电力电子技术

学期末考试试卷(A卷)一、填空题(每题2分，共20分)1．电压驱动型电力电子器件有，电流驱动型电力电子器件有。2．全控型电力电子器件有，半控型电力电子器件有，不控型电力电子器件有。3．晶闸管的额定参数有电压定额、电流定额等，其中电流定额参数包括通态平均电流和、、浪涌电流等。4．缓冲电路又称吸收电路其作用是抑制电力电子器件的、，以减小器件的开关损耗。5．单相半波可控整流电流带电阻性负载，其触发角的移相范围是；由于其输出脉动大，变压器二次侧电流中含有直流成分，造成变压器铁心的，所以在实际中很少使用。6．单相桥式可控整流电路带阻感性负载(电感足够大)，其触发角的移相范围是；此时晶闸管的导通角是。7．采用单相桥式半控型整流电路可能会发生现象，可以采用加以解决。8．确定最小逆变角的依据是min，其中表示，表示，表示安全裕量角。9．斩波电路近似计算公式是在负载电流连续的情况下得到的，一般要求负载较重或者。10．横向换流三相桥式逆变电路，每个晶闸管的导通角度是；纵向换流三相桥式逆变电路，每个晶闸管的导通角度是。二、判断题(每题1分，10题共10分，对√、错×)1．电力系统中整流二极管一般是硅管。()2．GTR集电极的电压升高后出现雪崩击穿即一次击穿后，如果集电极电流不超过最大允许耗散功率时对应的限度，GTR一般不会损坏。（）3．晶闸管的串并联一般需要考虑均压和均流问题，对静态和动态的均压和均流解决方法是相同的。（）4．漏感造成的换相重叠角对系统总是不利的，应尽量减小或消除。（）5．大功率直流可逆电机晶闸管调速系统四象限运行一般采用两组变流桥反并联电路的连接方式。（）6．三相半波可控整流电路采用共阴接法和共阳接法，其A、B相的自然换相点相差120度。（）7．交流调功电路和交流调压电路的控制方法相同。（）8．用多重逆变电路或多电平逆变电路，可以改善逆变电路的输出波形，减少其谐波分量。（）9．面积等效原理是PWM控制技术的理论基础。（）10．PWM整流电路可以实现静止无功功率发生器的功能。（）三、简答题(每题6分，5题共30分)1.门极断路时，晶闸管承受正向阳极电压它会导通吗？若真的导通，是什么情况？2.可控整流电路可以工作在有源逆变状态，实现电能的回馈，说明有源逆变工作的条件。3.说明交交直接变频方式的特点和局限性。4.说明换流方式及其应用特点。5.分别说明电流型逆变器和电压型逆变器的特点。四、分析计算题(5题共40分)1.利用双晶体管模型说明GTO的工作原理及其与SCR的异同点(从结构上、工作状态上分析)。RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)2.三相正弦晶闸管桥式整流电路，输入的交流电源线电压有效值为380V，触发角为30度，电阻性负载为100欧姆。试计算负载的平均电流和说明晶闸管实际承受的最大正反向电压。3.在下图所示的斩波电路中，E=100V，L足够大，R=5Ω，EM=30V，采用脉宽调制控制方式，T=20μs，当ton=5μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。E+-RLioEMuoiGM4.一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在α=0时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%时的开通角α。5.说明滞环比较方式的PWM电流跟踪单相半桥逆变的控制原理？负载L+图6-22-iii*VD1VD2V1V22Ud2UdO图6-23tiii*+Ii*-Ii*华南农业大学期末考试试卷(A卷)五、填空题(每题2分，10题共20分)11．通常取晶闸管的断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一点裕量，一般取额定电压为正常工作时的晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。12．晶闸管额定电流为100A，通过半波交流电时，电流的波形系数为Kf=1.57，电流的有效值计算为/2mI，则通过电流最大值mI为314A。13．单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为1.41U2。三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为2.45U2。（电源相电压为U2）14．要使三相全控桥式整流电路正常工作，对晶闸管触发方法有两种，一是用宽脉冲触发；二是用双窄脉冲触发。15．单相交流调压电阻性负载电路的移相范围在0度～180度内，在阻感性负载时移相范围在功率因素角～180度内。16．交流调压电路和交流调功电路异同点：电路结构相同，控制方式不同，（交流调压电路采用移相触发对一个周期内导通角控制，调功电路对导通周波数与阻断周波数的比值进行控制）。17．电压型逆变电路中的反馈二极管的作用是给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道。18．变流电路的换流方式有器件换流、电网换流、负载换流、强迫换流等四种。19．180°导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在同一相上下两个桥臂元件之间进行；而120º导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在上桥臂或者下桥臂组内上的元件之间进行的。20．PWM逆变电路的控制方法有计算法、调制法和规则采样法三种。其中调制法又可分为同步调制法、异步调制法两种。六、判断题(每题2分，10题共20分，对√、错×)11．同一晶闸管，维持电流HI在数值上一般大于擎住电流LI。(x)12．多个晶闸管串并联使用时，通常采用先串后并的联接方法。（√）13．半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路出故障时会出现失控现象。（√）14．有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。（√）15．直流斩波电路只能实现降低输出直流电压的作用。（x）16．双向晶闸管的额定电流的定义与普通晶闸管不一样，双向晶闸管的额定电流是用电流有效值来表示的。（√）17．并联谐振负载的逆变器负载必须是呈电容性电路。（√）18．用多重逆变电路或多电平逆变电路，可以改善逆变电路的输出波形，使它更接近正弦波。（√）19．