电力电子技术-复习题(三)

一、分析判断题1、使门极电流为零，且阳极电流降到接近于零的某一数值Ih以下，则晶闸管关断。√2.晶闸管额定电压的选取，一般为正常工作时所承受峰值电压的2-3倍。√3．GTR不存在二次击穿问题。×4．IGBT综合了GTR和电力MOSFET的优点。√5．电力电子器件的外因过电压保护，不常用RC过电压抑制电路。×6.晶闸管的串联，为了静态均压，可以采用电阻均压的方法。√7.逆变角不能等于零、也不能太小，才能预防逆变失败。√8.TCR是晶闸管投切电容器。×9.交-交变频电路的主要缺点有:输出频率较高，频谱复杂。×10.间接直流变流电路输出端与输入端不需要隔离。×11、关闭阳极的正向电压，给阳极施加反压，可使晶闸管关断。√12、可以用兆欧表检查晶闸管的绝缘。×13、晶闸管电流定额应留一定裕量，一般取其通态平均电流为按此原则所得计算结果的1.5-2倍。√14、单管GTR的β值较低，通常为10左右。√15、缓冲电路不能减小电力电子器件的开关损耗。×16、晶闸管的串联，可以用RC并联支路作动态均压。√17、当β（逆变角）＞r(换相重叠角)时，逆变失败。×18、TSC是晶闸管控制电抗器。×19、交-交变频电路效率较高，可方便地实现四象限工作。√20、间接直流变流电路，交流环节采用较低的工作频率。×1、电力电子器件的过电流保护，通常选择哪些保护措施？答：电子电路作为第一保护措施，快速熔断器仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。2、电力MOSFET的优缺点有哪些？答：优点：开关速度快，工作频率高；输入阻抗极高；驱动电路简单，需要的驱动功率小；热稳定性优于GTR；不存在二次击穿问题。缺点：电流容量小，耐压低；一般只适用于功率不超过10KW的电力电子装置。3、交交变频电路的最高输出频率和上限频率是多少？限制输出频率提高的主要因素是什么？答：一般来讲，构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。当交交变频电路中采用常用的6脉波三相桥式整流电路时，最高输出频率不应高于电网频率的1/3~1/2。当电网频率为50Hz时，交交变频电路输出的上限频率为20Hz左右。当输出频率增高时，输出电压一周期所包含的电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。二、分析问答题4、电压型逆变电路的概念和主要特点是什么？答：直流侧是电压源的逆变电路称为电压型逆变电路。主要持点是：①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。5、什么是变频调速系统的恒压频比控制？答：即对变频器的电压和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定。这样可维持电动机气隙磁通为额定值，使电动机不会因为频率变化导致磁饱和而造成励磁电流增大，引起功率因数和效率的降低。6、PWM控制是什么？什么称为面积等效原理？如何调制SPWM波形？答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理。以正弦PWM控制为例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等，而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。7、软开关电路可以分为哪几类？各有什么特点？答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路。准谐振电路：准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式。零开关PWM电路：这类电路中引入辅助开关来控制谐振的开始时刻，谐振仅发生于开关过程前后，此电路的电压和电流基本上是方波，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。零转换PWM电路：这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功功率的交换被削减到最小。8、IGBT的优、缺点有哪些？答：优点：开关速度高，开关损耗小；具有耐脉冲电流冲击的能力；通态压降较低；输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小；缺点：电压、电流容量不及GTO，耐压和通流能力有待进一步提高；存在擎住效应问题。9、GTO能够自关断,而普通晶闸管不能，为什么？答:GTO和普通晶阐管同为PNPN结构,由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1,V2,分别具有共基极电流增益α1和α2,由普通晶阐管的分析可得,是器件临界导通的条件。当两个等效晶体管过饱和而导通；而不能维持饱和导通而关断。GTO之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同:l)GTO在设计时α2较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断；2)GTO导通时更接近于l,普通晶闸管,而GTO则为,GTO的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利条件；3)多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小,门极和阴极间的距离大为缩短,使得P2极区所谓的横向电阻很小,从而使从门极抽出较大的电流成为可能。1212115.12105.121121＞121＜10、交流调压电路与交流调功电路的相同、不同点有哪些？如何控制？各应用在什么场合？答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。交流调压电路是在交流电源的每个周期通过改变相位角对输出电压波形进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。11、逆变电路换流方式有几种？如何实现换流？晶闸管电路适用吗？答：换流方式有4种：①器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。②电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。③负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。④强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上所储存的能量实现，也称电容换流。晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。12、三相电压型桥式逆变电路，其基本工作方式、特点、方法有哪些？答：基本工作方式：每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120°。任一瞬间有三个桥臂同时导通。每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流id的波形，id每60°脉动一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，这是电压型逆变电路的一个特点。为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源短路，应采取“先断后通”的方法。13、电流型逆变电路的概念和主要特点是什么？答：直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。其主要特点是：①直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样，要给开关器件反并联二极管。14、何为双PWM电路？其优点是什么？答：双PWM电路中，整流电路和逆变电路都采用PWM控制，可以使电路的输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，中间直流电路的电压可调。当负载为电动机时，可工作在电动运行状态，也可工作在再生制动状态；通过改变输出交流电压的相序可使电动机正转或反转。因此，可实现电动机四象限运行。1、在升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，ton=25μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。解：输出电压平均值为：3.13350254040EtTUoffo输出电流平均值为：667.6203.133RUIoo三、分析计算题2、在降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，EM=30V，采用脉宽调制控制方式，当T=50μs,ton=20μs,计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为输出电流平均值为3、三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1Ω,L=∞,U2=220V，Lb=1mH，当Em=－400V,β=60°时，求Ud、Id与γ的数值，此时送回电网的有功功率是多少？解：由题意可列出如下3个等式：ddUUU)cos(34.22dBdIXU3REUIMdd)(联立求解，可得)(3.29033)cos(34.22VXREXRUUBMBd)(7.109AId由下式可计算换流重叠角：1279.062)cos(cos2UXIBd6279.0)120cos(90.812090.128送回电网的有功功率为：)(85.3117.1097.10940022KWRIIEPddM4、工频半周期的SPWM波形，脉冲数为5，脉冲幅值为相应正弦波幅值的2倍，试按面积等效原理来计算各脉冲的宽度。解：将各脉冲的宽度用δi(i=1,2,3,4,5,┄┄)表示，根据面积等效原理可得msradtUtUmm3040.009549.02cos2sin50501msradtUtUmm7958.02500.02cos2sin5255252msradtUtUmm9836.03090.02cos2sin535253523msradUtUmm7958.02500.02sin254534msradUtUmm3040.00955.02sin15455、图示三相电压型桥式逆变