电力电子技术复习题.doc

第一章1.1 以下关于电力电子技术说法正确的是：ABCD。A. 电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术；B. 电力电子技术就是电力电子电子器件对电能进行变换和控制的技术；C. 电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术；D. 电力电子技术与信息电子技术有本质区别。1.2 简述电力电子技术与信息电子技术的本质区别。答：信息电子技术主要用于信息处理，电力电子技术主要用于电力变换。第二章2.1 电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路，称为主电路。电力电子器件可直接用于主电路中，实现电能的变换或者控制。2.2 电力电子器件可分为电真空器件（含真空管，汞弧整流器和闸流管）和半导体器件两大类。2.3 与信息电子器件相比，电力电子器件的一般特征主要有：ABCD。A. 处理电功率强；B. 一般都工作在开关状态；C. 往往需要由信息电子电路来控制；D. 工作时自身的功率损耗大，需要安装散热器。2.4 电力电子器件的损耗主要包括：通态损耗、断态损耗、开关损耗，其中，通态损耗是器件损耗的主要成因，但是当器件开关频繁时，开关损耗可能成为器件损耗的主要因素。2.5 电力电子系统的主要组成部分：主电路，控制电路，驱动电路，保护电路。2.6 按照器件能够被控制信号所控制的程度，电力电子器件可分为半控型器件（代表器件是晶闸管），全控型器件（代表器件是IGBT，电力MOSFET），不可控器件（代表器件是电力二极管）。2.7 根据驱动电路施加在电力电子器件控制端和公共端之间有效信号的波形，电力电气器件可分为脉冲触发型和电平控制型。晶闸管、GTO属于脉冲触发型器件，电力MOSFET，IGBT属于电平控制型器件。2.8. 电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N-区，使得电力二极管可以承受很高的电压而不致被击穿，但是也导致其正向导电性不好，这个矛盾可通过电导调制效应来解决。2.9 与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得它具有耐受高电压和大电流的能力？答：垂直导电结构，在P区和N区之间增加了低掺杂N-区。2.10 晶闸管导通的条件是：UAK0且UGK0。2.11 维持晶闸管导通的条件是：IAIH2.12 使晶闸管由导通变为关断的条件：阳极阴极间去掉正向电压或者施加反向电压，增大电阻使得IAIH。2.13 教材习题2-4（a）和习题2-5（a）2.15 GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？答：A. GTO和普通晶阐管同为PNPN结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益1和2，1+2=1是器件临界导通的条件。1+21两个等效晶体管过饱和而导通，1+21不能维持饱和导通而关断；B. GTO在设计时2较大；C. GTO导通时1+2的更接近于l；D. 多元集成结构。2.16 与信息电子电路的MOSFET相比，电力MOSFET具有怎样的结构特点才具有耐受高电压和大电流的能力？答：（1）电力MOSFET大都采用垂直导电结构；（2）电力MOSFET是多元集成结构；（3）电力MOSFET多了一个N-漂移区。2.17 试列举典型的宽禁带半导体材料。基于宽禁带半导体材料材料的电力电子器件在哪些方面性能优于硅器件？答：碳化硅，氮化钾，金刚石。耐压能力强，导电性好（即通态电阻低），导热性好，热稳定性强，耐高温能力强，耐辐射能力强。2.18 使分析电力电子集成技术可以带来哪些益处？功率集成电路与集成电力电子模块实现集成的思路有何不同？答：装置体积减小，可靠性提高，使用方便，成本低，实现电能和信息的集成。功率集成电路依靠实现集成的思路是单片集成，而电力电子模块的思路是封装集成。2.19 在电力二极管、晶闸管、门极可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR、电力MOSFET及IGBT等常见的电力电子器件中，试着从不同的角度对这些电力电子器件进行分类。目前常用的全控型电力电子器件有哪些？答：按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为三类：电力二极管为不可控器件；晶闸管为半控型器件；而GTO、GTR、电力MOSFET和IGBT是全控型器件。按照驱动电路信号的性质，分为两类：晶闸管、GTO、GTR为电流驱动型器件；电力MOSFET和IGBT为电压驱动型器件。按照驱动电路信号的波形，分为两类：晶闸管、GTO为脉冲触发型器件；GTR、电力MOSFET和IGBT为电平控制型器件。第三章3.1通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。3.2 电力电子电路是非线性电路时，为了便于分析，可将电力电子器件当作理想开关器件，即通态时，其阻抗为零，断态时，阻抗为无穷大。3.3 单相半波可控整流电路变压器二次侧电流中含有直流分量，造成铁心直流磁化，变压器绕组效率降低。3.4 单相桥式全控整流电路变压器二次侧电流中不含直流分量，不存在铁心直流磁化，变压器绕组效率提高。3.5 三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上相差多少度？答：不是，相差180。3.6 三相半波可控整流电路的主要缺点在于变压器二次侧电流中含有直流分量。3.7 三相桥式全控整流电路带电阻负载时，整流电压的波形为线电压在正半周的包络线。3.8 谐波的危害主要有：降低设备的效率；影响用电设备的正常工作；引起电网局部的谐振；导致继电保护和自动装置的误动作；对通信系统造成干扰。3.9 功率因数是由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。3.10 无功功率反映了能量的流动与交换。3.11 三相桥式全控整流电路中，整流桥交流侧电流中仅含6k1次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反比，与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。3.12 把直流电转变成交流电的过程称为逆变，它与整流互为逆过程。3.13 三相桥式不可控整流电路交流侧谐波电流特点：谐波次数为6k1次，k =1，2，3；谐波次数越高，谐波幅值越小；谐波与基波的关系是不固定的。3.14 有源逆变电路与无源逆变电路的本质区别在于交流侧和电网连结。3.15 产生逆变的条件是什么？答：有直流电动势E，其极性和晶闸管导通方向（id）一致，其数值大于变流器直流侧平均电压（|E|Ud|）；晶闸管的控制角a/2，使Ud0。3.16半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压Ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势（上负下正），故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。3.17 整流和逆变的区别仅仅是控制角a的不同，0a/2时，电路工作在整流状态，/2a时，电路工作在逆变状态。3.18 整流电路的控制角逆变电路的逆变角的数值关系为+180。3.19 有源逆变电路中，当负载的有功功率Pd0，表示功率由直流电源输送到交流电源。3.20 逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流，这种情况称为逆变失败。3.21 逆变失败的原因主要有哪些？