电力电子技术复习题.docx
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电力电子技术一、填空题1正弦脉宽调制(SPWM)技术运用于电压型逆变电路中,当改变调制比可改变逆变器输出电压幅值;改变_调制波频率 可改变逆变器输出电压频率;改变 载波频率 可改变开关管的工作频率。电力晶体管GTR;可关断晶闸管GTO;功率场效应晶体管MOSFET;绝缘栅双极型晶体管IGBT ;IGBT是MOSFET 和GTR的复合管。在一般可逆电路中,最小逆变角min在30-35范围合理。在有源逆变电路中,逆变角的移相范围应为=3590最好。普通晶闸管的图形符号是 ,三个电极分别是阳极A , 阴极K 和门极G2.将直流电能转换为交流电能又馈送回交流电网的逆变电路称为 有源 逆变器。3.晶闸管变流器主电路要求角发电路的触发脉冲应具有一定的宽度,且前沿尽可能 陡 。4.电流型逆变器中间直流环节以 电感 贮能。5.在PWM斩波器中,电压比较器两个输入端信号分别是三角波信号和 直流信号。6三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差120。7.在实际应用中,双向晶闸管常采用+和-_两种触发方式。8.控制角与逆变角之间的关系为=-。9.试说明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)。在采样控制理论中有一条重要的结论: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,冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理以正弦PWM控制为例。把正弦半波分成N等份,就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等,都等于/N,但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线,各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理,PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。可见,所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。10.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点的电压)和线电压SPWM波形各有几种电平?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。三相桥式PWM型逆变电路中,输出相电压有两种电平:0.5Ud和-0.5 Ud。输出线电压有三种电平Ud、0、- Ud。11.什么是异步调制?什么是同步调制?两者各有何特点?分段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。在异步调制方式中,通常保持载波频率fc 固定不变,因而当信号波频率fr变化时,载波比N是变化的。异步调制的主要特点是:在信号波的半个周期内,PWM波的脉冲个数不固定,相位也不固定,正负半周期的脉冲不对称,半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。这样,当信号波频率较低时,载波比N较大,一周期内的脉冲数较多,正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称产生的不利影响都较小,PWM波形接近正弦波。而当信号波频率增高时,载波比N减小,一周期内的脉冲数减少,PWM脉冲不对称的影响就变大,有时信号波的微小变化还会产生PWM脉冲的跳动。这就使得输出PWM波和正弦波的差异变大。对于三相PWM型逆变电路来说,三相输出的对称性也变差。载波比N等于常数,并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。同步调制的主要特点是:在同步调制方式中,信号波频率变化时载波比N不变,信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的,脉冲相位也是固定的。当逆变电路输出频率很低时,同步调制时的载波频率fc也很低。fc过低时由调制带来的谐波不易滤除。当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。当逆变电路输出频率很高时,同步调制时的载波频率fc会过高,使开关器件难以承受。此外,同步调制方式比异步调制方式复杂一些。分段同步调制是把逆变电路的输出频率划分为若干段,每个频段的载波比一定,不同频段采用不同的载波比。其优点主要是,在高频段采用较低的载波比,使载波频率不致过高,可限制在功率器件允许的范围内。而在低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。12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_直接变频电路_,后者也称为_间接变频电路_。交-交变流电路分直接式和间接式。13、PWM控制技术的理论基础是 (面积等效原理),PWM调制中常用的计算法有 特定谐波消去法。 PWM逆变电路的控制方法有 计算法 、 调制法 和 规则采样法 三种。其中调制法又可以分为 同步调制 和 异步调制 两种.(同步调制:载波比相等)。直流斩波电路的三种控制方式是PWM、 频率调制型 、 混合型 。在调制信号上叠加 直流分量(三次谐波) 可以提高直流电压利用率。改变调制信号的频率就可以改变输出直流信号的频率改变调制比可以改变输出电压有效值14、单相半波可控整流电阻性负载电路中,控制角的最大移相范围是0-180。在单相全控桥整流电路中,两对晶闸管的触发脉冲,应依次相差180度。=60度时,三相全控桥式整流电路带电阻负载电路,输出负载电压波形处于连续和断续的临界状态。变流器工作在逆变状态时,控制角必须在90-150。三相半波可控整流电阻性负载电路,如果三个晶闸管采用同一相触发脉冲,的移相范围0-150三相半波可控整流电路在换相时,换相重叠角的大小与、Id、 XL、U2参数有关。在单相桥式全控整流电路中,大电感负载时,控制角的有效移相范围是090。三相全控桥式整流电路带电阻负载,当触发角=0时,输出的负载电压平均值为2.34U2。三相全控桥式整流电路带大电感负载时,控制角的有效移相范围是0-90。在大电感负载三相全控桥中,当=90时,整流电路的输出是0.单结晶体管同步振荡触发电路中,改变Re能实现(移相)。二、 选择题1在型号为KP10-12G中,数字10表示额定电流10A2下列电路中,不可以实现有源逆变的有( B )A.三相半波可控整流电路 B.三相桥式半控整流电路C.单相桥式可控整流电路D.单相全波可控整流电路外接续流二极管3.整流变压器漏抗对电路的影响有(整流装置的功率因数降低)。4.晶闸管两端并联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。、5.已经导通了的晶闸管可被关断的条件是流过晶闸管的电流(减小至维持电流IH以下)6. 单相半波可控整流电路中,晶闸管可能承受的反向峰值电压为()7. 单相半控桥电感性负载电路中,负载两端并联一个续流二极管的目的是防止失控现象的产生8.三相全控桥式变流电路工作于有源逆变状态,输出电压平均值Ud=- 2.34U2cos9.减小SPWM逆变器输出电压基波幅值,可采用的控制方法是:减小输入正弦控制电压幅值。