电力电子技术复试资料

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1、绪论 第一部分：填空题1. 电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。2. 电力电子技术是应用于电力变换领域的电子技术。3. 电能变换的含义是在输入和输出之间，将电压/电流/频率（包含直流）/相位/相数中的 一项以上加以改变。4. 在功率变换电路中，为了尽量提高电能变换的效率，所以器件只能工作在开关状态，这 样才能降低损耗。5. 电力电子技术的研究内容包括两大分支：电力电子器件制造技术和变流技术。6. 半导体变流技术包括用电力电子器件构成的电力变换电路和对其进行控制的技术，以及 构成电力电子装置和电力电子系统的技术。简答题：1. 什么是电力电子技术？答：电力电子技术是应用于电力

2、领域的电子技术，使用电力电子器件对电能进行变换和 控制的技术。2. 电能变换电路有什么特点，机械式开关为什么不适合做电能变换电路的开关？ 答：电能变换电路在输入和输出之间将电压，电流，频率，相位，相数中的一种加以变换。 点能变换电路中理想开关应该满足切换时开关时间为0 使用寿命长，而机械开关不能满足 这些要求。3. 电力电子变换电路包括哪几个大类？ 答：交流变直流-整流，直流变交流-逆变，直流变直流-斩波，交流变交流-交流调压，变 频。电力电子器件第一部分：1. 电力电子器件是直接用于主电路电路中，实现电能的变换或控制的器件。2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制的电路

3、3. 电力电子器件一般工作在开关状态。4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路，驱动电路，主电路三部分组成，由于电路 中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。5. 按照器件能够被控制的性质，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件，半控型器件， 全控型器件。6. 按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下两类：电流驱动型，电压驱动型。7. 电力二极管的工作性质可以概括为单向导电性。8. 电力二极管的主要类型有普通二极管，快恢复二极管，肖特基二极管。9. 普通二极管又称整流二极管，多用于开关频率不高，一般为1k hz以下的整流电路，其 反向恢复时间较长，一般在5um以上。10. 快恢复

4、二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5um以下11. 肖特基二极管的反向恢复时间更短，其范围一般在10-40ns之间。12. 晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管 都不会导通，承受正向电压时，仅在门极有触发电流情况下，晶闸管才能导通，晶闸管 一旦导通，门极就会失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于 0 的某一数值以下。13. 通常取晶闸管的 U 中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取额定电压为正 常工作时晶闸管所承受峰值电压的2-3倍。14. 使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流，晶闸管刚从断态转入通态并

5、移除触 发信号之后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流，对同一晶闸管来说，通常擎住 电流为维持电流的2-4 倍。15. 晶闸管的派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管。16. 普通晶闸管关断时间数百微妙，快速晶闸管数十微妙，高频晶闸管 10um 左右。高频晶 闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。17. 双向晶闸管可认为是一对反并联的普通晶闸管的集成。18. 逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一个管心上的功率集成器件。19. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触发 保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。

6、简答题1. 电力电子器件是如何定义和分类的？同处理信息的电力器件相比，他的特点是什么？ 答：电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能变换或控制的电子器 件。按照控制程度：不可控器件，半控型器件，全控型器件。 按照驱动电路：电流驱动型，电压驱动型。特点：处理的功率大，器件处于开关状态，需要信息电子电路来控制，需要安装散热片。2. 使晶闸管导通的条件使什么？答： 2 个条件缺一不可， 晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压 晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。3. 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：维持晶闸管导通的条件是流过晶闸管的电流

7、大于维持电流，欲使之关断，只需将流 过晶闸管的电流减小至维持电流以下，可采用阳极电压反向，减小阳极电压或增大回路 阻抗等方式。计算题：1. 晶闸管在单相正弦有效值电压220v时工作，若考虑晶闸管的安全裕量，其电压定额应 选多大？解：晶闸管所承受的正反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值311v,取晶闸管 的安全裕量为2倍，则晶闸管额定电压不低于2*311v=622v。2. 晶闸管电流计算按照有效值相等的原则进行计算，即先算的有效值，再推算出平均值。 填空题：1. GTO 得多元结构是为了便于实现门极控制关断而设计得。2. GTO得开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极施加负的脉冲电流

