电力电子技术考试复习资料

一、填空
1.1 电力变换可分为以下四类：交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。

1.2 电力电子器件一般工作在 开关 状态。

1.3 按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可将电力电子器件分为： 半控 型器件， 全控
型器件，不可控器件等三类。

1.4 普通晶闸管有三个电极，分别是 阳极 、 阴极 和 门极
1.5 晶闸管在其阳极与阴极之间加上 正向 电压的同时，门极上加上 触发 电压，晶闸管就导通。

1.6 当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性解发电压，管子都将工作在 截止 状态。

1.7 在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为 通态损耗 ，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为 开关损耗 。

1.8 电力电子器件组成的系统，一般由 控制电路 、 驱动电路 和 主电路 三部分组成 1.9 电力二极管的工作特性可概括为 单向导电性 。

1.10 多个晶闸管相并联时必须考虑 均流 的问题，多个晶闸管相串联时必须考虑 均压 的问题。

1.11 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为 电流驱动 和
电压驱动 两类。

2.1 单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角a 的最大移相范围是︒180~0。

2.1 单相桥全控整流电路中，带纯阻负载时，a 角的移相范围是︒180~0，单个晶闸管所所承受的最大反压为
22u ，带阻感负载时，a 角的移相范围是︒90~0，单个晶闸管所所承受的最大反压为22u
2.3 三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位相序依次互差︒120，单个晶闸管所承受的最大反压为26u ，当带阻感负载时，a 角的移相范围是2
~
0π
2.4 逆变电路中，当交流侧和电网边结时，这种电路称为 有源逆变电路 ，欲现实有源逆变，只能采用全控电路，当控制角2
0π
<
<a 时，电路工作在 整流 状态，
ππ
<<a 2
时，电路工作在 逆变 状态。

2.5 整流电路工作在有源逆变状态的条件是要有直流电动势和要求晶闸管的控制角2π>a ，使d U 为负值。

3.1 直流斩波电路完成的是直流到 直流 的变换。

3.2 直流斩波电路中最基本的两种电路是 升压 和 降压 。

3.3 斩波电路有三种控制方式： 脉冲宽度调制、频率调制 和 混合型 。

4.1 改变频率的电路称为 变频电路 ，变频电路有交交变频电路和 交直交变频电路 两种形式，前者又称为直接变频，后者也称为间接变频。

4.2 单相调压电路带电阻负载，其导通控制角a 的移相范围为 0~π ，随a 的增大，0u 减少 ，功率因数λ 降低 。

4.3 晶闸管投切电容器选择晶闸管投入时刻的原则是 该时刻交流电源电压就和电容器预先充电的电压相
等 。

4.4 把电网频率的交流电直接变换成可调频率电流电路称为 交交变频电路 。

4.5 交流调压的有 相位调控 和 斩控式 两种控制方式，交流调功电路的采用是 通断控制方式 。

5.1 把直流变成交流电的电路称为 逆变 ，当交流侧有电源时称 有源逆变 ，当交流侧无电源时称 无源
逆变 。

5.2 半桥逆变电路输出交流电压的幅值为d U 2
1，全桥逆变电路输出交流电压的幅值为d U 1。

5.3 三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角为︒185，各相开始导电的角度依次相差︒120，在任一时刻，有 3 个桥臂导通。

6.1 PWM 控制就是对脉冲的 宽度 进行调制的技术，依据的是 面积等效 的原理。

6.2 得到PWM 的波形方法一般有两种 计算法 和 调制法 实际中主要采用 调制法 。

6.3 SPWM 控制中，载波比是 载波频率 和 调制信号频率 的比。

二、简答
12. 什么是电力电子技术？电力变换可分为哪四类？ 答：（1）电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，也就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

（2）电力变换可分为：交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。

13. 电力电子器件是如何定义和分类？同处理信息的电子器件相比，它的特点？ 答：（1）按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：半控型器件、全控型器件和不可控器件。

（2）它的特点如下四点：
a ）能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。

b ）电力电子器件一般都工作在开关状态。

c ）电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。

d ）电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。

14. 使晶闸管导通的条件是什么？
答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：u AK >0且
u GK >0。

15. 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：（1）维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