10. 当晶闸管承受反向阳极电压,不论门极加何种极性触发电压,管子都将工作在关断状态。三、简答题1. 在单项半波可控整流大电感负载有续流二极管的电路中,晶闸管的控制角a的最大移相范围是多少?晶闸管的导通角、续流二极管的导通与a关系如何?答:a的最大移相范围1800。晶闸管的导通角=-a。续流二极管的导通角=+a2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:uAK0且uGK0。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。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。3.有源逆变产生的条件答:(1)在负载将产生负向电压,且|Ud|Ed| (2)904什么是逆变失败,逆变失败的原因是什么?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:(1)触发电路工作不可靠,造成脉冲丢失、脉冲延迟等。(2)晶闸管发生故障,失去正常通断能力。(3)交流电源发生异常现象,如断电、缺相、或电压过低。(4)换相的裕量角不足,晶闸管不能可靠关断。四、分析1分析下图所示斩波电路的基本工作原理。 形状Q是可以代替什么元件?(1)Q断开,电源向电感充电,同时电容向负载供电,Ua=UC,Q闭合电源和电感同时向负载供电Ua=UC=Ud+UL ,所以是升压直流斩波器(2)Q可以用全控型电力电子器件2. 单相全控桥式整流电路接大电感负载如图所示。已知R=10,a=45,U2=100V,试回答:(1)计算输出整流电压Ud,输出电流平均值Id;(2)计算晶闸管电流的有效值IV1;(3)按裕量系数2确定晶闸管的额定电流。答: (2)(3)22.85=5.7(A)选额定电流为10(A)的晶闸管。五、计算1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电,L20mH,U2100V,求当0和60时的负载电流Id,并画出ud与id波形。解:0时,在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时,负载电感L储能,在晶闸管开始导通时刻,负载电流为零。在电源电压u2的负半周期,负载电感L释放能量,晶闸管继续导通。因此,在电源电压u2的一个周期里,以下方程均成立:考虑到初始条件:当wt0时id0可解方程得:=22.51(A)ud与id的波形如下图:当60时,在u2正半周期60180期间晶闸管导通使电感L储能,电感L储藏的能量在u2负半周期180300期间释放,因此在u2一个周期中60300期间以下微分方程成立:考虑初始条件:当wt60时id0可解方程得:其平均值为=11.25(A)此时ud与id的波形如图:2单相桥式全控整流电路,U2100V,负载中R2,L值极大,当30时,要求: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I2;3考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。解:ud、id、和i2的波形如下图:输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(V)IdUd /R77.97/238.99(A)I2Id 38.99(A)晶闸管承受的最大反向电压为:U2100141.4(V)考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为:UN(23)141.4283424(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:IVTId27.57(A)晶闸管的额定电流为:IN(1.52)27.571.572635(A)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。3单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2,L值极大,反电势E=60V,当aa=30时,要求: 作出ud、id和i2的波形; 求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值I2; 考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。解:ud、id和i2的波形如下图:整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值I2分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A)Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id 9(A)晶闸管承受的最大反向电压为:U2100141.4(V)流过每个晶闸管的电流的有效值为:IVTId 6.36(A)故晶闸管的额定电压为:UN(23)141.4283424(V)晶闸管的额定电流为:IN(1.52)6.361.5768(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。4. 晶闸管串联的单相半控桥(桥中VT1、VT2为晶闸管),电路如图2-11所示,U2=100V,电阻电感负载,R=2,L值很大,当aa=60时求流过器件电流的有效值,并作出ud、id、iVT、iD的波形。解:ud、id、iVT、iD的波形如下图:负载电压平均值为:67.5(V)负载电流的平均值为:IdUdR67.52233.75(A)流过晶闸管VT1、VT2的电流有效值为:IVTId19.49(A)流过二极管VD3、VD4的电流有效值为:IVDId27.56(A)5三相半波可控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5,L值极大,当a=60时,要求:1.画出ud、id和iVT1的波形;2计算Ud、Id、IdT和IVT。解:ud、id和iVT1的波形如下图:Ud、Id、IdT和IVT分别如下Ud1.17U2cosa1.17100cos6058.5(V)IdUdR58.5511.7(A)IdVTId311.733.9(A)IVTId6.755(A)6三相桥式全控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5,L值极大,当a=60时,要求:1画出ud、id和iVT1的波形;2计算Ud、Id、IdT和IVT。解:ud、id和iVT1的波形如下:Ud、Id、IdT和IVT分别如下Ud2.34U2cosa2.34100cos60117(V)IdUdR117523.4(A)IDVTId323.437.8(A)IVTId23.413.51(A)7 三相半波可控整流电路,反电动势阻感负载,U2=100V,R=1,L=,LB=1mH,求当a=30时、E=50V时Ud、Id、g 的值并作出ud与iVT1和iVT2的波形。解:考虑LB时,有:Ud1.17U2cosUdUd3XBId2 Id(UdE)R解方程组得:Ud(R 1.17U2cos3XBE)(2R3XB)94.63(V) Ud6.7(V)Id44.63(A)又2U2即得出=0.752换流重叠角g 41.28- 30=11.28ud、iVT1和iVT2的波形如下:- 配套讲稿:
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