8、使其关断3. GTO导通过稈与普通晶闸管一样，只是导通时饱和稈度较低，导通时管压降增大。4. GTO最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值之比称为电流关断增益,该值一般很 小,只有5左右，这是GTO得一个主要缺点。5. GTR导通的条件是：集电极承受正电压（NPN型）且基极施加驱动电流。6. 在电力电子电路中，GTR工作在开关状态，在开关过程中，在截止区和饱和区之间过渡 时，要经过放大区。7. 电力MOSFET导通的条件是：漏源极间加正电压且在栅源极间加正电压Ugs，且大于开 启电压UT。Ugs=0关断8. 电力mosfet的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个

9、区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的截止区，前者的饱和区对应后者的放大区，前者的非饱和区对应后者的放大区。9. 电力 MOSFET 的通态电阻具有正的温度系数。（温度越高，电阻值越大）10. IGBT是由mosfet和GTR两类器件取长补短结合而成的复合器件。11. IGBT导通的条件是：集射极间加正电源Uce0且UGE大于开启电压UGE （th）12. IGBT的输出特性分为三个区域：分别是阻断区，有源区和饱和区,IGBT的开关过程是在 阻断区和饱和区之间切换。13. IGCT是由IGBT和GTO两类器件结合而成的复合器件，目前正在与IGBT等新型器件激烈 竞争，试图最终取代GTO在大

10、功率场合的位置。14. 将多个电力电子器件封装在一个模块中，称为功率模块。15. 与单管器件相比，功率模块的优点是:可缩小装置体积，减小线路电感16. 功率集成电路将功率器件与逻辑，控制，保护，传感，检测，自诊断等信息电子电路制 作在同一芯片上。17. 功率集成电路实现了电能和信息的集成，成为机电一体化的理想接口。18. 按照载流子参与导电的情况，可将电力电子器件分为：单极性，双极型，复合型三类。19. 在如下器件：电力二极管（power diode）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（电力mosfet）绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 属于不可控器件的

11、是：电力二极管属于半控型器件的是： SCR属于全控型器件的是：GTO,GTR,电力MOSFET, IGBT属于单极型电力电子器件的有电力mosfet 属于双极型器件的有：电力二极管， scr， gto， gtr 属于复合型电力电子器件的有IGBT在可控器件中，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MOSFET, IGBT 属于电流驱动的是SCR,GTO,GTR20. 画出下面电力电子器件的电气符号电力二极管 晶闸管 GTO GTR IGBT 电力场效应管简答题：1. gto和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO可以自关断，而普通晶闸管不能？ 答：gto能够

12、通过门极关断的原因是与普通晶闸管有如下区别：设计2较大，使晶闸管V2控制灵敏，易于关断GTO 导通时1+2更接近1，导通时接近临界饱和，有利于门极控制关断，但导通时管压降 增大多元集成结构使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。2. 试说明IGBT，GTR,GTO和电力MOSFET的各自的优缺点答：GTR的容量中等，工作频率一般在10Khz以下，所需驱动功率较大，耐压高，电流 大，开关特性好GTO容量大，但驱动复杂速度低，电流关断增益很小，功耗大，效率较低MOSFET器件工作频率最高，所需驱动功率最小，热稳定性好,但其容量较小，诵态压 降答，开通损耗相应较大，耐压低IGBT的容量和GT

13、R容量属于同一等级，但属于电压控制型器件，驱动功率小，工作频率 高，通态压降低，输入阻抗高直流斩波电路：填空题：1. 直流斩波电路完成的是直流到另一固定电压或可调电压的直流电的变换。2. 直流斩波电路中最基本的两种电路是 降压斩波电路和升压斩波电路。3. 斩波电路有三种控制方式：脉冲宽度调制（PWM调制，脉冲频率调制和混合型， 其中最常用的控制方式是：脉冲宽度调制。4. 脉冲宽度调制的方法是：周期不变，导通时间ton变化，即通过导通占空比的改变 来改变变压比，控制输出电压。5. 脉冲频率调制的方法是：导通时间不变，周期变化，导通比也能发生变化，从而达 到改变输出电压的目的，该方法的缺点是：导通

