11级电力电子技术复习.docx
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11级电力电子技术复习
11级电力电子技术复习
一考试题型及分数分配
1判断题（20分）（10〜20题）（面大，全书）
2选择题（20分）（10〜20题）（内容稍深、稍细）
3填空题（10分）（10〜20题）（面大，全书）
3问答题（5〜10分）两小题
4证明题（10分）（BUCK和BOOS■电路）要求掌握开关型非线性电路的分段式波形分析方法，掌握开通和关断时的等效电路画法及输出电压及电流计算公式的推导方法。
根据电压型逆变器的工作原理，建立等效电路，分析1800导通角相电压和线电压的关系。
掌握SPWM波形的规则化采样法，会用相似三角形原理证明教材P170式7-6〜式7-9。
5画图分析计算题（25〜35分）（侧重晶闸管单相及三相整流电路带电阻电感负载、BUCK
及BOOS■斩波电路）
电力电子技术复习（判断、选择、填空）题例
（一）判断题（正确打“V”，错误打“X”）
电力电子器件
1给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。
（X）
2晶闸管导通后其电流趋向无穷大。
（X）
3已经导通的晶闸管恢复阻断的唯一条件是AK极电源电压降到零或反向。
（X）
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。
使导通了的晶闸管关断的条件是使流过晶闸管的电流减小至一个小的数值，即维持电流IH一下。
其方法有二：
1、减小正向阳极电压至一个数值一下，或加反向阳极电压。
2、增加负载回路中的电阻。
4晶闸管并联使用时，必须采取均压措施。
均流（X）
5晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。
均压（X）
6触发普通晶闸管的触发脉冲，也能触发可关断晶闸管。
（X）
7双向晶闸管与普通晶闸管一样，额定电流也用通态电流平均值示。
（X）
2整流电路及功率因数
1单相半波带阻感负载时无续流二极管时的整流电压幅值比有续流二极管时大。
一样
（X）
2在单相全控桥整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。
有正向和反
向（X）
3在单相桥式全控整流电路中，带大电感负载，不带续流二极管时，输出电压波形中没有负面积。
（X）有
4在单相全控桥式整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。
要计算（X）
5单相全控晶闸管整流电路中，带电感性负载，没有续流二极管时，导通的晶闸管在电源电
压过零时不关断。
（V）
6三相半波可控整流电路也必需要采用双窄脉冲触发。
（X）
7在三相半波可控整流电路中，电路输出电压波形的脉动频率为300Hz。
（X）
8在三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反压为•二倍相电压山线电压根号6U2P55
（X）
9三相半波可控整流电路中，如果三个晶闸管采用同一组触发装置，则a的移相范围只有
120°。
0~150（V）
10三相半波可控整流电路，不需要用大于60o小于120o的宽脉冲触发，也不需要相隔60o
的双脉冲触发，只用符合要求的相隔120o的三组脉冲触发就能正常工作。
P58（V）
11三相半波晶闸管整流电路带电阻负载和带大电感负载时整流电压的表达式相同。
（X）
12在三相桥式全控整流电路中，采用双窄脉冲触发晶闸管元件时，电源相序还要满足触发电路相序要求时才能正常工作。
（V）
13三相桥式全控整流电路，输出电压波形的脉动频率是150Hz。
（X）
14三相桥式晶闸管整流电路给直流电动机供电时无需加平波电抗器。
要（X）
15晶闸管整流电路给直流电动机供电时直流侧串接平波电抗器可减小电流的脉动并延长晶
闸管导通的时间。
（V）
16移相控制角越大，整流电路的功率因数越低。
（V）
17对一整流变压器所供的整流电路直流负载电流恒定时，移相控制角越大，则整流电路的
换相重叠角越大小。
（X）有范围
18在相同的移相控制角下，三相桥式晶闸管整流电路带电阻负载和带大电感负载时整流电
压的波形相同。
（X）
19晶闸管换相是瞬时完成的。
（X）
20整流变压器漏感越大，换相重叠角就越大。
（V）
21晶闸管整流器负载越大，换相重叠角就越大。
（V）
22二极管单相桥式整流器带电容滤波时输出电压平均值小于1.4U2,大于0.9U2,—般在
1.2U2o（V
23变流装置其功率因数的高低与电路负载阻抗的性质，无直接关系。
（V）
24考虑电感时电容滤波的三相桥式二极管整流电路交流侧电流波形与负载无关。
（X）
25电力电子装置要消耗无功功率会导致设备容量增大，会导致电网线路压降增大。
（V）
26电力电子谐波会引起电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大。
（V）
27电力电子谐波会导致继电保护的误动作。
（V）
28含有谐波的非正弦电路中的无功功率的定义与正弦电路定义相同。
（X）
29含有谐波的非正弦电路中的无功功率包括两部分：
基波电流产生的无功功率和谐波电流产生的无功功率。
（V）
