电力电子技术复习总结(王兆安)

电力电子技术复习(王兆安) 电力电子技术复习1 第1章 电力电子器件 1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。 3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、 _主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_ 、 _双极型器件_ 、_复合型器件_三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。 6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、 _肖特基二极管_。7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为 __正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。 9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL__大于__IH 。 10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。 11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_(如何连接)在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。 14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。 15.IGBT 的开启电压UGE(th)随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。 16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。 17.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数， 在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。 18.在如下器件:电力二极管(Power Diode)、晶闸管(SCR)、门极可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、电力场效应管(电力MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)中，属于不可控器件的是_电力二极管__，属于半控型器件的是__晶闸管_，属于全控型器件的是_ GTO 、GTR 、电力MOSFET 、IGBT _;属于单极型电力电子器件的有_电力MOSFET _，属于双极型器件的有_电力二极管、晶闸管、GTO 、GTR _，属于复合型电力电子器件得有 __ IGBT _;在可控的器件中，容量最大的是_晶闸管_，工作频率最高的是_电力MOSFET，属于电压驱动的是电力MOSFET 、IGBT _，属于电流驱动的是_晶闸管、GTO 、GTR _。 第2章 整流电路 1.电阻负载的特点是_电压和电流成正比且波形相同_，在单相半波可控整流 O电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是_0-180_。 2.阻感负载的特点是_流过电感的电流不能突变，在单相半波可控整流带阻 O感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是__0-180 2U_ ，其承受的最大正反向电压均为___，续流二极管承受的最大反向电压为2 2U___(设U为相电压有效值)。 22 O 3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为__0-180 _， 22U2U单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为__ 和_;带阻22 O感负载时，α角移相范围为_0-90 _，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向 2U2U电压分别为___和___;带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现22 断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个_平波电抗器_。 4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角,时，晶闸管的导通角, =_π-α-,_; 当控制角,小于不导电角 , 时，晶闸管的导通角 , =_π-2,_。 5.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压UFm o2U等于___，晶闸管控制角α的最大移相范围是_0-150_，使负载电流连续的2 o,,30条件为____(U2为相电压有效值)。 