电力电子复习题

1一、简答题（每空5分，共30分）1.电力电子技术，又称功率电子学（PowerElectronics)。它主要研究各种电力半导体器件，以及由这些电力电子器件来构成各式各样的电路或装置，以高效地完成对电能的变换和控制。2.电源变换的４种类型：2.1.AC－DC，即交流电转换为直流电。这种变换称为整流，所用的装置叫整流器。2.2.DC－AC，即直流电转换为交流电、这是与整流相反的变换，称为逆变。逆变器（Inverter)的输出可以是恒频，也可以变频（这时变流器叫变频器。2.3.AC—AC，这是将交流电能的参数（幅值或频率）加以转换。其中：交流电压有效值的调节称为交流电压控制或简称交流调压，用于如调温、调光、交流电动机的调压调速等。2.4.DC—DC，这是将直流电的参数（幅值或极性）加以转换、可将恒定直流变成断续脉冲形状，以改变其平均值。此种变流器谓之斩波器（Chopper）或直流变换器。3.维持电流:在室温和门极断路时，晶闸管已经处于通态后，从较大的通态电流降至维持通态所必须的最小阳极电流。4.在可控整流电路中，如将晶闸管改为二极管，则二极管开始换流的时刻称为“自然换流点”，从该点起，至触发脉冲出现时的滞后角度称为“触发延迟角”，用α表示。5.反电势负载的特点2（l）.当晶闸管全部阻断时，输出平均电压为反电势E。（2）.反电势负载能使电路导电角减小。反电势越大，导电角越小，电流出现断续现象越严重。6.有源逆变产生的条件：（1）.负载侧存在一个直流电源E，由它提供能量，其电势极性与变流器的整流电压相反，对晶闸管为正向偏置电压；（2）.变流器在其直流侧输出应有一个与原整流电压极性相反的逆变电压Udβ。其平均值Udβ＜E，以吸收能量，并将其能量馈送给交流电源。7.可控整流电路中的谐波分量比不可控整流电路中的谐波分量要高。且谐波成分与电路及负载性质有关。一般说来，谐波次数越高，其谐波分量越小。8.负载谐波的存在将产生如下不良影响：1）.使供电电源电压及电流波形畸变;供电电源波形畸变不但殃及电网的其他用户．而且也殃及装置本身。2）.使损耗增加，功率因数下降对负载是直流电动机来说，谐波不能产生负载转矩，它是在电源和负载之间流动的无功电流，无疑是增加了电路损耗，无功电流的存在必然使电路功率因数下降。3）.产生射频干扰.9..电源中谐波的影响l）殃及与电网连接的其他用户32）.产生中线电流3）.影响电力系统的正常运行4）.使测量仪表的精度降低10.功率因数在正弦交流电路中，交流电压和交流电流均为同频率的正弦波，电路的功率因数（Powerfactor）λ定义为有功功率与视在功率之比。在可控整流电路中，送到整流电路去的是正弦波交流电压u2，但流过的交流电流i2却不是正弦波，而且延迟角α还影响其电流相对于电压的相位。另外，有功功率只能由与电源电压同频率的正弦电流，即基波电流来产生。电流中的高次谐波与电压不产生有功功率。当电流i2中含有谐波分量时，它的有效值就要比基波分量的有效值大，因此，在计算功率因数时，不能用含有谐波分量的电流有效值，必须用它的基波分量有效值。11.提高功率因数的途径l）.减小触发延迟角2）.减小谐波成分提高电流畸变因数3）.研究高功率因数的整流电路12..晶闸管对门极触发电路的要求l）触发脉冲应有一定的幅值和功率；2）触发脉冲要有一定的宽度；3）触发脉冲前沿要陡44）.触发脉冲要与主电路同步并有一定的移相范围。13.交流调压是指交流电压幅值的变换（其频率不变)。交流电力控制器通常是指接在交流电源与负载之间，用以实现负载电压有效值和功率调节或开关控制的电力电子装置。它们可以采用相位控制或通断控制，相应的装置也称为交流调压器、交流调功器和交流电力开关。14.晶闸管调功器交流调功器的主电路与交流调压一样，但采用的是通断控制。这种控制方式是在设定的周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，通过改变晶闸管在设定周期内通断周波的比例，来调节负载两端的功率。这种方式相当于相位控制时的α=0O，所以也称为“零触发”。由于晶闸管是在电源电压过零时就被触发导通，所以负载上得到的是完整的正弦波。15.直流变换器是在直流电源与负载之间接一由电力半导体器件构成的直流开关，用它控制主电路的接通与断开，以将恒定的直“斩”成断续（离散）的方波，然后经滤波变为电压可调的直流电供给负载。它是一种直流电压幅值的变换装置，亦称斩波器。16.斩波器的控制方式1.定频调宽2.定宽调频3.调频调宽17.晶闸管的换流亦称换向或换相，就是指电流按要求的时刻和次序从一个晶闸管器件转移到另一个晶闸管器件的过程。5a）.电网换流或电源换流：由交流电源供电的晶闸管变流器中，只要合理安排触发脉冲，就可使导通的晶闸管承受反压而关断，这种换流方式称为电网换流或电源换流。b）.负载换流或强迫换流：在由直流电源供电的晶闸管变流器中，例如斩波器和直交变频器由于晶闸管始终承受正向电压，导通后便无法关断，不可能实行电网换流，这时必须用负载换流或强迫换流。