华工电力电子技术平时作业2019

电力电子技术平时作业（2019年2月20日，合计37题）一、填空题（12题）1、电力变换通常分为四大类，整流、逆变、斩波、变频和变相。

2、晶闸管对触发脉冲的要求是要触发脉冲的幅度和功率达的到对所作用的可控硅有效触发、要可方便与被控的交流电周期同步，和能方便的改变同步后的延迟时间。

3、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。

4、逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧是电压源时，称此电路为___电压源型逆变电路_____，当直流侧为电流源时，称此电路为__电流源型逆变电路______。

5、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，采用__ 规则采样法___来代替上述方法，在计算量大大减小的情况下得到的效果接近真值。

6、常用的晶闸管有_普通型单向导通的晶闸管___式、__普通型双向导通的晶闸管___式两种。

7、单相半控桥整流电路，带大电感性负载，晶闸管在__ 触发 ____时刻换流，二极管则在_ _电源电压过零点_____时刻换流。

8、过电压产生的原因_ _浪涌电压______、__操作过电压______，可采取__ 阻容吸收、__晒推___、压敏电阻保护。

9、变频电路所采取的换流方式_ 自然换流_、__ 负载换流__、_ 强迫换流_____。

10、门极可关断晶闸管主要参数有_ 最大可关断阳极电流IATO 、__、__。

11、电力变换通常分为四大类，即__ 整流、_逆变_______、__ 直流斩波、___交流变交流__。

12、斩波器是在接在恒定直流电源和负载电路之间，用于_ 改变加到负载电路上的直流电压平均值的一种电力电子器件变流装置。

二、简答题(18题)1.使晶闸管导通的条件是什么？维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：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以下。

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。

2.晶闸管的触发脉冲要满足哪些要求？答：一：触发脉冲信号要有足够大的电压和功率二：门极正向偏压越小越好三：脉冲的前沿要陡、宽度应满足要求四：满足主电路移相范围的要求五：脉冲必须与晶闸管的阳极电压取得同步3.实现有源逆变必须满足哪些必不可少的条件？答：1、实现有源逆变必须外接一直流电源，其方向与晶闸管电流方向相同，其数值要稍大于逆变桥电压，才能提供逆变能量。

另外变流器必须工作在β<90?，（α>90?）区域，Ud<0，使才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。

4.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.当输出交流电压和电流的极性相同时,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,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管.5.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：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。

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。

6.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：固定频率调脉宽，固定脉宽调频率，调频调宽7.单极性和双极性PWM调制有什么区别？答：三角波作为载波，在信号波正弦波的正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的S PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性SPWM控制方式。

若三角波始终是有正有负为双极性的，所得的S PWM 波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性SPWM控制方式。

8.什么是逆变失败？逆变失败后有什么后果？形成的原因是什么?答：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。

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。

9.什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：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β等。

10.换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。

全控型器件采用此换流方式。

电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。

负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。

强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。

通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。

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。

11.软开关电路可以分为哪几类？答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类。

12.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缺点？答：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。

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。

缺点是：正负半周脉冲数不相等，对称性差。

因此，希望采用较高的载波频率，以克服在信号频率较高时仍能保持较大的载波比。

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。

缺点是：当逆变频率较低时，载波频率也很低，造成调制谐波不易滤除；逆变频率较高时，调制载波频率也过高，使开关器件的开关频率过高而难以承受。

13.PWM控制的基本原理是什么？答：脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。

也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。

按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

14、什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？答：异步调制指载波信号和调制信号不保持同步关系;同步调制指载波比m等于常数，并在变化频率时使载波信号和调制信号保持同步的调制方式。

采用异步调制输出，要尽量提高载波频率，使调制信号频率较高时仍能保持较大的载波比，从而改善输出特性;采用同步调制时，在逆变电路输出频率低时，如果负载为电动机，会有较大的噪声，影响电动机性能！15、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同？答：1）三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要带电抗器。

2）当变压器二次电压有效值U2相等时，双反星形电路的整流电压平均值Ud是三相桥式电路的1/2，而整流电流平均值Id是三相桥式电路的2倍。

3）在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压ud和整流电流id的波形形状一样。

16、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。

17、在移相全桥零电压开关PWM 电路中，如果没有谐振电感Lr ，电路的工作状态将发生哪些变化，哪些开关仍是软开关，哪些开关将成为硬开关？答：如果没有谐振电感Lr,电路中的电容CS1,C S2与电感L 仍可构成谐振电路,而电容C S3,C S4将无法与Lr 构成谐振回路,这样,S3、S4将变为硬开关，S1、S2仍为软开关。

18.如何防止电力MOSFET 因静电感应应起的损坏？ 答：电力MOSFET 的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。

MOSFET 的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过 20的击穿电压，所以为防止MOSFET 因静电感应而引起的损坏，注意以下几点：① 一般在不用时将其三个电极短接；② 装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必须接地；③ 电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高④ 漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。

一定要采用严格有效又好亚通的仪器检测再进行试验，保证成功率！三．计算题绘图 （7题）1. 如图所示的降压斩波电路中，已知E=100V ，R=10Ω，L 值极大，E M =30V ，T=50μs ，ton=20μs ，计算输出电压平均值Uo ，输出电流平均值Io 。

M L R E M u O i O+- 解：Uo= ton/T*E=20/50*200=80V Io= (Uo- E M )/ R=5A2. 在图示升压斩波电路中，已知E=50V ，负载电阻R=20Ω，L 值和C 值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40µs ，t on =25µs 时，计算输出电压平均值U 0，输出电流平均值I 0。