采用两组反并联晶闸管变流桥的可逆系统，供直流电动机四象限运行时，其中一组逆变器工作在整流状态，那么另一组就工作在逆变状态。（√）20．设置补偿电容可以提高变流装置的功率因数。（√）七、简答题(每题5分，6题共30分)6.如下图所示（L和R串联后作为负载），说明晶闸管导通的条件是什么？关断时和导通后晶闸管的端电压、流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。导通后的晶闸管管压降很小。晶闸管的关断时其两端电压大小由电源电压UA决定，电流近似为零。导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压UA决定。7.缓冲电路的作用是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别，各自的功能是什么？答：缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压du/dt或者过电流di/dt,减少器件的开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路是对du/dt抑制的电路，用于抑制器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路是对di/dt抑制的电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。8.变压器漏抗对整流电路有什么影响?答：出现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud降低；整流电路的工作状态增多；晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全导通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/di，可能使晶闸管误导通，为此，必须加吸收电路。换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。9.在三相桥式整流电路中，为什么三相电压的六个交点就是对应桥臂的自然换流（相）点？（请以a、b两相电压正半周交点为例，说明自然换向原理）答：三相桥式整流电路中，每只二级管承受的是相邻二相的线电压，承受正向电压时导通，反向电压时截止。三相电压的六个交点是其各线电压的过零点，是二级管承受正反向电压的分界点，所以，是对应桥臂的自然换流点。10.试述斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式？答：斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式为：（1）定频调宽控制模式定频就是指开关元件的开、关频率固定不变，也就是开、关周期T固定不变，调宽是指通过改变斩波电路的开关元件导通的时间Ton来改变导通比Kt值，从而改变输出电压的平均值。（2）定宽调频控制模式定宽就是斩波电路的开关元件的导通时间Ton固定不变，调频是指用改变开关元件的开关周期T来改变导通比Kt。（3）调频调宽混合控制模式这种方式是前两种控制方式的综合，是指在控制驱动的过程中，即改变开关周期T，又改变斩波电路导通时间Ton的控制方式。通常用于需要大幅度改变输出电压数值的场合.11.SPWM调制方式是怎样实现变压功能的？又是怎样实现变频功能的？答：改变调制比M可以改变输出电压uO基波的幅值，所以，SPWM调制是通过改变调制波ur的幅值实现变压功能的。改变正弦调制波的频率时，可以改变输出电压u0的基波频率，所以，SPWM调制是通过改变调制波ur的频率实现变频功能的。八、分析计算题(每题6分，5题共30分)6.在下图中，E=50V，R=0.5Ω，L=0.5H，晶闸管擎住电流为15mA。要使晶闸管导通，门极触发电流脉冲宽度至少应为多少？（提示：对于小t，可取tet1）解：晶闸管导通后，主回路电压方程为：ERidtdiLdd主电路电流di按下式由零上升LtRdeREi/1晶闸管要维持导通，id必须上升达到擎住电流值以上，在此期间，门极脉冲应继续维持，将Id=15mA代入，得3101515.050te取tet1，t≥150μs。所以，门极触发电流脉冲宽度至少应大于150μs。7.某一电热装置（电阻性负载），要求直流平均电压为75V，电流为20A，采用单相半波可控整流电路直接从220V交流电网供电。计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值，解：(1)整流输出平均电压Ｕd=22).(.sin221ttdU=).(.sin2212ttdU=2cos145.02cos1222UUcosα=5152.0122045.0752145.022UUd则控制角α≈60°导通角θ=π-α=120°(2).负载电流平均值Id=RUd=20(A)则R＝Ud／Id＝75／20=3.75Ω负载电流有效值I，即为晶闸管电流有效值IV1，所以I=IV1=tdtRU22sin221=22sin412RU＝37.6(A)8.分析下图示升压斩波电路原理并计算，已知E=50V，负载电阻R=20Ω，L值和C值极大，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U0，输出电流平均值I0。解：开关元件导通（模式1）时，电感L储能，负载R上的电压uo和电流io由电容器C上的电压uc提供。开关元件关断（模式2）时，直流电源Ud和电感L储能向负载R和电容器C提供能量，电容器C充电。因此，可达到输出平均直流电压高于电源输入的直流电压。输出电压平均值Uo为tdondoKUTTTUU1其中，Ton为导通时间，T为开关周期，Kt为导通比。50*40133.34025doonUTUVTT0133.36.6720oUIAR9.请从VT1向VT3换流的过程分析入手，说明题图所示串联二极管式晶闸管逆变电路的换流过程。解：假设以从VT1向VT3换流的过程进行分析：假设换流前VT1和VT2导通，C13电压UC0左正右负。如图a所示。换流阶段分为恒流放电和二极管换流两个阶段。t1时刻触发VT3导通，VT1被施以反压而关断。Id从VT1换到VT3，C13通过VD1、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电，放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段。如图b所示。