個(gè)相同的電力電子
8、器件或多個(gè)相互配合使用的不同電力電子器件封裝在一個(gè)模塊中,這種模塊叫功率模塊;如果將電力電子器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測(cè)、自診斷等信息電子電路集成在一個(gè)芯片上,稱為功率集成電路。兩者區(qū)別在于:后者有控制、保護(hù)、傳感、檢測(cè)、自診斷等功能,已構(gòu)成電力電子工作系統(tǒng),前者僅是工作系統(tǒng)中主電路部分功率器件的集成。17、畫出下列電力電子器件電氣符號(hào),標(biāo)出各引出電極。電力二極管 晶閘管 IGBT GTO GTR 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管。18、IGBT結(jié)構(gòu)和性能有何特點(diǎn)? 要點(diǎn)提示:結(jié)構(gòu)特點(diǎn):也是三端器件,具有柵極 G、集電極 C和發(fā)射極E三個(gè)引線端,其結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化等效為雙極型晶體管和MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)
9、構(gòu)。性能有何特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):開關(guān)速度高,開關(guān)損耗小,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。缺點(diǎn):開關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓,電流容量不及GTO參考習(xí)題答案(王兆安主編第五版)第三章:整流電路一、補(bǔ)充思考題:1、整流電路分類【答案示例】按組成器件不同整流電路分為:不可控、半控和全控三種;按電路結(jié)構(gòu)分為:橋式和零式電路;按交流輸入相數(shù)分為:?jiǎn)蜗嗪投嘞嚯娐?;按變壓器二次電流方向是單向或雙向又分:為單拍和雙拍電路。 2、畫出單相半波可控整流電路電阻負(fù)載時(shí),電路圖 輸出電壓、電流波形晶閘管端電壓波形。 參考圖313、單相半波可控整流電路電阻負(fù)載時(shí), 控制角移項(xiàng)范
10、圍多大? 晶閘管承受的最高正反向電壓多少? 寫出輸出電壓平均值計(jì)算式。晶閘管是如何關(guān)斷的? 參考P444、單相半波可控整流電路阻感負(fù)載時(shí),無續(xù)流管時(shí),和電阻負(fù)載時(shí)比,輸出電壓ud、負(fù)載電流id、導(dǎo)通角有何不同?加續(xù)流二極管前后輸出電壓ud、負(fù)載電流id、導(dǎo)通角有何變化? 參考P46晶閘管是如何關(guān)斷的? 【答案示例】無續(xù)流管時(shí),和電阻負(fù)載時(shí)比: 輸出電壓ud出現(xiàn)負(fù)值,平均值減少。負(fù)載電流id: 從0開始,波形與電壓波形不同且相位落后于電壓。導(dǎo)通角: 180°,和電阻負(fù)載時(shí)比有所增大,當(dāng)=90°時(shí),=180°加續(xù)流二極管前后輸出電壓ud波形和導(dǎo)通角與電阻負(fù)載時(shí)相同,電
11、感足夠大時(shí),負(fù)載電流id變連續(xù)。 參考P46有續(xù)流管電源電壓過零時(shí),無續(xù)流管id降到零時(shí),晶閘管端電壓變零自然關(guān)斷。 5、單相橋式全控整流電路電阻負(fù)載時(shí):畫電路圖, 畫出輸出電壓、電流、變壓器二次繞組電流及晶閘管端電壓波形,晶閘管承受的最高正反向電壓、電移相范圍、輸出電壓平均值各是多少?晶閘管是如何關(guān)斷的?(電源電壓過零時(shí),自然關(guān)斷) 參考P476、單相橋式全控整流電路阻感負(fù)載時(shí):晶閘管輸出電壓、電流波形及移相范圍,和電阻負(fù)載比有何變化? 參考P48、49【答案示例】電壓波形:出現(xiàn)負(fù)面積。 輸出電流波形:變?yōu)榻咏本€。 移向范圍:小于0180° L足夠大時(shí),變?yōu)?90°7、
