电力电子技术期末考试试题与答案

电力电子技术期末考试试题与答案内容摘要：

单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 22 U2。 三相半波可控整流电路中，晶闸管 承受的最大反向电压为 6 U2。 （电源相电压为 U2） 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 大于 60186。 小于 120186。 的宽脉冲 触发；二是用 脉冲前沿相差 60186。 的双窄脉冲 触发。 在同步电压为锯齿波的触发电路中，锯齿波底宽可达 240186。 度；实际移相才能达 0186。 180 186。 度。 软开关电路种类很多，大致可分成 零电压 电路、 零电流 电路两大类。 逆变器环流指的是只流经 两组反并联的逆 变桥 、而不流经 负载 的电流，环流可在电路中加 采用串联电抗器 来限制。 绝缘栅双极型晶体管是以 电力场效应晶体管栅极为栅极 作为栅极，以 以电力晶体管集电极和发射极 作为发射极与集电极复合而成。 晶闸管的图形符号是 ，三个电极分别是 阳极 A、 阴极 K 、和 门极 G ，双向晶闸管的图形符号是 ，它的三个极分是 第一阳极 T 第二阳极 T和 门极 G。 从晶闸管开始承受正向电压起到晶闸管导通之间的电角度称为 控制 角，用 α 表示。 同步电压为锯齿波的触发电路锯齿波底宽可达 240186。 度；正弦波触发电路的理想移相范围可达 180186。 度，实际移相范围只有 150186。 一般操作过电压都是瞬时引起的尖峰电压，经常使用的保护方法是 阻容保护 而对于能量较大的过电压，还需要设置非线性电阻保护，目前常用的方法有 压敏电阻 和 硒堆。 交流零触发开关电路就是利用 过零触发 方式来控制晶闸管导通与关断的。 四、问答分析题 在晶闸管两端并联 R、 C 吸收回路的主要作用有哪些。 其中电阻 R的作用是什么。 答：（ 1） R、 C 回路的作用是：吸收晶闸管瞬间过电压，限制电流上升率， 动态均压作用。 （ 2） R 的作用为：使 L、 C 形成阻尼振荡，不会产生振 荡过电压，减小晶闸管的开通电流上升率，降低开通损耗。 、 由下面单结晶体管的触发电路图画出各点波形。 答： 实现有源逆变必须满足哪两个必不可少的条件。 答：（ 1）直流侧必需外接与直流电流 Id 同方向的直流电源 E，其数值要稍大于逆变器输出平均电压 Ud，才能提供逆变能量。 （ 2）逆变器必需工作在β 90186。 （ α90186。 ）区域，使 Ud 0,才能把直流功率逆变 为交流功率返送电网。 晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求。 答：（ 1） 触发信号应有足够的功率。 （ 2） 触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 （ 3） 触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。 PWM 逆变电路的控制方法主要有哪几种。 简述异步调制与同步调制各有哪些优点。 答：（ 1） PWM逆变电路的常用控制方法有两种，一是计算法；二是调制法。 其中调制法又可分为两种，一是异步调制法；二是同步调制法。 （ 2）通常异 步调制法是保持载波频率不变，信号频率根据需要而改变时，载波比是变化的。 优点是：信号频率较低时载波比较大，一周期内脉冲数较多，输出较接近正弦波。 （ 3）同步调制时，保持载波比为常数，并在变频时使载波和信号波保持同步变化。 优点是：信号波一周内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的，对称性好。 什么是逆变失败。 逆变失败后有什么后果。 形成的原因是什么 答：（ 1）逆变失败指的是：逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件末关断，该导通的器件末导通。 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。 （ 2）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。 （ 3）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。 根据对输出电压平均值进行控制的方法不同，直流斩波电路可有哪三种控制方式。 并简述其控制原理。 答：（ 1）第一种调制方式为：保持开关周期不变，改变开关导通时间 ton称为脉宽调制。 简称“ PWM”调制。 （ 2）第二种调制方式为：保持开关导通时间 ton不变，改变开关周期，称为频率调制。 简称为“ PFM”调制。 （ 3）第三种调制方式为：同 时改变周期 T 与导通时间 ton。 使占空比改变，称为混合调制。 电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么。 答：电压型逆变器当交流侧为阻感性负载时，需要向电源反馈无功功率。 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，逆变桥各臂开关器件都反并联了反馈二极管。 对晶闸管的触发电路有哪些要求。 答：为了让晶闸管变流器准确无误地工作要求触发电路送出的触发信号应有足够大的电压和功率；门极正向偏压愈小愈好；触发脉冲的前沿要陡、宽度应满足要求；要能满足主电路移相范围的要求；触发脉冲必 须与晶闸管的阳极电压取得同步。 正确使用晶闸管应该注意哪些事项。 答：由于晶闸管的过电流、过电压承受能力比一般电机电器产品要小的多，使用中除了要采取必要的过电流、过电压等保护措施外，在选择晶闸管额定电压、电流时还应留有足够的安全余量。 另外，使用中的晶闸管时还应严格遵守规定要求。 此外，还要定期对设备进行维护，如清除灰尘、拧紧接触螺钉等。 