6.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差 oo_120 _，当它带阻感负载时，,的移相范围为__0-90 _。 7.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中，共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是_最高__的相电压，而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是_最低_的 idVT1VT3Roi2uduu21相电压;这种电路 , 角的移相范围是_0-120 _，u波形连续的条件是__。 dLVT2VT4 8.对于三相半波可控整流电路，换相重迭角的影响，将使用输出电压平均值__下降_。 9.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为 2U___，随负载加重Ud逐渐趋近于_0.9 U_，通常设计时，应取RC?22 _1.5-2.5_T，此时输出电压为Ud?__1.2_U(U为相电压有效值，T为交流电源22 的周期)。 10.电容滤波三相不可控整流带电阻负载电路中，电流 id 断续和连续的临界条件是__，电路中的二极管承受的最大反向电压为__U2。 6,RC,3 11.实际工作中，整流电路输出的电压是周期性的非正弦函数，当 , 从0?,90?变化时，整流输出的电压ud的谐波幅值随 , 的增大而 _增大_，当 , 从90?,180?变化时，整流输出的电压 ud 的谐波幅值随 , 的增大而_减小_。 12.逆变电路中，当交流侧和电网连结时，这种电路称为_有源逆变_，欲实现有源逆变，只能采用__全控_电路;对于单相全波电路，当控制角 0< , < , ,, 时，电路工作在__整流_状态; , ,,, , , , 时，电路工作在__逆变_状态。 13.在整流电路中，能够实现有源逆变的有_单相全波_、_三相桥式整流电路_等(可控整流电路均可)，其工作在有源逆变状态的条件是_有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压_和__晶闸管的控 O制角, > 90，使输出平均电压U为负值_。 d 14.晶闸管直流电动机系统工作于整流状态，当电流连续时，电动机的机械特性为一组_平行的直线_，当电流断续时，电动机的理想空载转速将_抬高_，随 , 的增加，进入断续区的电流_加大_。 15.直流可逆电力拖动系统中电动机可以实现四象限运行，当其处于第一象限时，电动机作_电动__运行，电动机_正__转，正组桥工作在_整流_状态;当其处于第四象限时，电动机做_发电_运行，电动机_反转_转，___正_组桥工作在逆变状态。 16.大、中功率的变流器广泛应用的是_晶体管__触发电路，同步信号为锯齿波的触发电路，可分为三个基本环节，即_脉冲的形成与放大__、_锯齿波的形成与脉冲移相_和_同步环节_。 第3章 直流斩波电路 1.直流斩波电路完成得是直流到_直流_的变换。 2.直流斩波电路中最基本的两种电路是_降压斩波电路 和_升压斩波电路_。 3.斩波电路有三种控制方式:_脉冲宽度调制(PWM)_、_频率调制_和_(ton和T都可调，改变占空比)混合型。 4.升压斩波电路的典型应用有_直流电动机传动_和_单相功率因数校正_等。 0.5,,,1(,为导通比)5.升降压斩波电路呈现升压状态的条件为________。 6.CuK斩波电路电压的输入输出关系相同的有__升压斩波电路___、__Sepic斩波电路_和__Zeta斩波电路__。 7.Sepic斩波电路和Zeta斩波电路具有相同的输入输出关系，所不同的是: _ Sepic斩波电路_的电源电流和负载电流均连续，_ Zeta斩波电路_的输入、输出电流均是断续的，但两种电路输出的电压都为__正_极性的 。 8.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第__1__象限，升压斩波电路能使电动机工作于第__2__象限，_电流可逆斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。 9.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第_1、2、3、4_象限。 10.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个_升压_斩波电路和一个__降压_斩波电路的组合;多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个__基本__斩波电路并联。 第4章 交流—交流电力变换电路 1.改变频率的电路称为_变频电路_，变频电路有交交变频电路和_交直交变频_电路两种形式，前者又称为_直接变频电路__，后者也称为_间接变频电路_。 O2.单相调压电路带电阻负载，其导通控制角,的移相范围为_0-180_，随 , 的增大， Uo_降低_，功率因数,_降低__。 