電力電子復(fù)習(xí)綱要

1、1. 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：陽(yáng)極加正向電壓的同時(shí)門極加足夠大的觸發(fā)電壓。2. 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？答：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。3. IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)？答：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，IGBT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。GTR驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是

2、：驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定的過沖，這樣可加速開通過程，減小開通損耗，關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。GTO驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分。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，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。4. 試說明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn)。器 件優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)IGBT開關(guān)速度高

3、，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)功率小開關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTOGTR耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問題GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低電 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電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電

4、力電子裝置變壓器漏感對(duì)整流電路影響的一些結(jié)論（1） 出現(xiàn)換相重疊角g ，整流輸出電壓平均值Ud降低。（2）  整流電路的工作狀態(tài)增多（3）  晶閘管的di/dt 減小，有利于晶閘管的安全開通。有時(shí)人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。（4）  換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路。（5） 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)任何時(shí)刻必須有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，一個(gè)為共陰極組，一個(gè)為共陽(yáng)極組，以便形成通路晶閘管在組內(nèi)換相，同組內(nèi)晶閘管的觸發(fā)脈沖互差120度，由共陰極組與共

5、陽(yáng)極組的自然換相點(diǎn)相差60度，所以每隔60度有一個(gè)原件換相輸出電壓的波形為線電壓的一部分，一周期脈動(dòng)6次變壓器正、負(fù)半周都有電流流過，所以沒有直流磁化問題，變壓器利用率較高。14使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？答：條件有直流側(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。15什么是逆變失??？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，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變

6、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。 逆變失敗的原因：（1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相 （2）晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通（3）交流電源缺相或突然消失.（4）換相的裕量角不足，引起換相失敗16確定最小逆變角bmin的依據(jù) 逆變時(shí)允許采用的最小逆變角b 應(yīng)等bmin=d +g+q 1.三相四線制調(diào)壓電路帶中性線。2.三相三線制調(diào)壓電路的三相負(fù)載既可以使星型聯(lián)結(jié)也可以是三角形連接3交流調(diào)功電路以交流電源周波數(shù)為控制單位，對(duì)電路通、斷進(jìn)行控制。4

7、.交流電力電子開關(guān)是將晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路代替機(jī)械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用。5.三相交交變頻電路由三個(gè)輸出電壓電位互差120度的單相輸出交交變頻電路按照一定方式聯(lián)接而成。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。6.交交變頻電路的工作原理：當(dāng)正組變流器工作在整流狀態(tài)時(shí)，反組封鎖，以實(shí)現(xiàn)無環(huán)流控制，負(fù)載Z上電壓u0為上（+）、下（-）、；反之當(dāng)反組變流器工作在整流狀態(tài)而正組封鎖時(shí)，負(fù)載電壓u0為上（-）、下（+），負(fù)載電壓交變。7.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

8、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。8. 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)

9、域，a角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高15%左右。 1無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？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。 2換流方式各有那幾種？各有什么特點(diǎn)？答: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)迫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

10、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、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流3種方式。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特點(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

11、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。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，直流側(cè)電感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。 6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)多重逆變電路各用于什么場(chǎng)合？答：逆變電路多重化的目的之一是使總

12、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得多重化。直流變換電路的控制方式：

13、脈寬調(diào)制控制方式：保持電路頻率f=1/T不變，即工作周期T恒定，只改變開關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間Ton。脈頻調(diào)制控制方式：保持開關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間Ton不變，改變電路周期T（即改變電路的頻率）。混合調(diào)制控制方式：Ton和T都可調(diào)，使占空比改變。1. 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。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

14、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）。2什么是異步調(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。3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1. 什么是組合變流電路？答：組合變流電路是將某幾種基本的變

15、流電路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC）組合起來以實(shí)現(xiàn)一定新功能的變流電路。 2. 何為雙PWM電路？其優(yōu)點(diǎn)是什么？答：雙PWM電路中，整流電路和逆變電路都采用PWM控制，可以使電路的輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，中間直流電路的電壓可調(diào)。當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，可工作在電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，也可工作在再生制動(dòng)狀態(tài)；通過改變輸出交流電壓的相序可使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，因此，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行 1.單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電，L20mH，U2100V，求當(dāng)0°和60°時(shí)的負(fù)載電流Id，并畫出ud與id波形。解：0°時(shí)，在電源電壓u2的正半周期晶閘管

16、導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感L儲(chǔ)能，在晶閘管開始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。在電源電壓u2的負(fù)半周期，負(fù)載電感L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此，在電源電壓u2的一個(gè)周期里，以下方程均成立： 考慮到初始條件：當(dāng)wt0時(shí)id0可解方程得：=22.51(A) ud與id的波形如下圖：當(dāng)60°時(shí)，在u2正半周期60°180°期間晶閘管導(dǎo)通使電感L儲(chǔ)能，電感L儲(chǔ)藏的能量在u2負(fù)半周期180°300°期間釋放，因此在u2一個(gè)周期中60°300°期間以下微分方程成立：考慮初始條件：當(dāng)wt60°時(shí)id0可解方程得其平均值為=11.25(A) 此時(shí)