严禁用兆欧表检查晶闸管的绝缘情况。 晶闸管整流电路中的脉冲变压器有什么作用。 答：在晶闸管的触发电路采用脉冲变压器输出，可降低脉冲电压，增大输出的触 发电流，还可以使触发电路与主电路在电气上隔离，既安全又可防止干扰，而且还可以通过脉冲变压器多个二次绕组进行脉冲分配，达到同时触发多个晶闸管的目地。 晶闸管的过电流保护常用哪几种保护方式。 其中哪一种保护通常是用来作为 “ 最后一道保护 ” 用。 答：晶闸管的过电流保护常用快速熔断器保护；过电流继电器保护；限流与脉冲移相保护和直流快速开关过电流保护等措施进行。 其中快速熔断器过电流保护通常是用来作为 “ 最后一道保护 ” 用的。 五、计算题 指出下图中①～⑦各保护元件及 VD、 Ld 的名称和作用。 解： ①星 形接法的硒堆过电压保护； ②三角形接法的阻容过电压保护； ③桥臂上的快速熔断器过电流保护； ④晶闸管的并联阻容过电压保护； ⑤桥臂上的晶闸管串电感抑制电流上升率保护； ⑥直流侧的压敏电阻过电压保护； ⑦直流回路上过电流快速开关保护； VD 是电感性负载的续流二极管； Ld 是电动机回路的平波电抗器； 在下面两图中，一个工作在整流电动机状态，另一个工作在逆变发电机状态。 （ 1）、标出 Ud、 ED及 id的方向。 （ 2）、说明 E与 Ud的大小关系。 （ 3）、当α与β的最小值均为 30 度时，控制角α的移向范围 为多少。 解： 整流电动机状态： 电流方向从上到下，电压方向上正下负，反电势 E 方向上正下负， Ud 大于 E，控制角的移相范围 0176。 ~90176。 逆变发电机状态： 电流方向从上到下，电压 Ud方向上负下正，发电机电势 E 方向上负下正， Ud 小于 E，控制角的移相范围 90176。 ~150176。 3. 单相桥式全控整流电路， VU 1002  ，负载中 2R ， L 值极大，当 30 时，要求： （ 1）作出 du 、 di 和 2i 的波形； （ 2）求整流输出平均电压 dU 、平均电流 dI ，变压器二次电流有效值 2I ； 解：（ 1）作图。 （ 2）  2UU d  当 30 时， VUU d 7830c o o 2   ARUI dd 39278  AII d 392  4. 在图 1 所示的降压斩波电路中，已知 VE 200 ， 10R ， L 值极大， VEM 30。 （ 1）分析斩波电路的工作原理；（ 2）采用脉宽调制控制方式，当 sT 50 ， ston 20 时，计算输出电压平均值 oU 、输出电流平均值 oU。 解：（ 1）参考书上简要说明。 （ 2）根据公式得 VETtEtt tU ono f fon ono 802020020  AR EUI MOo 510 3080  三、填空 （每空 1 分 ,共 30分） 请在空格内标出下面元件的简称：电力晶体管 GTR ；可关断晶闸管 GTO ；功率场效应晶体管 MOSFET ；绝缘栅双极型晶体管 IGBT ； IGBT 是 MOSFET 和 GTR 的复合管。 晶闸管对触发脉冲的要求是 要有足够的驱动功率 、 触发脉冲前沿要陡幅值要高 和 触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。 多个晶闸管相并联时必须考虑 均流 的问题，解决的方法是 串专用均流电抗器。 在电流型逆变器中，输出电压波形为 正弦 ，输出电流波形为 方波。 型号为 KS1008 的元件表示 双向晶闸管 、它的额定电压为 800 伏、额定有效电流为 100 安。 180176。 导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在 _ 同一桥臂 上的上、下二个元件之间进行；而 120186。 导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在 _ 不同桥臂 上的元件之间进行的。 当温度降低时，晶闸管的触发电流会 增加 、正反向漏电流会 下降 ；当温度升高时，晶闸管的触发电流会 下降 、正反向漏电流会 增加。 在有环流逆变系统中，环流指的是只流经 逆变电 源 、 逆变桥 而不流经 负载 的电流。 环流可在电路中加 电抗器 来限制。 为了减小环流一般采用控制角α 大于 β的工作方式。 常用的过电流保护措施有 快速熔断器 、 串进线电抗器 、 接入直流快速开关 、 控制快速移相使输出电压下降。 （写出四种即可） 双向晶闸管的触发方式有 Ⅰ + 、 Ⅰ 、 Ⅲ＋ Ⅲ 四种。 1双向晶闸管的触发方式有： I+ 触发：第一阳极 T1 接 正 电压，第二阳极 T2接 负 电压；门极 G 接 正 电压，T2 接 负 电压。 I 触发：第一阳极 T1接 正 电压，第二阳极 T2 接 负 电压；门极 G接 负 电压， T2 接 正 电压。 Ⅲ +触发：第一阳极 T1 接 负 电压，第二阳极 T2 接 正 电压 ,门极 G 接 正 电压， T2 接 负 电压。 Ⅲ 触发：第一阳极 T1接 负 电压，第二阳极 T2接 正 电压；门极 G 接 负 电压， T2接 正 电压。 1由晶闸管构成的逆变器换流方式有 负载 换流和 强迫（脉冲） 换流。 1按逆变后能量馈送去向不同来分类，电力电子元件构成的逆变器可分为 有源 逆变器与 无源 逆变器两大类。 1有一晶闸管的型号为 KK200－ 9，请说明 KK 快速晶闸管 ； 200表示表示 200A ， 9表示 900V。 1单结晶体管产生的触发脉冲是 尖脉冲 脉冲；主要用于驱动 小 功率的晶闸管；锯齿波同步触发电路产生的脉冲为 强触发脉冲 脉冲；可以触发 大 功率的晶闸管。 1一个单相全控桥式整流电路，交流电压有效值为 220V，流过晶闸管的电流有效值为 15A，则这个电路中晶闸管的额定电压可选为   V22 倍 ；晶闸管的额定电流可选 为   倍。 1为了减小变流电路的开、关损耗，通常让元件工作在软开关状态，软开关电路种类很多，但归纳起来可分为 零电压电路 与 零电。