电力电子简答题.doc

1、 1.简述晶闸管导通的条件与关断条件。 答：在晶闸管阳极 阴极之间加正向电压，门极也加正向电压，产生足够的门极电流 Ig，则晶闸管导通，其导通过程叫触发。 关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。 实现关断的方式： 1减小阳极电压 ; 2增大负载阻抗。 3加反向电压 2.述 实现 有源逆变的基本条件，并指出至少两种引起有源逆变失败的原因 （ 7 分） ： 答： 直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导 通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压； 要求晶闸管的控制角 /2，使 Ud 为负值，电路工作在逆变状态 原因： 当出现触发脉冲丢失、晶闸管损坏或快速熔断器烧断、电源缺相等原因都会发

2、生逆变失败。当逆变角太小时，也会发生逆变失败。 不能实现有源逆变的电路有 ：半控桥电路，带续流二极管的电路。 3什么是逆变失败？失败的后果？形成失败的原因 答： 逆变失败 指的是：逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件未关断，该导通的器件未导通。从而使逆变桥进入整流状态，造成两电源顺向联接，形成短路。 逆变失败后果是严 重的，会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流，损坏开关器件。 产生逆变失败的原因 ：一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等。 在电路结构上，电感性负载电路，每个开关管必须反向并联续流二级管 17、 简述对触发电路的三点要求。 答： 1）触

3、发电路输出的脉冲应具有足够大的功率； 2）触发电路必须满足主电路的移相要求； 3）触发电路必须与主电路保持同步。 18.对于正弦脉冲宽度调制（ SPWM），什么是调制信号 ？什么是 载波信号？何谓调制比？ 答： 在 正弦脉冲宽度调制（ SPWM） 中，把希望输出的波形称作调制信号； 而对它进行调制的三角波或锯齿波称为载波信号； 载波频率 fs 与调制信号频率 f1 之比， N= fs / f1 称为载波比。 21.试说明 SPWM 控制的基本原理。 答： PWM 控制技术是控制半导体开关元件的导通和关断时间比，即调节脉冲宽度的或周期来控制输出电压的一种控制技术。 用正弦基波电压作为调制电压，对

4、它进行调制的三角波称为载波电压，当正弦基波与三角波相交时，通过比较二者之间的大小来控制逆变器开关的通断，从而获得一系列等幅不等宽正比于正弦基波电压 的矩形波，这就是正弦脉宽调制方法（ SPWM）。 34.单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路接大电感负载，负载两端并接续流二极管的作用是什么？两者的作用是否相同？ 答：（ 1）为了使交流电源电压进入负半周时，由续流二极管续流，使晶闸管关断，提高整流输出电压的平均值（ 2）是为了避免失控现象的发生，保证整流电路的安全运行。 27.电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？ 答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻

5、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。当输出交流电压与电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压与电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的控开关器件流通，因此不需要并联二极管。 4、电压型逆变电路的主要特点是什么？ 答： (1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动； (2) 输出电压为矩形波，输出 电流因负载阻抗不同而不同； (3

6、) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。 49.什么是 PWM 控制？ 答： 它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为 PWM 波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整 PWM 的周期、 PWM 的占空比而达到控制电流的目的。 48.什么是换流 （相） ？换流 （相） 的四种方式是什么 ？ 答： 换流指电力电子电路中支路间电流的转移。 电 网 换流 ： 换流电压取自交流电网 。 负载 换流 ： 换流电压取自呈容性的负载端电压 。 器件换流：利用全控型器件的自关断能力

7、进行换流。 强迫换流： 换流电压由附加的独立电路产生。 晶闸管电路不能用器件换流，根据电路形式采用电网换流、负载换流和强迫换流 3 种方式。 37.什么是控制角？导通角？为什么一定要在晶闸管承受正向电压时触发晶闸管？ 答：（ 1）把晶闸管承受正压起到触发导通之间的电度角称为控制角。 （ 2）晶闸管一个周期内导通的电角度称为导通角。 （ 3）晶体管的性能与三极管性 能差不多，都是在正向压降触发导通，反向截止。 56、什么是换相重叠角 ？换相重叠角是什么原因造成的？ 答 :在三相整流电路中，由于换相过程持续的时间电角度，称为换相重叠角。由于变压器漏抗对电路的影响，造成换流电路中的电流不能发生突变引