14、占空比的变化范围有限，输出电压 和输出电流中的谐波频率不固定，不利于滤波器的设计。6. 降压斩波电路中通常串联较大的电感，其目的是使负载电流连续。7. 生压斩波电路使电压升高的原因是：电感L储能使电压泵升，电容C可将输出电压 保持住。8. 升压斩波电路的典型应用有直流电动机传动和单相功率因数校正等。9. 升降压斩波电路和CUK斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占比为 0.5-1，呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为0-0.5.逆变电路：1. 把直流电变成交流电的电路称为逆变电路，当交流侧有电源时称为有源逆变，当交 流侧无电源时称为无源逆变。2. 电流从一个支路向另一个支路转移的过

15、程称为换流，从大的方面，环流可以分为两 类，即外部换流和内部换流，进一步划分，前者又包括电网换流和负载换流两种换 流方式，后者包括器件换流和强迫换流两种换流方式，适合于全控型器件的换流方 式是器件换流。3. 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。4. 半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为0.5Ud全桥逆变电路输出交流电压的幅值 为Ud5. 单项全桥方波型逆变电路，180度导电角的控制方式下，改变输出交流电压的有效 值只能通过改变直流电压 Ud 来实现，改变两组开关切换频率可改变输出交流电频 率，

16、为防止同一桥臂的上下两个开关器件同时导通而引起直流侧电源短路，在开关 控制上应采取先断后通的措施。6. 三相电压型逆变电路中,180度导电角的控制方式下，每个桥臂的导电角度为180 ， 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。7. 电压型逆变电路一般采用全控型器件，换流方式为器件换流，电流型逆变电路中， 较多采用半控型器件，换流方式有的采用强迫环流，有的采用负载换流。简答题：1. 无源逆变电路和有源逆变电路有何不同： 答：有源逆变电路交流侧接有电源，无源逆变电路交流侧直接与负载连接。2. 换流方式各有哪几种，各有什么特点？ 答：共四种换流方式器件换流：利用全控型器件的自关

17、断能力进行换流电网环流：由电网提供换流电压，利用电网负压使scr关断 负载换流：由容性负载提供环流电压强迫换流：设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流 的换流方式称为强迫换流。PWM 技术1. PWM 控制的理论基础是面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具 有惯性的环节上时，其效果基本相同。2. 根据面积等效原理spwm控制用一组等幅不等宽的脉冲（宽度按正弦规律变化） 来等效一个正弦波。3. PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术，直流斩波电路得到的PWM波是等 效直流波型,SPWM控制得到的是等效正弦波形。4. PWM波型只在单个极性范围内变化的控制方式称单

18、极性控制方式,PWM波型 在正负极性间变化的控制方式称双极性控制方式，三相桥式PWM型逆变电路采 用双极性控制方式。5. Spwm波形的控制方法：改变调制信号Ur的幅值可改变基波幅值，改变调制信 号Ur的频率可改变基波频率6. 得到pwm波型的方法一般有两种，即计算法和调制法，实际中主要采用调制法。7. 根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况,pwm调制方式可分为同步调 制和异步调制。一般为综合两种方法的优点，在低频输出时采用异步调制方法， 在高频输出时采用同步调制方法。8. 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 的方法称为自然采样法，实际应用中，采用规则

19、采样法来替代上述方法，在计 算量大大减小的情况下得到的效果接近真值。9. 正弦波调制的三相PWM逆变电路，在调制度a为最大值1时，直流电压利用率 为 0.866，采用梯形波作为调制信号，可以有效提高直流电压利用率，但是会为 电路引进低次谐波。简答题：1. 单极性和双极性PWM调制有什么区别？三相桥式PWM型逆变电路中，输出相 电压（输出端相对于直流电源中电的电压）和线电压SPWM波型各有几种电平？答：单极性PWM调制在调制信号的半个周期内载波只在正或负一种极性范围内 变化，双极性PWM调制在调制信号的半个周期内载波是有正有负的，输出相电 压有+0.5Ud,以及-0.5Ud两种电平，输出线电压有