30在变流装置系统中，增加电源的相数也可以提高电网的功率因数。
（V）
31触发电路的定相是指触发电路的工作频率与主电路电源的频率一致。
还应保证每个晶闸
管触发脉冲与晶闸管的交流电压相位固定正确。
（V）
32同步电压RC滤波电路可防止电网电压波形畸变对触发电路带来的干扰。
（V
33只要采用双窄脉冲触发三相桥式全控整流电路的晶闸管，电路就能正常工作。
（X）
34为使三相桥式整流电路能可靠工作，必须同时给前一号晶闸管补发一个辅助窄脉冲。
（V）
3逆变电路
1有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。
无源（X）
2晶闸管交交变频输出的交流电压幅值高于电网电压，频率低于电网频率。
电压不一定高于
电网（X）
3逆变失败，是因主电路元件出现损坏，触发脉冲丢失，电源缺相，或是逆变角太小造成的。
（V）
4变频调速装置是属于无源逆变的范畴。
（V）
5有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。
（V）
6供电电源缺相、逆变桥元件损坏、逆变换流失败等故障。
也会引起逆变失败。
（V）
7电压型逆变电路，为了反馈感性负载上的无功能量，必须在电力开关器件上反并联反馈二
极管。
（V）
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。
（
V
）
9提高电力电子装置的工作频率，可以使电力电子装置的体积和重量减小。
（
V）
10无源逆变电路，是把直流电能逆变成交流电能，送给电网。
（
X
）
11无源逆变指的是不需要逆变电源的逆变电路。
（X
）
12逆变角太小会造成逆变失败。
（V
）
13有源逆变电路是把直流电能变换成50Hz交流电能送回交流电网。
（
V
）
14无源逆变电路是把直流电能逆变成交流电能送给交流电网。
（
X
）
15并联谐振式晶闸管逆变电路米用负载换相方式工作。
（V
）
16并联谐振晶闸管逆变电路要求负载电流超前于电压。
（
V）
17并联谐振晶闸管逆变电路的负载电压接近正弦波。
（V
）
18并联谐振晶闸管逆变电路常用于感应加热。
（V）
19电流型串联二极管式晶闸管逆变电路输出的电流波形是正弦波。
近似，实际为方波
（X）
20电流型串联二极管式晶闸管逆变电路中晶闸管的换流方式为强迫换流。
（V）
4直流斩波电路
1直流斩波电路只能实现降低输出直流电压的作用（X）
2晶闸管交交变频输出的交流电压频率高于电网频率。
X
3交直交变频器包括整流器和逆变器二部分由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成
。
（V）
4带隔离的开关电源包括交流-直流和直流-交流-直流等电路。
（V）
（二）选择题
1将直流电能转换为交流电能馈送给交流电网的变流器是（A）
A.有源逆变器B.A/D变换器
C.D/A变换器D.无源逆变器
2由门极控制导通的晶闸管导通后，门极信号（A）。
A.失去作用B.需维持原值
C.需降低D.需提高
3大电感负载三相全控桥式整流电路输出电流平均值表达式为（C）
JiRnR
4全控桥式变流器直流电动机卷扬机拖动系统中，若使重物在某一高度停住时，则变流器的
工作状态是（A）
A.有源逆变
B.无源逆变
C.整流
D.临界状态
2
5晶闸管过电压保护的兀器件是（B）
A.快速熔断器
C.快速开关
6在直流BOOS斩波电路中，电源电压期和开关导通时间分别为T、Ton
B.RC电路
D.电抗器
Ud与负载电压平均值UO之间的关系是（C）,设开关周
A.U。
T
C.UoUd
T—Ton
T—Ton..
B.Ud二tUo
t
D.UdUo
T—Ton
7SPWM逆变器的特点是（A）
SPWM逆变器具有以下主要特点：
（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节
滤波器参数的影响。
（2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输岀电压波形，低次谐波减少，在电
气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。
（3）组成变频器时，主
电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输
岀电压大小无关。
A.逆变电路既变压又变频B.整流器变压、逆变器变频
C.直流侧电压有脉动D.系统响应慢
（C）。
B.三角波频率
D.正弦调制波的频率
U=20V,负载电压U=10V管子开通时间为2ms,则斩波周
8若要增大SPWM逆变器的输出电压基波幅值，可增大
A.三角波幅值
已知电源电压
C.正弦调制波的幅值9降压斩波电路中，期为（D）。
当控制角a、交流电源电压和负载相同时，单相全控桥式整流电路的功率因数是单相半波整流电路的功率因素的
16带电感性负载的三相半波整流电路，晶闸管a的移相范围为（A）
A.0。
〜90°B.0。
〜180°
C.0。
〜120°D.0。
〜150°
17由于变压器漏抗的影响，在换相期间，整流输出电压值为参与换相的两相相电压之和的
（A）
A.1/2B.1/3
C.2D.1/418能在两象限运行的晶闸管整流电路为
A.单相全控桥式电路B.