（2）要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

16.简述晶闸管的串并联的目的？
答：串联的目的是希望各器件承受的电压相等，并联的目的是在大功率晶闸管装置中，常用多个器件并联来承担较大的电流。

2.6 无功功率和谐波对公用电网分别有那些危害？ 答：（1）无功功率（reactive power ）对电网的影响：
1）无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加； 2）无功功率增加，会使总电流增加，从而使得设备和线路的损耗增加； 3）无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。

（2）谐波对电网的影响
1）谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗。

2）谐波影响各种电气设备的正常工作。

3）谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振。

4）谐波会导致断电保护和自动装置的误动作。

5）谐波会对领近的通信系统产生干扰。

3.4．简述图a ）所示的降压斩波电路工作原理。

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t on ，由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间，u o ＝E 。

然后使V 关断一段时间t off ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，u o ＝0。

一个周期内的平均电压U o ＝
E t t t ⨯+off
on on。

输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

3.5．在图3-1a 所示的降压斩波电路中，已知E =200V ，R =10Ω，L 值极大，E M =30V ，T =50μs,t on =20μs,计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。

解：由于L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为
U o =
E T t on =
50
200
20⨯=80(V) 输出电流平均值为
I o =R E U M o -=10
3080-=5(A)
3.6．简述图3-2a 所示升压斩波电路的基本工作原理。

答：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I 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 o 。

设V 处于通态的时间为t on ，此阶段电感L 上积蓄的能量为on 1t EI 。

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t off ，则在此期间电感L 释放的能量为()off 1o t I E U -。

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：
()off 1o on 1t I E U t EI -=
化简得：
E t T
E t t t U off
off off on o =+=
式中的1/off ≥t T ，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

4.6交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？ 答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。

交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。

而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。

交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。

在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。

此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。

如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。

这都是十分不合理的。

采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。

这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。

4
.3
交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。

由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。

4.7 什么是TCR？什么是TSC？它们的基本原理是什么？各有何特点？
答：TCR是晶闸管控制电抗器，TSC是晶闸管投切电容器。

二者的基本原理如下：
TCR是利用电抗器来吸收电网中的无功功率（或提供感性的无功功率），通过对晶闸管开通角a的控制，可以连续调节流过电抗器的电流，从而调节TCR从电网中吸收的功功率的大小。

TSC则是利用晶闸管来控制手于补偿无功功率的电容器的投入和切除来向电网提供无功功率（提供容性的无功功率）。

二者的特点是：
TCR只能提供感性的无功功率，但无功功率的大小不一是连续的。

实际应用中往往配以固定电容器（FC），就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率。

TSC提供容性的无功功率，符合大多数无功功率补偿的需要。

其提供的无功功率不能连续调节，但在实用中只要分组合理，就可以达到比较理想的动态补偿效果。

4.8交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？
答：一般来讲，构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。

当交交变频电路中采用常用的6脉波三相桥式整流电路时，最高输出频率不应高于电网频率的1/3~1/2错误!未指定书签。

当电网频率为50Hz时，交交变频电路输出的上限频率为20Hz左右。

当输出频率增高时，输出电压一周期所包含的电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素
5.4 根据逆变电路的基本原理图阐述其原理，怎样调节输出电压有效值？P132
答：以单相桥式逆变电路为例，图中S1~S4是桥式电路的4个臂，他们由电力电子器件及辅助电路组成。

当S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正；当S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压u o为负。

其波形如图所示。

这样，就是直流电变成交流电，改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。

这就是逆变电路最基本的工作原理。

可采用移相方式调节逆变电路的输出电压有效值。

5.5 无源逆变电路和有源逆电路有何不同？
答：两种电路的不同主要是：
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和负载联接。

6.4 说明单极性和双极性PWM调制的区别？
答：三角波载波在信号波正半周期或负半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，称为单极性PWM控制方式。

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

6.5 简述UPS电路的基本工作原理？SPWM（PWM）控制的基本原理？
答：当市电正常时，由市电供电，市电经整流器整流为直流，再逆变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电。

