电力电子考试题

华南农业大学期末考试试卷(A卷)一、填空题(每题2分，10题共20分)1．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。2．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。3．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）4．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。5．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。6．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）。7．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。8．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。9．180°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。10．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。二、判断题(每题2分，10题共20分，对√、错×)1．同一晶闸管，维持电流HI在数值上一般大于擎住电流LI。(x)2．多个晶闸管串并联使用时，通常采用先串后并的联接方法。（√）3．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。（√）4．有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。（√）5．直流斩波电路只能实现降低输出直流电压的作用。（x）6．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。（√）7．并联谐振负载的逆变器负载必须是呈电容性电路。（√）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，使它更接近正弦波。（√）9．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。（√）10．设置补偿电容可以提高变流装置的功率因数。（√）三、简答题(每题5分，6题共30分)1.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。2.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。3.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。4.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。5.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.6.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。四、分析计算题(每题6分，5题共30分)1.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。2.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)3.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4.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。uC13下降到零之前，VT1承受反压，反压时间大于tq就能保证关断。t2时刻uC13降到零，之后C13反向充电。忽略负载电阻压降，则二极管VD3导通，电流为iV，VD1电流为iU=Id-iV，VD1和VD3同时通，进入二极管换流阶段。随着C13电压增高，充电电流渐小，iV渐大，t3时刻iU减到零，iV=Id，VD1承受反压而关断，二极管换流阶段结束。t3以后，VT2、VT3稳定导通阶段。5.绘制单相桥式SPWM逆变电路产生单极性SPWM波形图和双极性SPWM波形图并说明其调制原理解：首先画出逆变电路产生单极性SPWM波形图：在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断ur正半周，V1保持通，V2保持断。当uruc时使V4通，V3断，uo=Ud。当uruc时使V4断，V3通，uo=0。ur负半周和正半周相反画出逆变电路产生双极性SPWM波形图在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud两种电平。同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制器件的通断。ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同。当uruc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如io0，V1和V4通，如io0，VD1和VD4通，uo=Ud。当uruc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。如io0，V2和V3通，如io0，VD2和VD3通，uo=-Ud。