19当晶闸管串联时，为实现动态均压，可在各个晶闸管两端并联（D）
A.RB.L
22直流斩波电路的控制方式有
A.垂直控制和横向控制
C.时间比控制和瞬时值控制
（三）填空题（将答案写在答题页相应的表格中）
1.电力电子器件一般工作在_开关_状态。
2.在如下器件：
电力二极管（PowerDiode）、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（PowerMOSFE）绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于不可控器件的是PowerDiode，属于半控型器件的是_SCR_属于全控型器件的是
GTO、GTR、电力MOSFETIGBT;在可控的器件中，容量最大的是_SCR_工作频率最高的是电力MOSFET,属于电压驱动的是电力MOSFETIGBT，属于电流驱动的是SCR、GTO、GTR。
3.阻感负载的特点是—流过电感的电流不能突变_,.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，a角移相范围为_180度（0°〜180°、_,单只晶闸管所承受的最大正向电压
和反向电压分别为"2U2/2和丄竺_；带阻感负载时，a角移相范围为90度（0°〜
90°）—，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为
电动势一电阻负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个电抗器。
4.对于可控整流电路，换相重叠角的影响，将使输出电压平均值降低（减小）。
5.三相桥式全控整流电路中的六只晶闸管的触发脉冲相位依次互差60度：
同一相上下
两个桥臂上两只晶闸管的触发脉冲相位相差180度;共阴极组或共阳极组相邻晶闸管
的触发脉冲相位互差120度。
6.可控整流电路中，换流重叠角丫随着变压器二次侧漏感的增加而增加（升高），随着
负载电流Id的减小而减小（降低）。
7.晶闸管相控整流电路的功率因数与基波因数（畸变因数）、位移因数有关；三相桥
式全控整流电路交流侧电流中所含的谐波成分为6k土1次次谐波。
若已知一单相桥
式全控整流电路中所含5次谐波的有效值为7A,则该电路中所含7次谐波的有效值为_5A。
&交流调压电路通常采用相位控制方式;交流调功电路采用通断周期（周波）控制方式。
9.把直流电变成交流电的电路称为_逆变电路_，当交流侧接入交流电网时称为_有源逆变_，当交流侧接负载时称为_无源逆变_。
10.逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧并联大电容时，称此电路为_电
压型逆变电路_;当直流侧串联大电感时,称此电路为—电流型逆变电路_。
11.根据载波和调制信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为—同步调制_和_异步调制。
一般为综合两种方法的优点，采用分段同步调制的方法，在低频输出时采用较高_载波比，在高频输出时采用_较低_载波比。
12.在正弦波和三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断，这种生成SPWM波形的方法称—自然采样法—，实际应用中，通常采用_规则采样法_来代替上述方法，在计算量大为减小的情况下得到的效果能够满足工程需要。
13.电流型逆变器中间直流环节贮能元件是电感。
14.电压型逆变器中间直流环节贮能元件是电容。
15.普通晶闸管属于半控器件，在整流电路中，门极的触发信号控制晶闸管的开通，晶闸管的关断由交流电源电压实现。
16.换相重叠角丫与控制角a、变压器漏抗和负载电流有关。
17已知三相桥式晶闸管整流电路如图所示：
hr
（1）试写出图中1-5个器件的名称及作用
（2）指出图中晶闸管的导通顺序，并说出理由
答：
（1）1整流变压器二次绕组，其作用是隔离，变压
2快速熔断器，其作用是短路电流保护
3阻容吸收电路，其作用是晶闸管换相过电压保护
4压敏电阻，其作用是直流侧过电压保护
5电抗器，限制电流脉动
（2）135
462
理由是同步
18.IGCT的英文全文是IntegratedGate-CommutatedThyristor
;中文意思是集成门极换流晶闸管
19IGBT的英文全文是Insulatedgatebipolartransistor
中文意思是绝缘栅双极型晶体管
20TCF是指晶闸管控制电抗器。
21TSC是指晶闸管投切电容器。
三计算题与问答题例
计算题、问答题与教材作业类似。
3-3*.单相桥式全控整流电路，U2=100V,负载中R=2Q,L值极大，当a=30°时，要求:
1作出Ud、id、和i2的波形；
2求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值12；
3考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解：
□
a
■
0
-倉
②输出平均电压5、电流Id,变压器二次电流有效值丨2分别为
Ud=0.9U2cosa=0.9X100Xcos30°=77.97（V）
Id=5/R=77.97/2=38.99（A）
I2=Id=38.99（A）
③晶闸管承受的最大反向电压为:
考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为:
Un=（2~3）X141.4=283~424（V）
具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
流过晶闸管的电流有效值为:
晶闸管的额定电流为:
In=（1.5~2）X27.57/1.57=26~35（A）
具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
3-5.单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Q,L值极大，反电势E=60V,当：
=30
时，要求：
1作出出、id和i2的波形；
2求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值12；
3考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解：
①Ud、id和i2的波形如下图：
2整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值12分别为