3.单相交流调压电路带阻感负载，当控制角,,,(,=arctan(,L/R) )时,VT1的导通时间_逐渐缩短_,VT2的导通时间__逐渐延长_。 4.根据三相联接形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式，TCR属于_ OO支路控制三角形_联结方式，TCR的控制角 , 的移相范围为_90-180_，线电流中所含谐波的次数为_6k?1_。 5.晶闸管投切电容器 选择晶闸管投入时刻的原则是:_该时刻交流电源电压应和电容器预先充电电压相等_。 6.把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路称为__交交变频电路_。 7.单相交交变频电路带阻感负载时，哪组变流电路工作是由_输出电流的方向_决定的，交流电路工作在整流还是逆变状态是根据_输出电流方向和输出电压方向是否相同_决定的。 8.当采用6脉波三相桥式电路且电网频率为50Hz时，单相交交变频电路的输出上限频率约为_20Hz__。 9.三相交交变频电路主要有两种接线方式，即_公共交流母线进线方式_和_输出星形联结方式_，其中主要用于中等容量的交流调速系统是_公共交流母线进线方式_。 10.矩阵式变频电路是近年来出现的一种新颖的变频电路。它采用的开关器件是_全控_器件;控制方式是_斩控方式__。 电力电子技术复习题2 一、简答题 1、晶闸管导通的条件是什么, (1)晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压 (2)晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压和电流 2、有源逆变实现的条件是什么, (1)晶闸管的控制角大于90度，使整流器输出电压Ud为负 (2)整流器直流侧有直流电动势，其极性必须和晶闸管导通方向一致，其幅值应大于变流器直流侧的平均电压 3、电压源逆变电路与电流源逆变电路的区别, (1)电压型无源逆变电路直流侧接大电容滤波，输出电压为方波交流，输出电流的波形与负载性质有关;电流型无源逆变电路直流侧接大电感滤波，输出电流为方波交流，输出电压的波形与负载性质有关 (2)电压型无源逆变电路各逆变开关管都必须反并联二极管，以提供之后的感性负载电流回路;电流型无源逆变电路各逆变开关管不需反并联二极管， 但是应在负载两端并联电容，以吸收换流时负载电感中的储能 4、单极性调制与双极性调制的区别, (1)单极性调制是指逆变器输出的半个周期中，被调制成的脉冲输出电压只有一种极性，正半周为+Ud和零，负半周为-Ud和零 (2)双极性调制是指逆变器输出的每半个周期中都被调制成+/-Ud之间变化的等幅不等宽的脉冲列 在近似相同的条件下，单极性调制比双极性调制具有更好的谐波抑制效果。 5、电力变换的基本类型包括哪些, 包括四种变换类型: (,)整流 ,,,,, (,)逆变 ,,,,, (,)斩波 ,,,,, (,)交交电力变换 ,,,,, 6、半控桥能否用于有源逆变,为什么。 半控桥不能用于有源逆变，因为半控桥整流输出电压在移相范围内始终大于零。 7、直流斩波器的控制方式, 时间比控制方式:定频调宽 定宽调频 调频调宽 瞬时值控制和平均值控制 8、电压型无源逆变的特点是什么, 电压型无源逆变电路输入为恒定的直流电压，输出电压为方波交流电压，输出电流波形与负载的性质有关，阻感需要在功率电子器件旁边反并联二极管，以提供滞后电流的续流回路。 9、简述正弦脉宽调制技术的基本原理, 正弦脉宽调制技术是把正弦波调制成一系列幅值相等，宽度按正弦规律变化的脉冲列，实现的方式有计算法和调制法两种，调制法分为单极型调制和双极型调制。 10、电力电子技术的定义和作用 电力电子技术是研究利用电力电子器件实现电能变换和控制的电路，内容涉及电力电子器件、功率变换技术和控制理论，作用是把粗电变成负载需要的 精电。 11、电力电子系统的基本结构 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于 电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口， 从而获得期望性能指标的输出电能。 12、电力电子器件的分类 (,)从门极驱动特性可以分为:电压型和电流型 (,)从载流特性可以分为:单极型、双极型和复合型 (,)从门极控制特性可以分为:不可控、半控及全控型 13、有源逆变和无源逆变的区别 有源逆变是把直流电能逆变成交流电能后送给电网; 无源逆变是把直流电能逆变正交流电能后送给负载; 14、直流斩波器的控制方式 (,)定频调宽 (,)定宽调频 (,)调频调宽 :二、图1所示的单相桥式整流电路中，、触发角，负载U,220Va,302 为阻感负载，电感L的值极大，R,5,。1、绘制输出电压、输出电流、uidd变压器副边电流的波形;2、计算输出电压、输出电流的平均值及功uiidd2 率因数; 3、计算晶闸管的电流有效值。 