同时，整流器输出给蓄电池充电，保证蓄电池的电量充足。

此时负载可得到的高质量的交流电压，具有稳压、稳频性能，也称为稳压稳频电源。

市电异常乃至停电时，蓄电池的直流电经逆变器变换为恒频恒压交流电继续向负载供电，供电时间取决于蓄电池容量的大小。

PWM 控制的基本原理。

答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。

即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

三、计算
17. 图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。

π4
π4
π2
5π4a)
b)
c)
图1-43
图1-43 晶闸管导电波形
解：a) I d1=
π21⎰π
πωω4
)(sin t td I m
=π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=
⎰
π
πωωπ
4
2)()sin (21
t d t I m =
2m I π
2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰π
πωω4)(sin t td I m =πm I (12
2+)≈0.5434 I m
I 2 =
⎰
π
πωωπ
4
2)()sin (1
t d t I m =
22m
I π
21
43+
≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20
)(π
ωt d I m
=41
I m I 3 =
⎰
20
2
)(21
π
ωπ
t d I m =
2
1 I m 18. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相
应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?
解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知
a) I m1≈4767.0I
≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48
b) I m2≈6741
.0I
≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56
c) I m3=2 I = 314, I d3=4
1
I m3=78.5
三、计算
2.7 单相桥式全控整流电路，U 2＝100V ，负载中R ＝2Ω，L 值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d 、i d 、和i 2的波形；
②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2； 解：①u d 、i d 、和i 2的波形如下图：
②输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2分别为
U d ＝0.9 U 2 cos α＝0.9×100×cos30°＝77.97（V ）
I d ＝U d /R ＝77.97/2＝38.99（A ）
I 2＝I d ＝38.99（A ）
2.8 单相桥式全控整流电路，U 2=100V ，负载中R =2Ω，L 值极大，反电势E =60V ，当=30时，要求：
① 作出u d 、i d 和i 2的波形； 解：①u d 、i d 和i 2的波形如下图：
u 2O ωt
O ωt
O ωt
u d
i d i 2
O
ωt
I d
I d
I d
π
π
α
α
➢ 单相半波可控整流电路（电阻负载）
➢ 单相半波可控整流电路（阻感负载）
0ωt 1
π2πu 2u g u d u VT
α
θ000ωωωωT
u 1
u 2
u VT
u d
d T
u 1
u 2
u VT
u d
d T
u 1
u 2
u VT
u d
i d (1)(2)(3)(1)
(2)
(3)
(1)
u 2
0ωt 1
π2πωt
ωt
ωt
ωt
ωt
u g 0u d
0i d 0
VT
0θα+
+
u 1
T
VT u 2
u VT
u d
i d
(2)
(3)
T
VT u VT
d
u 1
T
VT u 2
u VT
u d
d
u u 1
T
VT u 2
u VT
u d
d
单相半波可控整流电路
3.7．在图3-2a 所示的升压斩波电路中，已知E =50V ，L 值和C 值极大，R =20Ω，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 o ，输出电流平均值I o 。

解：输出电压平均值为：
U o =
E t T off =5025
4040⨯-=133.3(V) 输出电流平均值为：
I o =
R U o =20
3
.133=6.667(A) 4.9 一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看成电阻负载，在0=a 时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%、50%时的开通角a 。

解：0=a Θ
20U U = max 2
000P R
U I U P ===
∴max 18.0P P =
8.02sin 218.0201=-+⇒=⇒π
ππa
a U U
︒=⇒5.601a ∴max 25.0P P =
8.02sin 218.0202=-+⇒=⇒π
ππa
a U U
︒=⇒902a
附加：第2章 计算题
13．三相桥式全控整流电路，U 2=100V ，带电阻电感负载，R =5Ω，L 值极大，当=60时，要求：
① 画出u d 、i d 和i VT1的波形； ② 计算U d 、I d 、I dT 和I VT 。

解：①u d 、i d 和i VT1的波形如下：
α = 60°
u 2
u d
u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac
u a ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ
u b u c
O
ωt
ωt 1
O
ωt
i d ωt
O
ωt O i VT
1
②U d 、I d 、I dT 和I VT U d ＝2.34U 2cos ＝2.34×100×cos60°＝117（V ）
I d＝U d∕R＝117∕5＝23.4（A）
I DVT＝I d∕3＝23.4∕3＝7.8（A）
I VT＝I d∕3＝23.4∕3＝13.51（A）
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