8、起的换相重叠角。 41.换 相 重叠角的产生给逆变电路带来哪些不利影响？ 答：（ 1）由于变压器漏感和线路电感等因素的影响，晶闸管的换流（换相）不能瞬时完成，均需一定的时间即换相重叠角所对应的时间。 （ 2）如果逆变角 ，将使换相不能完成，造成逆变失败。 6、 BOOST 升 压电路中，电感 L、电容 C 与二极管的作用是什么？ 答：储存电能升压；保持输出电压稳定。 7.什么是软开关？采用软开关技术的目的是什么？ 答 :通过在电路中增加小电感、小电容等谐振元件，在开关过程中实现零电压开通，零电流关断，消除电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声，这样的电路称为软开关电路，具有该开关过程的开关称

9、为软开关，目的是进一步提高开关频率和减少损耗。 57.简述降压斩波电路 的 工作原理。 答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让 V导通一段时间 ton，由电源 E 向 L、 R、M 供电，在此期 间， uo E。然后使 V 关断一段时间 toff，此时电感 L 通过二极管 VD 向 R和 M 供电， uo 0。一个周期内的平均电压 EtttUoffonon 0。输出电压小于电源电压，起到降压的作用。 7、变压器漏感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开通；有时人为串入进线电抗器

10、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/dt，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。（ 2 分） 8.：对 IGBT、 GTR、 GTO 和电力 MOSFET 的优缺点的比较如下表： 器 件 优 点 缺 点 IGBT 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 开关速度低于电力 MOSFET,电压，电流容量不及 GTO GTR 耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱 和压降低 开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题 GTO 电压

11、、电流容量大，适用于大功率场合，具有电 导调制效应，其通流能力很强 电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低 电 力 MOSFET 开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题 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 5、某一晶闸管，额定电压为 300V，额定电流为 100A，维持电流为 4mA，使用在下图所示的各电路中是否合理 ?说明其理由。 (不考虑电压、电流裕量 ) 答：图 a 不合理（ 1 分），电流小于维持电流（ 2 分） 图 b 不合理（ 1 分），最

12、高电压大于额定电压（ 1 分） 图 c 合理（ 1 分），电流为 150A小于 1001.57（ 2 分） 9、试分析下图间接交流变流电路的工作原理，并说明其局限性。 答：图是带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路，它在中间直流电容两端并联一个由电力晶体管 V0 和能耗电阻 R0 组成的泵升电压限制电路。当泵升电压超过一定数值时，使V0 导通，把从负载反馈的能量消耗在 R0 上。其局限性是当负载为交流电动机，并且要求电动机频繁快速加减速时，电路中消耗的能量较多，能耗电阻 R0 也需要较大功率，反馈的能量都消耗在电阻上，不能得到利用。 12.晶闸管变流装置中为什么在主电路上要加入整流变压器

13、进行降压？ 答：采用整流变压器降压后可以使晶闸管工作在一个合适的电压上，可以使 晶闸管的电压定额下降，还可以使晶闸管工作于小控制角，这有利于减少波形系数，提高晶闸管的利用率，实际上也减少的晶闸管的电流定额，另外由于控制角小，这对变流装置的功率因素的提高也大为有利。 13.单相电压型逆变电路中，电阻性负载和电感性负载对输出电压、电流有何影响？电路结构有哪些变化？ 答：电阻性负载时，输出电压和输出电流同相位，波形相似，均为正负矩形波。 电感性负载时，输出电压为正负矩形波，输出电流近似为正弦波，相位滞后于输出电压，滞后的角度取决于负载中电感的大小 。 16.什么是直流斩波电路？ 答：直流 斩波电路是

14、将直流电源的恒定直流电压通过电力电子器件的开关作用变换为可调直流电压的装置。 19.什么是可控整流 ?它是利用晶闸管的哪些特性来实现的 ? 答：将交流电通过电力电子器件变换成大小可以调节的直流电的过程称为可控整流。 可控整流主要利用了晶闸管的单向可控导电特性。 20.电压源型变频器和电流源型变频器的区别是什么？ 答：电流型变频器的直流环节是电感器，而电压型变频器的直流环节是电容器。 电压型变频器不能工作于再生制动状态，因为电容两端电压不能跃变。 22.试简述三相半控桥式整流电路与三相全控 桥式整流电路的特点。 答：三相全控桥式整流电路采用 6 只晶闸管构成，而三相半控桥式整流电路采用三只晶闸管

