華工電力電子技術(shù)平時(shí)作業(yè)2019

1、（ 密 封 線 內(nèi) 不 答 題 ） 教學(xué)中心： 專業(yè)層次： 姓名： 學(xué)號(hào)： 座號(hào)： 教學(xué)中心： 專業(yè)層次： 姓名： 學(xué)號(hào)： 座號(hào)： 電力電子技術(shù)平時(shí)作業(yè)（2019年2月20日，合計(jì)37題）一、填空題（12題）1、電力變換通常分為四大類， 整流 、 逆變 、 斬波 、 變頻和變相 。2、晶閘管對(duì)觸發(fā)脈沖的要求是 要觸發(fā)脈沖的幅度和功率達(dá)的到對(duì)所作用的可控硅有效觸發(fā) 、 要可方便與被控的交流電周期同步 ， 和 能方便的改變同步后的延遲時(shí)間。 3、多個(gè)晶閘管相并聯(lián)時(shí)必須考慮 均流 的問(wèn)題，解決的方法是 串專用均流電抗器 。 4、 逆變電路可以根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)不同分類，當(dāng)直流側(cè)是電壓源時(shí)，稱此電 路

2、為_ 電壓源型逆變電路_，當(dāng)直流側(cè)為電流源時(shí)， 稱此電路為_電流源型逆變電路_。5、 在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，這種生成SPWM 波形的方法稱_ 自然采樣法_，實(shí)際應(yīng)用中，采用_ 規(guī)則采樣法 _來(lái)代替上述方法，在計(jì)算量大大減小的情況下得到的效果接近真值。6、常用的晶閘管有_普通型單向?qū)ǖ木чl管_式、_普通型雙向?qū)ǖ木чl管_式兩種。 7、單相半控橋整流電路，帶大電感性負(fù)載，晶閘管在_ 觸發(fā) _時(shí)刻換流，二極管則在_ _電源電壓過(guò)零點(diǎn)_時(shí)刻換流。  8、過(guò)電壓產(chǎn)生的原因_ _浪涌電壓_、_操作過(guò)電壓_，可采取_ 阻容吸收  、_曬推 _、

3、壓敏電阻 保護(hù)。9、變頻電路所采取的換流方式_ 自然換流 _、_ 負(fù)載換流 _、_ 強(qiáng)迫換流 _。 10、門極可關(guān)斷晶閘管主要參數(shù)有_ 最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流IATO 、 _、 _。 11、電力變換通常分為四大類，即_ 整流 、_逆變 _、_ 直流斬波  、_交流變交流 _ 。 12、斬波器是在接在恒定直流電源和負(fù)載電路之間，用于_ 改變加到負(fù)載電路上的直流電壓平均值的一種電力電子器件變流裝置 。二、簡(jiǎn)答題(18題)1. 使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？ 答：閘管導(dǎo)通的條件是陽(yáng)極承受正向電壓，處

4、于阻斷狀態(tài)的晶閘管，只有在門極加正向觸發(fā)電壓，才能使其導(dǎo)通。門極所加正向觸發(fā)脈沖的最小寬度，應(yīng)能使陽(yáng)極電流達(dá)到維持通態(tài)所需要的最小陽(yáng)極電流，即擎住電流IL以上。導(dǎo)通后的晶閘管管壓降很小。使導(dǎo)通了的晶閘管關(guān)斷的條件是使流過(guò)晶閘管的電流減小至一個(gè)小的數(shù)值，即維持電流IH以下。其方法有二：1、減小正向陽(yáng)極電壓至一個(gè)數(shù)值一下，或加反向陽(yáng)極電壓。2、增加負(fù)載回路中的電阻。2. 晶閘管的觸發(fā)脈沖要滿足哪些要求？答：一：觸發(fā)脈沖信號(hào)要有足夠大的電壓和功率二：門極正向偏壓越小越好三：脈沖的前沿要陡、寬度應(yīng)滿足要求四：滿足主電路移相范圍的要求五：脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓取得同步3. 實(shí)現(xiàn)有源逆變必須滿足哪些必

5、不可少的條件？答：1、 實(shí)現(xiàn)有源逆變必須外接一直流電源，其方向與晶閘管電流方向相同，其數(shù)值要稍大 于逆變橋電壓， 才能提供逆變能量。 另外變流器必須工作在<90?， （>90?） 區(qū)域， Ud<0， 使 才能把直流功率逆變?yōu)榻涣鞴β史邓碗娋W(wǎng)。4. 電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒(méi)有反饋二極管？答：在電壓型逆變電路中,當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率,直流側(cè)電容起 緩沖無(wú)功能量的作用.為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道,逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管.當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時(shí),電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通,而當(dāng)輸出電壓電流極性