Ud=0.9U2cosa=0.9X100Xcos30=77.97（A）
Id=（Ud—E）/R=（77.97-60）/2=9（A）
12=Id=9（A）
3晶闸管承受的最大反向电压为：
2U2=1002=141.4（V）
流过每个晶闸管的电流的有效值为：
Ivt=Id/-2=6.36（A）
故晶闸管的额定电压为：
Un=（2~3）X141.4=283~424（V）
晶闸管的额定电流为：
In=（1.5~2）X6.36/1.57=6~8（A）
晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
3-13.三相桥式全控整流电路，U2=100V,带电阻电感负载，R=5Q,L值极大，当：
=60时,
要求：
1画出Ud、id和ivT1的波形;
2计算Ud、Id、IdT和IvT。
解：
①Ud、id和ivT1的波形如下：
②Ud、Id、IdT和IVT分别如下
Ud=2.34U2COS：
=2.34X100Xcos60°曰17（V）
Id=Ud/R=117/5=23.4（A）
Idvt=Id/3=23.4/3=7.8（A）
Ivt=Id/，l；=23.4/,1；=13.51（A）
要求能画出整流电压波形，任意一只晶闸管AK两端电压波形。
采用窄脉冲触发时，正确理解必须给前一号晶闸管发补脉冲的理由。
3-17使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？
答：
条件有二：
①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；②要求晶闸管的控制角〉-■:
/2，使Ud为负值。
注意逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者
使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的
短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。
防止逆变失败的方法有：
采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，
留出充足的换向裕量角卩等。
、/?
/?
——
3-18带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：
适用于低电压、大电流的场合。
二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻，分别接成两组三相半波电路。
二次侧两绕组的极性相反，可消除铁芯的直流磁化。
平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时导电。
与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可大一倍。
第3章直流斩波电路
本章是本课程的重点内容之一。
对BUCKBOOSTCUK电路的工作原理应能正确分析。
尤其
是输出电压和输入电压的关系会推导。
分析的关键在于开、关的等效电路和电感L的作用。
1.降压斩波电路如图7所示，设电感足够大可使输出电流连续，要求在图8中给出的栅源
证：
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
.x£
电，u°=0。
一个周期内的平均电压U='r。
输出电压小于电源电压，起到降压
的作用。
证明*:
画出开通时的等效电路，写出ton时输出电压表达式；画出关断时等效电路写出toff
时输出电压表达式；再求一个周期的平均电压。
1T导通时，等效电路如图b所示
电感上的电压为
Ul二Ud-Uo二L也
dt
I,上升到I2,则有
假定Ud,U。
不变，电感电流按直线规律从
Ud-Uo二二或tonton
iL从12下降到I1,则有U。
二L1或toff
厂1•
1
n上K
VV
1
\T
式中的八-亡--
证明提示：
假定关断时等效电路图,即可求证。
计算题见教材作业。
BOOST电路图如右图所示，试画出开关
Uo=Ud/（1-D）E（D=Ton/T,UI=Ldi/dt
感L值很大，电容C值也很大。
证：
假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。
当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为丨1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值U。
设V处于通态的时间为ton，此
阶段电感L上积蓄的能量为I邛二。
当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。
设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为。
当电
路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即：
化简得:
，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。
L、C很大，画出导通时等效电路图，写出电感L上的能量表达式；画出
写出L释放的能量表达式；再根据一个周期T内L上的能量平衡方程式
5试推导三相电压型逆变电路开关状态下的等效电路并写出相电压和线电压表达式及波形。
P104
b）
c）
d）
e）
D
g）
h）
c
b
a
Vah
VBN
vCH
Vab
Vbc
Vqa
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2V23
-Vdo/3
-Vk/3
Vk
0
-Voc
0
1
0
2VDt/3
-V^/3
g
Vne
0
0
1
1
%R
J2
-2VK/3
0
Vbc
-Vpc
1
0
0
-Vdc/3
-Vqc/3
Mc/3
0
-Vqc
Vqc
1
0
1
Vdc73
-2Vk/3
Vdc/3
vK
-vK
0
1
1
0
-2Vdc/3
Vqc/3
7曲
-Voc
0
Vdc
1
1
1
0
0
0
0
0
0
三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度
1,T
、'Tcc（1-asin匕）
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