17、ud與id的波形如下圖：5.三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法，ab兩相的自然換相點(diǎn)是同一點(diǎn)嗎？如果不是，它們?cè)谙辔簧喜疃嗌俣?？答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法，ab兩相之間換相的的自然換相點(diǎn)不是同一點(diǎn)。它們?cè)谙辔簧舷嗖?802單相橋式全控整流電路，U2100V，負(fù)載中R2，L值極大，當(dāng)30°時(shí)，要求：作出ud、id、和i2的波形；求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2；考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id、和i2的波形如下圖：輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2分別為Ud0.9 U2 cos0.9

18、5;100×cos30°77.97（V） IdUd /R77.97/238.99（A）I2Id 38.99（A） 晶閘管承受的最大反向電壓為：U2100141.4（V）考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為UN（23）×141.4283424（V）流過晶閘管的電流有效值為：IVTId27.57（A）晶閘管的額定電流為：IN（1.52）×27.571.572635（A）3.為上題加入反電勢(shì)E=60V，當(dāng)a=30°時(shí)，要求：作出ud、id和i2的波形；求Ud、Id，I2；考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id和i2的波形如2題圖 U

19、d、Id，I2分別為Ud0.9 U2 cos0.9×100×cos30°77.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id 9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：U2100141.4（V）流過每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：IVTId 6.36（A）故晶閘管的額定電壓為：UN(23)×141.4283424（V） 晶閘管的額定電流為：IN(1.52)×6.361.5768（A）6三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)a=60°時(shí)，要求：畫出ud、id和iVT1的波形；計(jì)算Ud、

20、Id、IdT和IVT。Ud1.17U2cosa1.17×100×cos60°58.5（V）IdUdR58.5511.7（A） IdVTId311.733.9（A）IVTId6.755（A）解：ud、id和iVT1的波形如下圖：7. 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。解：假設(shè)，當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，ud的波形如下： 電感；8在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整流電壓ud波形如何？如果有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？答：假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3或

21、VT5導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間短路，使得VT3、VT5也可能分別被擊穿。假設(shè)VT1不能導(dǎo)通，整流電壓ud波形如下：9三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)a=60°時(shí)，要求：畫出ud、id和iVT1的波形；計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud2.34U2cosa2.34×100×cos60°117（V）IdUdR117523.4（A） IDVTId323.437.8（A）IVTId23.413.51（A）解：ud、id和iVT1的波形如下：10單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1，L=，

22、E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，當(dāng)a=60°時(shí)求Ud、Id與g 的數(shù)值，并畫出整流電壓ud的波形。解：考慮LB時(shí)，有：Ud0.9U2cosUd Ud2XBId Id（UdE）R解方程組得：Ud（R 0.9U2cos2XBE）（R2XB）44.55（V）Ud0.455（V）Id4.55（A）又U2即得出=0.4798 換流重疊角g 61.33°- 60°=1.33°最后，作出整流電壓Ud的波形如下：11三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，U2=100V，R=1，L=，LB=1mH，求當(dāng)a=30°時(shí)、E=50V時(shí)Ud、Id、g 的

23、值并作出ud與iVT1和iVT2的波形。 解：考慮LB時(shí)，有：Ud1.17U2cosUd Ud3XBId2 Id（UdE）R解方程組得：Ud（R 1.17U2cos3XBE）（2R3XB）94.63（V）Ud6.7（V）Id44.63（A）又2U2即得出=0.752換流重疊角g 41.28°- 30°=11.28°ud、iVT1和iVT2的波形如下：12三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，當(dāng)EM=-400V，b=60°時(shí)求Ud、Id與g 的值，此時(shí)送回電網(wǎng)的有功功率是多少？解：由題意可列出如下3個(gè)等式Ud2.3

24、4U2cos(-)Ud Ud3XBId Id（UdEM）R三式聯(lián)立求得Ud2.34U2R cos(-)3XBEM(R3XB)290.3（V）Id109.7（A）由下式可計(jì)算換流重疊角：2XBIdU20.1279-0.6279 128.90°120°8.90°送回電網(wǎng)的有功功率為P=400×109.7-109.72×109.7×1=31.85(W) 13單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1，L=，U2=100V，L=0.5mH，當(dāng)EM=-99V，b=60°時(shí)求Ud、Id和g 的值。解：由題意可列出等式：Ud0.9U2cos(-)Ud Ud2XBIdId（UdEM）R三式聯(lián)立求解得UdR 0.9U2cos(-)2XBEM（R2XB）49.91（V）Id49.09（A）又U2=0.2181即得出=-0.7181換流重疊角g 135.9°- 120°=15.9°在降壓斬波電路中，已知E=200V，R=10，L值極大，EM=30