6、相反時(shí),由反饋二極管提供電流通道.在電流型逆變電路中,直流電流極性是一定的,無(wú)功能量由直流側(cè)電感來(lái)緩沖.當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無(wú)功能量時(shí),電流并不反向,依然經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通,因此不需要并聯(lián)反饋二極管.5. 在晶閘管兩端并聯(lián)R、C吸收回路的主要作用有哪些？其中電阻R的作用是什么？答：R、C回路的作用是：吸收晶閘管瞬間過(guò)電壓，限制電流上升率，動(dòng)態(tài)均壓作用。R的作用為：使L、C形成阻尼振蕩，不會(huì)產(chǎn)生振蕩過(guò)電壓，減小晶閘管的開通電流上升率，降低開通損耗。6. 根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行控制的方法不同，直流斬波電路可有哪三種控制方式？并簡(jiǎn)述其控制原理。答：固定頻率調(diào)脈寬，固定脈寬調(diào)頻率，調(diào)頻

7、調(diào)寬7. 單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別？答：三角波作為載波，在信號(hào)波正弦波的正半周期或負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的SPWM波形在半個(gè)周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性SPWM控制方式。 若三角波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的SPWM波形在半個(gè)周期中有正、有負(fù)，則稱之為雙極性SPWM控制方式。8. 什么是逆變失?。磕孀兪『笥惺裁春蠊?？形成的原因是什么?答：逆變失敗指的是：逆變過(guò)程中因某種原因使換流失敗，該關(guān)斷的器件末關(guān)斷，該導(dǎo)通的器件末導(dǎo)通。從而使逆變橋進(jìn)入整流狀態(tài)，造成兩電源順向聯(lián)接，形成短路。逆變失敗后果是嚴(yán)重的，會(huì)在逆變橋與逆變電源之間產(chǎn)生強(qiáng)大的環(huán)流，損壞開關(guān)器件。產(chǎn)生

8、逆變失敗的原因：一是逆變角太?。欢浅霈F(xiàn)觸發(fā)脈沖丟失；三是主電路器件損壞；四是電源缺相等。9. 什么是逆變失敗？如何防止逆變失敗？答：逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角等。10. 換流方式各有那幾種？各有什么特點(diǎn)？答：換流方式有4種：器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。全控型器件采用此換流方式。電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只

9、要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。強(qiáng)迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。通常是利用附加電容上的能量實(shí)現(xiàn)，也稱電容換流。晶閘管電路不能用器件換流，根據(jù)電路形式采用電網(wǎng)換流、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流3種方式。11. 軟開關(guān)電路可以分為哪幾類？ 答：根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件開通及關(guān)斷時(shí)的電壓電流狀態(tài)，可將軟開關(guān)電路分為零電壓電路和零電流電路兩大類。12. PWM逆變電路的控制方法主要有哪幾種？簡(jiǎn)述異步調(diào)制與同步調(diào)制各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答：PWM逆變電路的常用控制方法有兩種，

10、一是計(jì)算法；二是調(diào)制法。其中調(diào)制法又可分為兩種，一是異步調(diào)制法；二是同步調(diào)制法。通常異步調(diào)制法是保持載波頻率不變，信號(hào)頻率根據(jù)需要而改變時(shí)，載波比是變化的。優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)頻率較低時(shí)載波比較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，輸出較接近正弦波。缺點(diǎn)是：正負(fù)半周脈沖數(shù)不相等，對(duì)稱性差。因此，希望采用較高的載波頻率，以克服在信號(hào)頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比。同步調(diào)制時(shí)，保持載波比為常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步變化。優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)波一周內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的，對(duì)稱性好。缺點(diǎn)是：當(dāng)逆變頻率較低時(shí)，載波頻率也很低，造成調(diào)制諧波不易濾除；逆變頻率較高時(shí)，調(diào)制載波頻率也過(guò)高，使開關(guān)器件的開關(guān)頻

11、率過(guò)高而難以承受。13. PWM控制的基本原理是什么？答：脈寬調(diào)制（PWM）基本原理：控制方式就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。14、 什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？?jī)烧吒饔泻翁攸c(diǎn)？ 答：異步調(diào)制指載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步關(guān)系;同步調(diào)制指載波比m等于常數(shù)，并在變化頻率時(shí)使載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式。采用異步調(diào)制輸出，要