答：触发电路工作不可靠；晶闸管发生故障；交流电源缺相或突然消失；换相的裕量角不足，引起换相失败。3.22 为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于0，而且不能太小，必须加以限制。3.23 触发电路的定相就是选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。3.26 习题3-1第四章4.1 直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电（末端换流站）属于有源逆变电路的实际应用。4.2 交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等属于无源逆变电路的实际应用。4.3 变流电路的换流也叫换相，实现方式有：器件换流，电网换流，负载换流，强迫换流。4.4 电压型逆变电路的特点：(1)直流侧为电压源；(2)输出电压u0为矩形波，输出电流i0是脉动的（因负载阻抗不同而不同）；(3)阻感负载时需提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用；(4)为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。4.5 三相桥式电压型逆变电路采用180导电方式时，每次换流都是在同一相上、下两桥臂之间进行，称为纵向换流。4.6三相桥式电压型逆变电路采用180导电方式时，为防止同一相上、下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源相间短路，应采取“先断后通”。4.7 教材例题4-14.8电压型逆变电路的换流方式有器件换流，强迫换流。4.9 电流型逆变电路的特点：(1)直流侧相当于电流源；(2)交流输出电流i0为矩形波；(3)输出电压uo是脉动的（与负载有关）；(4)直流侧电感起缓冲无功能量的作用，无需给开关器件反并联续流二极管。4.10 电流型逆变电路的换流方式有负载换流，强迫换流。4.11三相桥式电流型逆变电路采用120导电方式时，每次换流都是在同一相上、下两桥臂之间进行，称为横向换流。4.12逆变电路分为外部换流和自换流两大类，外部换流包括电网换流和负载换流两种，自换流包括器件换流和强迫换流两种。4.13无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：有源逆变电路的交流侧接电网（即交流侧接有电源），而无源逆变电路的交流侧直接接负载。4.14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功率提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，否则，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功率时，电流并不反向，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。4.15 习题第五章5.1直流-直流变流电路指的是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。5.2间接直流变流电路由逆变电路、整流电路及中间变压器构成，是各种开关电源的主要结构形式。5.3斩波电路三种控制方式：脉宽调制型，调频型，混合型。5.4 例题5-15.5 例题5-35.6 习题5.7 习题第六章6.1 交流电力控制电路指的是只改变电压，电流或控制电路的通断，而不改变频率的电路。6.2 交流调压电路中，在每半个周波内对晶闸管开通相位的控制，可调节输出电压的有效值。6.3 交流调功电路中，以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比值，可调节输出功率的平均值。在交流电源接通期间，负载电压电流都是正弦波，不会对电网电压电流造成谐波污染。6.4 已知单相交流调压电路的负载阻抗角为，则电阻负载时，触发延迟角的移相范围为0，阻感负载时，触发延迟角的移相范围为。6.5 三相四线制星型联接的三相交流调压电路，相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开120工作，基波和3倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。6.6三相三线制星型联接的三相交流调压电路的谐波特点：电流谐波次数为6k1(k=1，2，3，)；谐波次数越低，含量越大；没有3倍次谐波。6.7 依据单相交交变频电路原理图（图6-13），简述其工作原理。6.8 电压波形畸变，电流波形畸变和电动机转矩脉动是限制变频电路输出频率提高的主要因素，当采用6脉波三相桥式电路时，输出频率不要超过电网频率的1/31/2。6.9 交交变频电路输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率fi以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率fo有关。6.10 三相交交变频电路接线方式主要有公共交流母线进线方式和输出星形联结方式等两种。6.11 三相交交变频电路改善输入功率因数的方法有：给变频器输出叠加直流分量，采用梯形波输出方式。6.12 三相交交变频电路采用梯形波输出的益处：改善输入功率因数，提高输出电压。6.13 交交变频电路的优点：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。6.14 交-交变频电路的缺点：接线复杂；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。6.15 习题 第七章7.1 PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，基于面积等效原理。7.2 PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种，由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波，由交流电源产生的PWM波通常是不等幅PWM波。7.3 PWM波控制方法有计算法和调制法。7.4 调制法获得PWM的原理：把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过调制信号波对载波的调制得到期望的PWM波形。7.5 单极性和双极性PWM调制有什么区别？在三相桥式逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源的中点的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平？答：对于单极性PWM调制，三角载波在信号波半个周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化。对于双极性PWM调制，三角载波始终是有正有负为双极性的，所得的SPWM波形也是有正有负为双极性。在三相桥式逆变电路中，输出相电压SPWM波形有(2/3)Ud、(1/3)Ud和0共5种电平，线电压SPWM波形有Ud和0共三种电平。7.6 载波频率fc与调制信号频率fr之比称为载波比。7.7 根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制。7.8 同步调制时，载波信号和调制信号保持同步，载波比等于常数。7.9 SPWM波生成方法有自然采样法和规则采样法两种。7.10 三相桥式PWM逆变电路的三角波载波公用，三相正弦调制波相位依次差120，同一三角波周