電力電子復(fù)習(xí)題講解.ppt

1、電力電子復(fù)習(xí)題講解,判斷,1、軟開關(guān)技術(shù)分為零電壓和零電流兩類。 2、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、某半導(dǎo)體器件的型號(hào)為KP507的，其中7表示額定電壓7000V。 4、晶閘管串聯(lián)使用須采取“均壓措施”。 5、為防止過電流，只須在晶閘管電路中接入快速熔斷器即可。 6、絕緣柵雙極型晶體管具有電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)。 7、把直流電變?yōu)榻涣麟姷倪^程叫整流。 8、將直流電變?yōu)榻涣麟娭苯庸┙o負(fù)載使用的過程叫無源逆變。 9、交-交變頻電路的主要不足是:接線簡(jiǎn)單，如采用三相橋

2、式電路的三相交-交變頻器至少要用72只晶閘管。 10、并聯(lián)諧振逆變器必須是略呈電容性電路。,11、使晶閘管導(dǎo)通的條件是uAK0且uGK 0 。 12、大功率晶體管的放大倍數(shù)都比較低。 13、型號(hào)為KP507的半導(dǎo)體器件，KP50表示是一個(gè)額定電流為50A的普通晶閘管。 14、只要讓加在晶閘管兩端的電壓減小為零，晶閘管就會(huì)關(guān)斷。 15、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管屬于電流型控制元件。 16、把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程叫逆變。 17、將直流電變?yōu)楹碗娋W(wǎng)同頻率的交流電并反送到交流電網(wǎng)去的過程稱為有源逆變； 18、電力MOSFET缺點(diǎn)是：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。 19

3、、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。 20、逆變角太大會(huì)造成逆變失敗。 ,分析,1、PWM控制的基本原理。 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部不是水平

4、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。,2、如圖是一個(gè)三相逆變電路，試分析工作原理并畫出波形。,解： 基本工作方式每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120。任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。每次換流都是在同一相

5、上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流。 橋臂1、3、5的電流相加可得直流側(cè)電流id的波形，id每60脈動(dòng) 一次，直流電壓基本無脈動(dòng)，因此逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳送的功 率是脈動(dòng)的，電壓型逆變電路的一個(gè)特點(diǎn)。為了防止同一相上下兩橋 臂的開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源短路，應(yīng)采取“先斷后通” 的方法。,3換流方式有那幾種？各有什么特點(diǎn)？ 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)

6、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。 顯然，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、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流3種方式。,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？ 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

7、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。,5、使用間接直流變流電路的原因是什么？ 答：采用這種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的電路來完成直流直流的變換有以下原因： 1、輸出端與輸入端需要隔離。 2、某些應(yīng)用中需要相互隔離的多路輸出。 3、輸出電壓與輸入電壓的比例遠(yuǎn)小于1或遠(yuǎn)大于1。 4、交流環(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電 容的體積和重量。,6、什么是TCR？什么是TSC？它們的基本原理是什么？各有何特點(diǎn)？ TCR是晶閘管控制電抗器.TSC是晶閘管投切電容器。二者的基本原理如下;： TCR是利用電抗器來吸收電網(wǎng)中的無功功

8、率(或提供感性的無功功率),通 過對(duì)晶閘管開通角角的控制,可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流,從而調(diào)節(jié) TCR 從電網(wǎng)中吸收的無功功率的大小。 TSC 則是利用晶閘管來控制用于補(bǔ)償無功功率的電容器的投入和切除來 向電網(wǎng)提供無功功率(提供容性的無功功率)。二者的特點(diǎn)是: TCR 只能提供感性的無功功率,但無功功率的大小是連續(xù)的.實(shí)際應(yīng)用中 往往配以固定電容器(FC), 就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功 率。 TSC 提供容性的無功功率,符合大多數(shù)無功功率補(bǔ)償?shù)男枰?，其提供?無功功率不能連續(xù)調(diào)節(jié)但在實(shí)用中只要分組合理,就可以達(dá)到比較理想的動(dòng) 態(tài)補(bǔ)償效果.。,7、正確使用晶閘管應(yīng)該注意哪些事項(xiàng)

9、？ 由于晶閘管的過電流、過電壓承受能力比一般電機(jī)電器產(chǎn)品要小的 多，使用中除了要采取必要的過電流、過電壓等保護(hù)措施外，在選擇晶 閘管額定電壓、電流時(shí)還應(yīng)留有足夠的安全余量。 另外，使用中的晶閘管還應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)定要求。此外，還要定期對(duì) 設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，如清除灰塵、擰緊接觸螺釘?shù)?。?yán)禁用兆歐表檢查晶閘 管的絕緣情況。,8、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？ 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