12、單相全波整流電路:和單相橋式全控整流電路相比,電路有何特點(diǎn)? 要點(diǎn)提示: 聯(lián)系,從直流輸出端和交流輸入端看基本一致。 區(qū)別,共3處。 參考P518、畫出三相半波可控整流電路電阻負(fù)載電路圖和= 0°時(shí)ud iVT1 uVT1波形圖,并回答: 起始點(diǎn)怎樣規(guī)定的?自然換向點(diǎn)在何處? 電阻負(fù)載時(shí)最大移項(xiàng)范圍;各晶閘管觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)順序;各觸發(fā)信號(hào)間 隔相位角;在= 0°、= 30°、= 60°、= 90°時(shí),各晶閘管導(dǎo) 通角分別是多少? ud 在什么條件下波形連續(xù)? 30°和 30°時(shí),晶閘管關(guān)斷方式有何不同? 參考P53、549、寫
13、出三相半波可控整流電路電阻負(fù)載時(shí),輸出電壓Ud、負(fù)載平均電流Id、晶 閘管承受的最高正向電壓UFM、最高反向電壓URM表達(dá)式。參考P5510、三相半波可控整流電路阻感負(fù)載時(shí):若L很大,當(dāng) 30°時(shí),和電阻負(fù)載 時(shí)比較,輸出電壓ud波形有何變化?移相范圍有何變化?參考P55 提示: ud波形出現(xiàn)負(fù)值,移相范圍變?yōu)? - 90°。11、寫出三相半波可控整流電路阻感負(fù)載時(shí):變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值、晶閘管的額定平均電流、晶閘管最大正反向電壓峰值表達(dá)式。參考P56 12、三相半波可控整流電路最大的缺點(diǎn)是什么? 參考P56中 13、畫出三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載的電路圖,
14、分析如下問題: = 0°時(shí),輸出電壓ud、晶閘管VT1中電流iVT1、晶閘管VT1端電壓uVT1波形。 參考: 圖3-19。 = 0°時(shí),觸發(fā)信號(hào)對(duì)晶閘管觸發(fā)順序;各觸發(fā)脈沖間隔電角度多少?共陰極組VT1、VT3、VT5中和共陽極組VT4、VT6、VT2中各管的觸發(fā)脈沖差多少度?同一相上下兩個(gè)橋臂,即VT1與VT4,VT3與VT6,VT5與VT2,脈沖相差多少度?每只晶閘管導(dǎo)通角度多少? 參考: 57頁下段。移相范圍多大? (參考: 59頁下段。0°-120°) 分析變壓器二次繞組每相電流波形。 參考: 圖3-20中ia14、三相橋式全控整流電路阻感負(fù)載
15、時(shí): 移相范圍多大? (提示:0°-90°) L足夠大時(shí)整流輸出電流id和變壓器二次繞組電流ia波形有何變化?(提示: id變接近直線,ia變正負(fù)各寬120°,前沿相差180°矩形波) 寫出60°時(shí),整流輸出電壓平均值表達(dá)式。(提示: 式3-26) 寫出輸出電流平均值為Id 和當(dāng)整流變壓器星形接法、帶阻感負(fù)載時(shí),變壓器二次側(cè)電流有效值表達(dá)式。(提示: 式3-28) 參考P59、60、6115、電力電子設(shè)備中的無功功率和諧波對(duì)公用電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生哪些負(fù)面影響?參考P69 16、0°時(shí),整流電壓、電流中的諧波有何規(guī)律?參考P7517、列出下列整
16、流電路電路的起點(diǎn)位置、移相范圍及和導(dǎo)通角關(guān)系。單相半波電阻負(fù)載 單相橋式阻感負(fù)載 三相半波電阻負(fù)載【答案示例】單相半波電阻負(fù)載:起點(diǎn)位置:交流電壓過0變正點(diǎn);移相范圍:0-180°;和導(dǎo)通角關(guān)系:+=180°單相橋式阻感負(fù)載:起點(diǎn)位置:交流電壓過0點(diǎn);移相范圍:0-90°;和導(dǎo)通角關(guān)系:與無關(guān),均為180°三相半波電阻負(fù)載:起點(diǎn)位置:三個(gè)相電壓正半周交點(diǎn),即,自然換相點(diǎn)處; 移相范圍:0-150°。和導(dǎo)通角關(guān)系:+=150° 二、課本P95 P96 思考題:18 19 24 26 29 30題 答案見習(xí)題答案(王兆安主編第五版)三、電路及波形: 畫出下列電路圖、輸出電壓和晶閘管電壓波形圖,標(biāo)出輸出電壓、電流方向。 1、單相半整流電路電阻負(fù)載的電路圖
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