12、盡量提高載波頻率，使調(diào)制信號(hào)頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比，從而改善輸出特性;采用同步調(diào)制時(shí)，在逆變電路輸出頻率低時(shí)，如果負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，會(huì)有較大的噪聲，影響電動(dòng)機(jī)性能！15、帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異同？ 答：1）三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián)，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯(lián)，且后者需要帶電抗器。2）當(dāng)變壓器二次電壓有效值U2相等時(shí)，雙反星形電路的整流電壓平均值Ud是三相橋式電路的1/2，而整流電流平均值Id是三相橋式電路的2倍。3）在兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓ud和整流電流id的波形形狀一樣。16、交交

13、變頻電路的主要特點(diǎn)和不足是什么？其主要用途是什么？答：效率較高（一次變流）、可方便地實(shí)現(xiàn)四象限工作、低頻輸出波形接近正弦波接線復(fù)雜，采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36只晶閘管。受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低。輸入功率因數(shù)較低。輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路中。目前已在軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、礦石破碎機(jī)、球磨機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等場(chǎng)合應(yīng)用。既可用于異步電動(dòng)機(jī)，也可用于同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。17、在移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路中，如果沒(méi)有諧振電感Lr，電路的工作狀態(tài)將發(fā)生哪些變化，哪些開關(guān)仍是軟開關(guān)，哪些開關(guān)將成為硬開關(guān)？

14、 答：如果沒(méi)有諧振電感Lr,電路中的電容CS1,CS2與電感L仍可構(gòu)成諧振電路,而電容CS3,CS4將無(wú)法與Lr構(gòu)成諧振回路,這樣,S3、S4將變?yōu)橛查_關(guān)，S1、S2仍為軟開關(guān)。18.如何防止電力MOSFET因靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞？ 答：電力MOSFET的柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損壞。MOSFET的輸入電容是低泄漏電容，當(dāng)柵極開路時(shí)極易受靜電干擾而充上超過(guò) 20的擊穿電壓，所以為防止MOSFET因靜電感應(yīng)而引起的損壞，注意以下幾點(diǎn)： 一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接； 裝配時(shí)人體、工作臺(tái)、電烙鐵必須接地，測(cè)試時(shí)所有儀器外殼必須接地； 電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過(guò)高 漏、源極間

15、也要采取緩沖電路等措施吸收過(guò)電壓。一定要采用嚴(yán)格有效又好亞通的儀器檢測(cè)再進(jìn)行試驗(yàn)，保證成功率！三計(jì)算題繪圖 （7題）1. 如圖所示的降壓斬波電路中，已知E=100V，R=10，L值極大，EM=30V，T=50s，ton=20s，計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解：Uo= ton/T*E=20/50*200=80V Io= (Uo- EM )/ R=5A2. 在圖示升壓斬波電路中，已知E=50V，負(fù)載電阻R=20，L值和C值極大，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40µs，ton=25µs時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U0，輸出電流平均值I0。 解：U0 =（T/15

16、）*E=133.3V I0 = U0 /R=133.3/20=6.667A 3. 如下圖所示的三相半波可控整流電路，相電壓U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)a=60°時(shí)，求：（1）畫出ud、id和iVT1的波形；（2）計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。 解：ud =1.17 U2 cosa =58.5 V Id= ud /R=58.5/5=11.7A IdT =1/3 * Id =3.9A IVT=6.76A4. 一調(diào)光臺(tái)燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可看作電阻負(fù)載，在=0時(shí)輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的80%，50%時(shí)的開通角。解5. 如圖所示單相橋

17、式全控整流電路，U2100V，負(fù)載中R2，L值極大，當(dāng)30°時(shí)，求：（1）作出ud、id、和i2的波形；（2）求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2；（3）考慮2倍安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 解：2、整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為Ud0.9 U2 cosa0.9×100×cos30°77.97(A)Id (UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id9(A)3、晶閘管承受的最大反向電壓為：U2100 141.4（V）流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：IVTId 6.36（A）故晶閘

18、管的額定電壓為：UN(23)×141.4283424（V）晶閘管的額定電流為：IN(1.52)×6.361.5768（A）晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。6.單相橋式全控整流電路,U2=100V,負(fù)載中R=20W,L值極大a=°30°時(shí), 要求:作出Ud、Id、和I2的波形; 求整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值I2; 考慮安全裕量,確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：2、整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為 Ud0.9 U2 cosa0.9×100×cos30°77.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id9(A)3晶閘管承受的最大反向電壓為： U2100 141.4（V） 流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為： IVTId " 6.36（A） 故