20、+Ud-Ud 0三种电平2. 试简单比较pwm控制中的计算法和调制法的特点答：如果给出逆变电路的正弦波输出频率，幅值和半个周期内的脉冲数，PWM 波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来，按照计算结果控制逆变电路中开 关器件的通断，就可以得到所需要的 PWM 波形，这种方法称之为计算法，可以看 出，计算法很繁琐，当所需要的正弦波的频率，幅值，或相位发生变化时，结果都 要发生变化。与计算法相对应的是调制法,即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，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形，这种方法实现简便， 应用最广。3. 什么是异步调制？什么是同步调制？两者个有什么特点，分段

21、同步调制有什么优 点？ 答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制，采用异步调制方式， 希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。载波比 N 等于常数，使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制，当逆变电路输 出频率很低时，同步调制的载波频率也很低，过低时由调制带来的谐波不易滤除。 当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率过高，使开关器件难以承受 分段同步调制优点：在输出频率高的频段采用较低的载波比，以使载波频率不 宜过高，限制在功率开关器件允许的范围内。在输出频率低的频段采用较高的载波 比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。4. 什么是SPW

22、M波形的规则化采样法，和自然采样法比规则采样法由什么优点？ 答：规则采样法是取三角波两个正峰值之间为一个采样周期，使每个脉冲的中点都 与相应的三角波负中点重合，在三角波的负峰值时刻对正弦信号波采样得到一点， 过该点作一水平直线和三角波交于两点，在这两个时刻控制器件通断，规则采样法 生成的 SPWM 波形与自然采样法接近，优点是计算量大大减少。交流直流变换器1. 电阻负载的特点是电压和电流成正比，两者波形相同，在单相半波可控整流电阻性负载电 路中，晶闸管控制角a的最大移相范围是0 -180 。2. 阻感负载的特点是电感电流不能突变，在单相半波可控整流带阻感负载并联续 流二极管的电路中，晶闸管控制

23、角a的最大移相范围是0T80,可能会出现电流 不连续的情况，其承受的最大正反向电压均为V2u2，续流二极管承受的最大反 向电压为M2 u2.3单项桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，a角移相范围是0-180,单个晶 闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别是M2/2 u2和M2 u2。带阻感负载 时a角移相范围是0-90，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别是 M2 u2和M2 u2，带反电动势负载时，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平波电抗器。4单项全控桥反电动势负载电路中，当控制角a大于不导电角b时，晶闸管的导 通角为n-a，当控制角a小于不导电角b时

24、，晶闸管的导通角为0.5.从输入和输出上看，单相桥式全控整流电路的波形和单向全波可控整流电路的 波形基本相同，只是后者仅适用于低输出电压的场合。简答题1. 单向全波可控整流电路与单向桥式全控整流电路从直流输入端或交流输出端 看都是基本一致的，那么二者有什么区别？答：有区别单项全波可控整流电路中变压器的二次绕组带中心抽头，结构较复杂,绕组及铁 芯对铜，铁等材料的消耗比单相全控桥多，在当今世界上有色金属资源有限的情 况下，这是不利的。单相全波可控整流电路只用2个晶闸管，比单相全控桥式可控整流电路少2个， 相应的晶闸管的门极驱动电路也少2个，但是在单相全波可控整流电路中晶闸管 承受的最大电压是单相全

25、控桥式可控整流电路中的2倍单相全波可控整流电路中，导电回路只含有1个晶闸管，比单相桥少1个，因此 少一个管压降。填空题1. 电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压等于M2 u2,晶闸管控制角a的最大移相范围为0T50,使负载电流连续的条件是a W30。2. 三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的处罚脉冲相位按相序依次互差 120，当它带阻感负载时，a的移相范围是0-90。3. 三相桥式全控整流电路带电阻负载工作时，共阴极组中处于通态的晶闸管对 应的是最高的相电压，而共阳极组中导通的晶闸管对应的是最低的相电压， 这种电路a角的移相范围是0-120, Ud波形连续的条件是aW60。4.