15、和三只二极管构成； 三相全控桥可以工作在有源逆变状态，而三相半控桥只能工作在整流状态； 三相半控桥可能会出现失控现象，而全控桥不会。 23.在三相半波可控整流电路中， 如果控制脉冲出现在自然换流点以前，可能会出现什么情况？能否换相 ? 答：在三相半波可控整流电路中，如果每只晶闸管采用独立的触发电路，那么控制脉冲出现在自然换流点以前，电路将停止工作；如果三只晶闸管采用同一个触发电路（对共阴极连接），则控制脉冲出现在自然换流点以前，电路仍然能正常换相，但此时的控制角较大，输出电压较低。 24.在三相全控桥式有源逆变电路中，以连接于 A 相的共阳极组晶闸管 V14 为例说明，在一个周期中，其导通及关

16、断期间两端承受电压波形的规律。 答：共阳极组三只晶闸管轮流导通 1200，其顺序是 VT4VT6VT2。所以，当 VT4 导通时，两端电压为零；当 VT6 导通时， VT4 两端电压为线电压 uvu；当 VT2 导通时， VT4 两端电压为线电压 uwu。 25.三相半控桥与三相全控整流电路相比有哪些特点？ 答：三相半控桥式整流电路是把全控桥中共阳极组的 3 个晶闸管换成整流二极管，其显著特点是共阴极组元件必须触发才能换流；共阳极元件总是在自然换流点换流。一周期中仍然换流 6次， 3 次为自然换流，其余 3 次为触发换流，这是与全控桥根本的区别。改变共阴极组晶闸管的控制角 ，仍可获得 02.3

17、4U2的直流可调电压。三相半控桥式整流电路只需三套触发电路、不需要宽脉冲或双脉冲触发、线路简单经济、调整 方便。电路结构比三相全控桥更简单、经济，而带电阻性负载时性能并不比全控桥差。所以多用在中等容量或不要求可逆拖动的电力装置中 26.什么是晶闸管交流开关？交流调压器的晶闸管常用哪些方式控制？ 答：如果令交流调压器中的晶闸管在交流电压自然过零时关断或导通，则称之为晶闸管交流开关。交流调压器中的晶闸管有两种控制方式： (1)相位控制在电源电压的每一周期，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的时刻即可达到调压的目的，即相控方式； (2)通 -断控制将晶闸管作为开关，使负载与电源接通若干周波，然后

18、再断开一定的周波，通过改 变通断的时间比达到调压的目的。有全周波连续式和全周波间隔式两种形式。 28.如何区分电压源型和电流源型变频器？ 答：电压源型变频器：交 -直 -交变频器中，直流部分采用大电容器滤波，理想情况下直流电压波形为一直线，可看作是一个内阻为零的电压源，再经逆变器输出交流电压波形；交 -交变频器虽无滤波电容器，但是交流电源系统的阻抗很低。电流源型变频器：交 -直 -交变频器中采用大电感滤波，其直流电流波形较平直，可看作是一个电流源；交 -交变频器在输出端接有电抗器。两种类型变频器的区别在于滤波器形式的不同，于是在用途上也各不相同 ：电压源型变频器因电容器上的电压不能突变，所以对

19、电压控制响应慢，对调整型负载动态响应慢，适于多台电动机同步运行的电源，且无快速加减速的负载；电流型变频器因滤波电感上的电流不能突变，虽对负载变化反应慢，但对系统调速的动态响应灵敏，因而适于单台变频器配用单台电动机的系统，可满足快速起动、制动和可逆运行的要求。如果将不可控整流改成可控整流，还可实现电动机的回馈制动。 31.什么叫过电流？过电流产生的原因是什么？ 答：当流过晶闸管的电流大大超过其正常工作电流时，称为过电流。产生的原因有： （ 1）直流侧短路； （ 2） 机械过载； （ 3）可逆系统中产生环流或者逆变失败； （ 4）电路中管子误导通及管子击穿短路等。 32.IGBT、 GTR、 GT

20、O 和电力 MOSFET 的驱动电路各有什么特点 ?。 IGBT 驱动电路的特点是 :驱动电路具有较小的输出电阻 , GBT 是电压驱动型器件 ,IGBT 的驱动多采用专用的混合集成驱动器。 GTR驱动电路的特点是 :驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿 ,并有一定的过冲 ,这样可加速开通过程 ,减小开通损耗 ,关断时 ,驱动电路能提供幅值足够大的反 向基极驱动电流 ,并加反偏截止电压 ,以加速关断速度。 GTO驱动电路的特点是 :GTO 要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度 ,且一般需要在整个导通期间施加正门极电流 ,关断需施加负门极电流 ,幅值和陡度要求更高 ,其驱动电路

