電力電子考試簡答題總結

2022-06-06 14:09:02 字數 4947 閱讀 8664

第 1章電力電子器件

1. 使閘流體導通的條件是什麼?

答:使閘流體導通的條件是:閘流體承受正向陽極電壓,並在門極施加觸發電流(脈衝)。

或:uak>0且ugk>0。

2. 維持閘流體導通的條件是什麼?怎樣才能使閘流體由導通變為關斷?

答:維持閘流體導通的條件是使閘流體的電流大於能保持閘流體導通的最小電流,即維持電流。

要使閘流體由導通變為關斷,可利用外加電壓和外電路的作用使流過閘流體的電流降到接近於零的某一數值以下,即降到維持電流以下,便可使導通的閘流體關斷。

5. gto和普通閘流體同為pnpn結構,為什麼gto能夠自關斷,而普通閘流體不能?

答:gto 和普通閘流體同為pnpn 結構,由p1n1p2和n1p2n2構成兩個電晶體v1、v2,分別具有共基極電流增益a1和a2 ,由普通閘流體的分析可得, a1 + a 2 =1 是器件臨界導通的條件。a1 + a2 >1,兩個等效電晶體過飽和而導通; a1 + a2 <1,不能維持飽和導通而關斷。

gto 之所以能夠自行關斷,而普通閘流體不能,是因為gto 與普通閘流體在設計和工藝方面有以下幾點不同:

1) gto 在設計時a2 較大,這樣電晶體v2控制靈敏,易於gto 關斷;

2) gto 導通時的a1 + a2 更接近於1,普通閘流體a1 + a2 1.15,而gto 則為a1 + a2 1.05,gto 的飽和程度不深,接近於臨界飽和,這樣為門極控制關斷提供了有利條件;

3) 多元整合結構使每個gto 元陰極面積很小,門極和陰極間的距離大為縮短,使得p2極區所謂的橫向電阻很小,從而使從門極抽出較大的電流成為可能。

第 2章整流電路

9.三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法,a、b 兩相的自然換相點是同一點嗎?如果不是,它們在相位上差多少度?

答:三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法,a、b 兩相之間換相的的自然換相點不是同一點。它們在相位上相差180°。

10.有兩組三相半波可控整流電路,一組是共陰極接法,一組是共陽極接法,如果它們的觸發角都是a,那末共陰極組的觸發脈衝與共陽極組的觸發脈衝對同一相來說,例如都是a 相,在相位上差多少度?

答:相差180°。

第 3章直流斬波電路

1.簡述圖3-1a 所示的降壓斬波電路工作原理。

答:降壓斬波器的原理是:在乙個控制週期中,讓v導通一段時間ton,由電源e 向l、r、m供電,在此期間,uo=e。

然後使v關斷一段時間toff,此時電感l通過二極體vd 向r和m 供電,uo=0。乙個週期內的平均電壓輸出電壓小於電源電壓,

起到降壓的作用。

4.簡述圖3-2a所示公升壓斬波電路的基本工作原理。

答:假設電路中電感l 值很大,電容c 值也很大。當v 處於通態時,電源e 向電感l 充電,充電電流基本恆定為i1,同時電容c上的電壓向負載r 供電,因c值很大,基本保持輸出電壓為恆值uo。

設v 處於通態的時間為ton,此階段電感l 上積蓄的能量為ei1 ton 。

當v處於斷態時e和l共同向電容c充電並向負載r 提供能量。設v處於斷態的時間為toff,則在此期間電感l 釋放的能量為( uo - e)i 1t off 。當電路工作於穩態時,乙個週期t中電感l積蓄的能量與釋放的能量相等,即:

第 4章交流電力控制電路和交交變頻電路

4.什麼是tcr,什麼是tsc?它們的基本原理是什麼?各有何特點?

答:tcr是閘流體控制電抗器。tsc是閘流體投切電容器。

二者的基本原理如下:

tcr 是利用電抗器來吸收電網中的無功功率(或提供感性的無功功率),通過對閘流體開通角a角的控制,可以連續調節流過電抗器的電流,從而調節tcr從電網中吸收的無功功率的大小。

tsc 則是利用閘流體來控制用於補償無功功率的電容器的投入和切除來向電網提供無功功率(提供容性的無功功率)。

二者的特點是:

tcr只能提供感性的無功功率,但無功功率的大小是連續的。實際應用中往往配以固定電容器(fc),就可以在從容性到感性的範圍內連續調節無功功率。

tsc提供容性的無功功率,符合大多數無功功率補償的需要。其提供的無功功率不能連續調節,但在實用中只要分組合理,就可以達到比較理想的動態補償效果。

3.交流調壓電路和交流調功電路有什麼區別?二者各運用於什麼樣的負載?為什麼?

答:交流調壓電路和交流調功電路的電路形式完全相同,二者的區別在於控制方式不同。交流調壓電路是在交流電源的每個週期對輸出電壓波形進行控制。

而交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周波,再斷開幾個周波,通過改變接通周波數與斷開周波數的比值來調節負載所消耗的平均功率。

交流調壓電路廣泛用於燈光控制(如調光檯燈和舞台燈光控制)及非同步電動機的軟起動,也用於非同步電動機調速。在供用電系統中,還常用於對無功功率的連續調節。此外,在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中,也常採用交流調壓電路調節變壓器一次電壓。

如採用閘流體相控整流電路,高電壓小電流可控直流電源就需要很多閘流體串聯;同樣,低電壓大電流直流電源需要很多閘流體併聯。這都是十分不合理的。採用交流調壓電路在變壓器一次側調壓,其電壓電流值都不太大也不太小,在變壓器二次側只要用二極體整流就可以了。

這樣的電路體積小、成本低、易於設計製造。

交流調功電路常用於電爐溫度這樣時間常數很大的控制物件。由於控制物件的時間常數大,沒有必要對交流電源的每個週期進行頻繁控制。

6.交交變頻電路的最高輸出頻率是多少?制約輸出頻率提高的因素是什麼?