由于大多数负载都具电感性，为了实现负载换流，可以串以或并以电容，使之成为容性阻抗，电流超前电压，则当电流降为零时，负载电压不为零，该电压对晶闸管形成反压，只要反压时间大于关断时间，便可将晶闸管关断，此为负载换流。强迫（或强制）换流需要专门的换流环节或电路，它可使晶闸管在任何需要的时刻关断。换流环节的作用是利用储能元件中的能量或者用电感电容组成的谐振回路，对原来导通的晶闸管强行施加反向电压，使之电流迅速下降为零。18.有源逆变：将直流电逆变成与交流电网同频率的交流电输送给电网。无源逆变：如果逆变输出的交流电与电网无联系，则这种逆变称为无源逆变。19.变频：将一种频率的电源变换为另一种频率的电源。直交变频：将直流电变换为所要求的频率或频率可调的交流电；交交变频：将固定频率的交流电直接变换为频率可调的交流电。20多重化，就是用几个逆变器，使它们输出相同频率的矩形波在相位上移开一定的角度进行叠加，以减小谐波，从而获得接近正弦的阶6梯波形。21.PWM逆变器，是控制逆变器开关器件的通断顺序和时间分配规律，在逆变器输出端获得等幅、宽度可调的矩形波。PWM的中文意思是。22.PWM优点（l）.既可分别调频、调压，也可同时调频调压，都由逆变器统一完成，仅有一个可控功率级，从而简化了主电路和控制电路的结构，使装置的体积小、重量轻、造价低、可靠性高。（2）.直流电压可由二极管整流获得，交流电网的输入功率因数与逆变器输出电压的大小和频率无关而接近1。（3）.调节速度快，动态控能好。（4）.输出电压或电流波形接近正弦，从而减少谐波分量。23.同步调制和异步调制（l）.同步调制——这时载波比N为常数．变频时三角载波的频率与正弦调制波的频率同比变化。（2）.异步调制——在逆变器的整个变频范围内，N不为常数，载波信号与调制信号不保持同比关系。24.交交变频器多由三相电网供电，只要电网频率相对输出频率高出许多倍，便可得到由低到高，再由高到低接近正弦规律变化的交流输出。输出电压波形是在每一电网周期控制相应晶闸管开关在适当时刻导通和阻断，以便从输入波形区段上建造起低频输出波形，或者通俗地说，输出电压是由交流电网电压若干线段“拼凑”起来的。而且，输出频率相对输入频率比愈低和相数愈多，则输出波形谐波含量就愈7少。25.正弦脉宽调制（SPWM）原理及优点图示正弦波，如将其每半周划分为N等份（图中N=6），每一等份的正弦电压与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲所代替，且使矩形脉冲的中点与相应正弦等份的中点重合，则各脉冲的宽度按正弦规律变化。按照采样控制理论中冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性环节上，其效果基本相同的结论，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形便与正弦波等效。（1）.逆变器输出频率与正弦调制波频率相同；当逆变器输出端需要变频时，只要改变调制波的频率；（2）.三角波与正弦调制波的交点即确定了逆变器输出脉冲的宽度和相位。通常采用恒幅的三角波，而用改变调制波幅值的方法，以得到逆变器输出波形的不同宽度，从而得到不同的逆变器输出电压。像这样由载波调制正弦波而获得脉冲宽度按正弦规律变化又和正弦波等效的脉宽调制（PWM）波形称为正弦脉宽调制（SPWM）。26.开关电源开关电源是电源技术上的一次革命，以其小型化、高效率的突出优点而被广泛地应用于通讯、计算机、仪表及各种电气设备中。与传统的线性电源相比，开关电源的效率通常可以做到80%以上（后者一般低于50%）。由于开关电源通常工作在几十甚至几百千赫范围8内，省略了50Hz的工频变压器，因此体积小、重量轻。而且开关电源的稳压范围宽，电网电压从很140V到260V均可正常工作，远远大于线性电源只允许10％的电压波动范围。二、画图题：按下列要求画出电路图，并对电路的工作原理及电路中的个元器件作简要说明（每题7分，共42分）1.晶闸管单相全控桥式整流电路2.三相半波可控整流电路3.三相全控桥式整流电路94.单相交流调压，画出输入输出波形图5.单相交流晶闸管调功器电路及波形6.三相交流调压7.单相全波电路单相交交变频器108.降压式（buck）斩波器9.升压式（boost）斩波器10.升／降式斩波器11.直流电动机的两象限斩波器1112.直流电动机的四象限斩波器13.单端反激式直流变换器14.单端正激式直流变换器1215.逆变器的原理电路，输出波形图：16.RLC串联谐振逆变器13二、电路分析：分析下列电路的工作原理和工作过程（每题7分，共28分）1.推挽式直流变换器2.半桥式直流变换器3.全桥式直流变换器144.晶闸管斩波器的换流5.大功率晶体管的基本缓冲电路：6.交直交逆变器的一种过压保护电路157.电力电子器件过热保护电路8.单相桥式串联电感式逆变器9.强迫换流电流型串联二极管逆变器10.正弦脉宽调制（SPWM）原理及优点1611.为交流电动机正反转调压调速主电路12.具有过零触发电路的交流固态继电器电路。1713.开关稳压电源原理框图。