id VT1VT3ud R,ti2 uduui21d,t Li2 ,tVT2VT4 图1 答案: 1(波形绘制 如图 2(电路参数计算) U,0.9,U,cos,,0.9，220，cos30:,171.47(V)d2 U171.47d I,,,34.29(A)dR5 U,IU171.47ddd ,,,,,0.78U,IU220222 3(电路参数计算 IdI,,24.25(A) T2 三、三相全控桥式整流电路带反电动势阻感负载，已知:负载电阻R,1,，电感，相电压，，当反电动势E,400V，控制角αL,,U,220VL,1mHd2B =120?或逆变角β=60?时，请计算输出电压平均值、输出电流平均值和UIdd换相重叠角。 , 答案: 6，400U,X,IBdd2.34cos,IU,,U,a:, dd22,R U290,,.31(V)I109,.69(A) 代入数据，解得: dd X,IBd,,cos,cos(a,), 换相重叠角计算: 解得:,,,U,6sin26 ,,8.9: 四、图3所示单相交流调压电路，为正弦交流输入电压，有效值，uU,220V11 R,0.5,L,2mH接阻感负载，其中，，求负载电流的最大有效值、最大输出功率及此时功率因数。 VT1 io uuo1LVT2R 图3 答案: 负载电流最大时，电路必须工作在连续模式，此时控制角等于负载阻抗 角。 ,3,,2，50，2，10L,1,1,tan(),tan(),51.47:,负载阻抗角: 0.5R 那么控制角等于51.47:时，电流波形连续，负载电流最大 U2201I,,,275(A)负载电流最大值: o2222R，(L)0.5，0.628, P,UI,cos,,37,.7(KW)最大输出功率: o1o ,,cos,acos,,0.62 此时功率因数: :a,60五、图1所示的单相桥式整流电路中，、触发角，负载为阻U,220V2 R,10,性负载， 。 1、绘制输出电压、输出电流、变压器副边电流的波形;2、计算输出电uiidd2压、输出电流的平均值及功率因数; uidd 3、请计算晶闸管的电流有效值; id VT1VT3ud ,ti2 uRdiuud21 ,t i2 ,t VT2VT4 图1 答案: 1(波形绘制 如图(9分) 2(电路参数计算 :1，cos1，cos60,U,0.9,U,,0.9，220，,148.5(V) d222 U148.5d I,,,14.85(A) dR10 ,,,sin2,,,，,0.89 2,, 3(电路参数计算 ,,,Usin2,2I,，,14(A) T2,,2，10 :六、图2所示的三相半波可控电路中，相电压、触发角，电a,60U,220V2感L的值极大，R,10,。 1、计算输出电压、输出电流的平均值、a相的电流的有效值;2、绘制输uiidda出电压、输出电流、a相的电流的波形。 uiidda TuuuuiiabVT1dacad ,tLbVT2 udRVT3cid,t ia ,t 图2 答案: 1(电路参数计算 U,1.17,U,cos,,1.17，220，cos60:,128.7(V)2(d2 I12.87U128.7ddI,,7,.43(A)I,,,12.87(A)ad R1033 2(波形绘制 七、单相全控桥式整流电路带反电动势阻感负载，已知:负载电阻，R,1,电感，相电压，，当反电动势，逆变角E,99VL,,U,100VL,0.5mHd2B 时，请计算输出电压平均值、输出电流平均值和换相重叠角。 B,60:UI,dd 4,X,IU，99Bdd,0.9cosU,,U,,I, 答案: d2d2,R U,,49.9(V)I,49.1(A) 代入数据，解得: dd 2,X,IBdcoscos(),a,,,, 换相重叠角计算: ,,2sin,U,22 ,,7.59: 解得: 为输入直流电压，，为八、图3所示降压BUCK直流斩波电路，UU,12VUiio输出直流电压，VT控制信号占空比为0.4,设所有器件均为理想器件，请推导输入输出直流电压的关系式和计算输出直流电压。 Uo UgVT U,UadU,0aLUa UDiu,U,UULioou,,ULouLMUU,Uioo,L Li,I,ILrf 图3 TToff on 答案: T 利用伏秒平衡推导 (U,U),Tioon开关VT导通的伏秒值: 开关VT关断的伏秒值: U,Tooff 因此: UToon(U,U),T,U,TioonooffM,,,D 则: D=0.4 UTU,D,UiOi U,0.4，12,4.8 则输出电压: o 九、请推导图2所示升压斩波电路的输出电压和输入电压的关系，当输入vvoi电压为12V，占空比D为0.8时，输出电压为多少, LD1212 Ug，U,0a ViU,0VCRLUaVao u,ULd,u,Ud,ULouL UUUdd,o ,LLi,I,ILrf 图2 TToffon利用伏秒平衡推导 T 开关S导通的伏秒值: U,Tdon 开关S关断的伏秒值: (U,U),Todoff 因此: U,T,(U,U),Tdonodoff U1o则: 1M,,U,,UOdU1,D1,Dd 则输出电压: 12 U,,60Vo 1,0.8 十、图4为单相桥式矩形波逆变电路，直流输入电压=308V，请绘制输Ud出电压和输出电流的波形及计算输出电压基波的幅值。 uioo VT1VT3 uoUd io VT2VT4图4 答案:(1)波形绘制 4,UdU,,392.16(V) (2)电路参数计算 (1)om,