答:一般來講,構成交交變頻電路的兩組變流電路的脈波數越多,最高輸出頻率就越高。當交交變頻電路中採用常用的6 脈波三相橋式整流電路時,最高輸出頻率不應高於電網頻率的1/3~1/2。

當電網頻率為50hz時,交交變頻電路輸出的上限頻率為20hz左右。當輸出頻率增高時,輸出電壓一週期所包含的電網電壓段數減少,波形畸變嚴重,電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動機的轉矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。

7.交交變頻電路的主要特點和不足是什麼?其主要用途是什麼?

答:交交變頻電路的主要特點是:

只用一次變流,效率較高;可方便實現四象限工作;低頻輸出時的特性接近正弦波。

交交變頻電路的主要不足是:

接線複雜,如採用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36 只閘流體;受電網頻率和變流電路脈波數的限制,輸出頻率較低;輸出功率因數較低;輸入電流諧波含量大,頻譜複雜。

主要用途:500千瓦或1000 千瓦以下的大功率、低轉速的交流調速電路,如軋機主傳動裝置、鼓風機、球磨機等場合。

第 5章逆變電路

1.無源逆變電路和有源逆變電路有何不同?

答:兩種電路的不同主要是:

有源逆變電路的交流側接電網,即交流側接有電源。而無源逆變電路的交流側直接和負載聯接。

2.換流方式各有那幾種?各有什麼特點?

答:換流方式有4 種:

器件換流:利用全控器件的自關斷能力進行換流。全控型器件採用此換流方式。

電網換流:由電網提供換流電壓,只要把負的電網電壓加在欲換流的器件上即可。

負載換流:由負載提供換流電壓,當負載為電容性負載即負載電流超前於負載電壓時,可實現負載換流。

強迫換流:設定附加換流電路,給欲關斷的閘流體強迫施加反向電壓換流稱為強迫換流。通常是利用附加電容上的能量實現,也稱電容換流。

閘流體電路不能採用器件換流,根據電路形式的不同採用電網換流、負載換流和強迫換流3 種方式。

3.什麼是電壓型逆變電路?什麼是電流型逆變電路?二者各有什麼特點。

答:按照逆變電路直流測電源性質分類,直流側是電壓源的稱為逆變電路稱為電壓型逆變電路,直流側是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路

電壓型逆變電路的主要特點是:

①直流側為電壓源,或併聯有大電容,相當於電壓源。直流側電壓基本無脈動,直流迴路呈現低阻抗。

②由於直流電壓源的鉗位作用,交流側輸出電壓波形為矩形波,並且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。

③當交流側為阻感負載時需要提供無功功率,直流側電容起緩衝無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道,逆變橋各臂都併聯了反饋二極體。

電流型逆變電路的主要特點是:

①直流側串聯有大電感,相當於電流源。直流側電流基本無脈動,直流迴路呈現高阻抗。

②電路中開關器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑,因此交流側輸出電流為矩形__波,並且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。③當交流側為阻感負載時需要提供無功功率,直流側電感起緩衝無功能量的作用。

因為反饋無功能量時直流電流並不反向,因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關器件反併聯二極體。

4.電壓型逆變電路中反饋二極體的作用是什麼?為什麼電流型逆變電路中沒有反饋

二極體?

答:在電壓型逆變電路中,當交流側為阻感負載時需要提供無功功率,直流側電容起緩衝無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道,逆變橋各臂都併聯了反饋二極體。

當輸出交流電壓和電流的極性相同時,電流經電路中的可控開關器件流通,而當輸出電壓電流極性相反時,由反饋二極體提供電流通道。

在電流型逆變電路中,直流電流極性是一定的,無功能量由直流側電感來緩衝。當需要從交流側向直流側反饋無功能量時,電流並不反向,依然經電路中的可控開關器件流通,因此不需要併聯反饋二極體。

第 6章pwm控制技術

1.試說明pwm控制的基本原理。

答:pwm控制就是對脈衝的寬度進行調製的技術。即通過對一系列脈衝的寬度進行調製,來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。

在取樣控制理論中有一條重要的結論:衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時,其效果基本相同,衝量即窄脈衝的面積。效果基本相同是指環節的輸出響應波形基本相同。

上述原理稱為面積等效原理

以正弦pwm控制為例。把正弦半波分成n等份,就可把其看成是n個彼此相連的脈衝列所組成的波形。這些脈衝寬度相等,都等於π/n,但幅值不等且脈衝頂部不是水平直線而是曲線,各脈衝幅值按正弦規律變化。

如果把上述脈衝列利用相同數量的等幅而不等寬的矩形脈衝代替,使矩形脈衝的中點和相應正弦波部分的中點重合,且使矩形脈衝和相應的正弦波部分面積(衝量)相等,就得到pwm波形。各pwm 脈衝的幅值相等而寬度是按正弦規律變化的。根據面積等效原理,pwm 波形和正弦半波是等效的。

對於正弦波的負半周,也可以用同樣的方法得到pwm波形。可見,所得到的pwm 波形和期望得到的正弦波等效。

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