10、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。,9、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？ 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)功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)周波，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

11、）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

12、制。,10、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？ GTO和普通晶闡管同為PNPN結(jié)構(gòu)，由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成兩個(gè)晶 體管V1、V2，分別具有共基極電流增益和，由普通晶闡管的分析可得，是 器件臨界導(dǎo)通的條件，當(dāng)兩個(gè)等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；不能維持飽和導(dǎo) 通而關(guān)斷。 GTO之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)镚TO與普通晶 閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同： 1）GTO在設(shè)計(jì)時(shí)較大,這樣晶體管V2控制靈敏,易于GTO關(guān)斷； 2）GTO導(dǎo)通時(shí)更接近于l，而普通晶閘管，且GTO為，GTO的飽和程 度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關(guān)斷

13、提供了有利條件； 3）多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè)GTO元陰極面積很小, 門極和陰極間的距離大 為縮短，使得P2 極區(qū)所謂的橫向電阻很小, 從而使從門極抽出較大的電流 成為可能。,11、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)。 按照逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆 變電路，直流側(cè)是電流源的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

14、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。 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。,12、如圖

15、2-6 單相橋式電流型逆變電路試分析工作原理并畫出波形。,解： 由四個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂的晶閘管各串聯(lián)一個(gè)電抗器，用來限制晶 閘管時(shí)的di/dt。工作方式為負(fù)載換相。電容C和L 、R構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。 輸出電流波形接近矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠(yuǎn)小于基波。 t1t2：VT1和VT4穩(wěn)定導(dǎo)通階段，i=Id，t2 時(shí)刻前在C上建立了左正右負(fù)的 電壓。 t2t4：t2時(shí)觸發(fā)VT2和VT3開通，進(jìn)入換流階段。 LT使VT1、VT4不能立刻關(guān)斷，電流有一個(gè)減小過程。VT2、VT3電流有一 個(gè)增大過程。4個(gè)晶閘管全部導(dǎo)通，負(fù)載電容電壓經(jīng)兩個(gè)并聯(lián)的放電回路 同時(shí)放電。一個(gè)經(jīng)LT1、VT1、VT3

16、、LT3到C；另一個(gè)經(jīng)LT2、VT2、VT4、LT4到C。 io在t3時(shí)刻，即iVT1=iVT2時(shí)刻過零，t3時(shí)刻大體位于t2和t4的中點(diǎn)。 t=t4時(shí)，VT1、VT4電流減至零而關(guān)斷，換流階段結(jié)束。 t4t2= tg 稱為換流時(shí)間。保證晶閘管的可靠關(guān)斷 晶閘管需一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻斷能力，換流結(jié)束后還要使 VT1、 VT4承受一段反壓時(shí)間tb。tb= t5- t4應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq。,波形繪制及計(jì)算,1、下圖中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的 電流最大值均為Im，試計(jì)算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流 有效值I1、I2、I3。,a),解：,b),c),

17、2、在升壓斬波電路中，已知E=50V，L 值和C 值極大，R=20，采用脈 寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T = 40s，ton=25s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U0 ， 輸出電流平均值I0。 解：輸出電壓平均值為：,輸出電流平均值為：,3、一調(diào)光臺(tái)燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可看作電阻負(fù)載，在時(shí) 輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的80時(shí)的開通角。 解: =00時(shí)的輸出電壓U0最大，即為電源電壓U1 此時(shí)負(fù)載電流為最大值，即,因此最大輸出功率為,輸出功率為最大輸出功率的80%時(shí),有:,可見有：U0=0.8U1,又,即,解得 =60.540,4、單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電,L=20mH,U

18、2=100V,求當(dāng)=00時(shí) 和=600時(shí)的負(fù)載電流Id,并畫出Ud與Id波形。 解： （1）=00 時(shí)，因?yàn)楹雎噪娮?，故列回路方程?兩邊積分，得,當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻，t =0，id = 0，故,波形圖如下：,（2）=600 時(shí),因忽略電阻，故電源在電源正半周600-1800 期間為電感 貯藏能量,而在1800-3000期間則電感釋放能量。為此，有1200期間電流斷 續(xù)?；芈贩匠倘匀粸?可得：,因?yàn)閠=600時(shí)，id=0，故,因而,波形圖如下：,5、單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中R=2，L值極大，反電勢(shì) E=60V，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，變壓器二次側(cè)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：,整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為,Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id 9(A),晶閘管承受的最大反向電壓為：U21001.414 141.4（V） 流過每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：IVTId1.4146.36（A） 故晶閘管的額定電壓為：UN(23)141.4283424（V） 晶閘管