21、通常包括开通驱动电路 ,关断驱动电路和门极反偏电路三部分。 电力 MOSFET 驱动电路的特点 :要求驱动电路具有较小的输入电阻 ,驱动功率小且电路简单。 36.变频器由那些基本部分构成？ 答： 1)整流器。 2)逆变器。 3)中间直流环节。 4)控制电路。 38.为什么半控桥的负载侧并有续流管的电路不能实现有源逆变？ 答：由逆变可知，晶闸管半控桥式电路及具有续流二极管电路，它们不能输出负电压 Ud固不能实现有源逆变。 39.用单结晶体管的触发电路 ,当移相到晶闸管达到某一导通角时 ,再继续调大导通角时 ,忽然晶闸管变成全关断是何原因 ? 答：单结晶体管导通后 ,如果由电源通过电位器加到发射极

22、的电流超过谷点电流单结晶体管就关不了。这时，单结晶体管只产生一个脉冲，尚能保持晶闸管工作，但是若进一步减小电位器电阻，加大发射极电流，那么在同步电源的梯形波上升前沿发射极就与基极直通，电容冲不上电，不能发出触发脉冲，晶闸管就全关断了。 40.单相可控整流电路供电给电阻负载或蓄电池充电（反电势负载），在控制角相同，负载 电流平 均值相等的条件下，哪一种负载晶闸管的额定电流值大一些？为什么？ 答：（ 1）反电动势负载电路中晶闸管的额定电流大一些。因为当控制角为时，电阻性负载时，晶闸管的导通角 -。 （ 2）而反电动势式负载时，当小于不导电角时， -2；当大于不导电角时，晶闸管的导通角 - - 。

23、（ 3）所以，反电动势负载时的波形系数 Kf1 大于电阻性负载时的波形系数 Kf2。当负载电流平均值相等的条件 下，反电动势负载时的晶闸管电流的有效值大于电阻性负载时的晶闸管电流的有效值。因此，反电动势负载晶闸管的额定电流大一些。 42.如图为单相桥式 SPWM 逆变器的主电路。试说明单极性控制方式在调制波 ur的负半周的控制方法和工作过程 ? 答：设 ur 为正弦调制 ， uc 为负向三角形载波，在 ur 的负半周，关断 V31、 V34、使 V32 始终受控导通，只控制 V33。在 ur uc 时，控制 V33 导通，输出电压 u0 为 Ud，在 uruc 时，使 V33 关断，输出电压为

24、 OV。 43.何谓斩波电路的直流调 压和直流调功原理？分别写出降压和升压斩波电路直流输出电压 U0电源电压 Ud的关系式 ? 答：（ 1）改变导通比 D（ Kt） 即可改变直流平均输出电压 U0 又可改变负载上消耗功率的大小，这就是斩波电路的直流调压和调功原理。 （ 2）降压斩波电路 dt0 UKU 。 （ 3）升压斩波电路K-1UUtd0 44.脉宽可调的斩波电路如图，说明电路中 V12及 L1、 C、 V22各有什么作用？ V11承受反压的时间由 哪些参数决定 ? 答：（ 1） V12 为换相辅助晶闸管。 （ 2） L1、 C、 V22 构成换相单方向半周期谐振电路， C 为换相电容 V

25、22 为单方向振荡限制二极管。 （ 3） V11 承受反压时间由 C、 L 和 R 决定。 52.晶闸管的额定电流 IT(AV)、维持电流 IH和擎住电流 IL是如何定义？ 答： 1) 在环境温度小于 40和标准散热及全导通的条件下， 晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流平均值称为通态平均电流 IV(AV)或正向平均电流，通常所说晶闸管是多少安就是指这个电流。 2）在室温且控制极开路时，维持晶闸管继续导通的最小电流称为维持电流 IH。 3）给晶闸管门极加上触发电压，当元件刚从阻断状态转为导通状态时就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称为掣住电流 IL。 53.如题图 2-21所

26、示的单相桥式半控整流电路中可能发生失控现象，何为失控，怎样抑制失控？ 1、当 a 突然增大至 180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使 ud 成为正弦半波，其平均值保持恒 定，称为失控。 增加续流二极管 VDR 时，续流过程由 VDR 完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。 54、 交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？ 答 :、效率较高（一次变流）、可方便地实现四象限工作、低频输出波形接近正弦波接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用 36 只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低。输入功率因数较低。输入电流谐波含量大，频谱复杂。 主要用于 500kW 或 1000kW 以上的大功率、低转速的交流调速电路中。目前已在轧机 主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球磨机、卷扬机等场合应用。 既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动。