電力電子課后答案(1)

1、2.1晶閘管的導(dǎo)通條件是什么? 導(dǎo)通后流過晶閘管的電流和負(fù)載上的電壓由什么決定? 答：晶閘管的導(dǎo)通條件是：晶閘管陽極和陽極間施加正向電壓，并在門極和陽極間施加正向觸發(fā)電壓和電流（或脈沖）。 導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由負(fù)載阻抗決定，負(fù)載上電壓由輸入陽極電壓UA決定。 2.2晶閘管的關(guān)斷條件是什么? 如何實(shí)現(xiàn)? 晶閘管處于阻斷狀態(tài)時(shí)其兩端的電壓大小由什么決定? 答：晶閘管的關(guān)斷條件是：要使晶閘管由正向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，可采用陽極電壓反向使陽極電流IA減小，IA下降到維持電流IH以下時(shí)，晶閘管內(nèi)部建立的正反饋無法進(jìn)行。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)晶閘管的關(guān)斷，其兩端電壓大小由電源電壓UA決定。 2.3溫度升高時(shí)，晶

2、閘管的觸發(fā)電流、正反向漏電流、維持電流以及正向轉(zhuǎn)折電壓和反向擊穿電壓如何變化？ 答：溫度升高時(shí)，晶閘管的觸發(fā)電流隨溫度升高而減小，正反向漏電流隨溫度升高而增大，維持電流IH會(huì)減小，正向轉(zhuǎn)折電壓和反向擊穿電壓隨溫度升高而減小。 2.15 什么叫GTR的一次擊穿?什么叫GTR的二次擊穿? 答：處于工作狀態(tài)的GTR，當(dāng)其集電極反偏電壓UCE漸增大電壓定額BUCEO時(shí)，集電極電流IC急劇增大（雪崩擊穿），但此時(shí)集電極的電壓基本保持不變，這叫一次擊穿。 發(fā)生一次擊穿時(shí)，如果繼續(xù)增大UCE，又不限制IC，IC上升到臨界值時(shí)，UCE突然下降，而IC繼續(xù)增大（負(fù)載效應(yīng)），這個(gè)現(xiàn)象稱為二次擊穿。 2.16怎樣確

3、定GTR的安全工作區(qū)SOA? 答：安全工作區(qū)是指在輸出特性曲線圖上GTR能夠安全運(yùn)行的電流、電壓的極限范圍。按基極偏量分類可分為：正偏安全工作區(qū)FBSOA和反偏安全工作區(qū)RBSOA。正偏工作區(qū)又叫開通工作區(qū)，它是基極正向偏量條件下由GTR的最大允許集電極功耗PCM以及二次擊穿功率PSB，ICM，BUCEO四條限制線所圍成的區(qū)域。反偏安全工作區(qū)又稱為GTR的關(guān)斷安全工作區(qū)，它表示在反向偏置狀態(tài)下GTR關(guān)斷過程中電壓UCE，電流IC限制界線所圍成的區(qū)域。 2.18在大功率GTR組成的開關(guān)電路中為什么要加緩沖電路? 答：緩沖電路可以使GTR在開通中的集電極電流緩升，關(guān)斷中的集電極電壓緩升，避免了GT

4、R同時(shí)承受高電壓、大電流。另一方面，緩沖電路也可以使GTR的集電極電壓變化率和集電極電流變化率得到有效值抑制，減小開關(guān)損耗和防止高壓擊穿和硅片局部過熱熔通而損壞GTR。2.19與GTR相比功率MOS管有何優(yōu)缺點(diǎn)? 答：GTR是電流型器件，功率MOS是電壓型器件，與GTR相比，功率MOS管的工作速度快，開關(guān)頻率高，驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡單，無二次擊穿問題，安全工作區(qū)寬，并且輸入阻抗可達(dá)幾十兆歐。 但功率MOS的缺點(diǎn)有：電流容量低，承受反向電壓小。 2.23與GTR、VDMOS相比，IGBT管有何特點(diǎn)?答：IGBT的開關(guān)速度快，其開關(guān)時(shí)間是同容量GTR的1/10，IGBT電流容量大，是同容量MOS

5、的10倍；與VDMOS、GTR相比，IGBT的耐壓可以做得很高，最大允許電壓UCEM可達(dá)4500V，IGBT的最高允許結(jié)溫TJM為150，而且IGBT的通態(tài)壓降在室溫和最高結(jié)溫之間變化很小，具有良好的溫度特性；通態(tài)壓降是同一耐壓規(guī)格VDMOS的1/10，輸入阻抗與MOS同。 2.25在SCR、GTR、IGBT、GTO、MOSFET、IGCT及MCT器件中，哪些器件可以承受反向電壓？哪些可以用作靜態(tài)交流開關(guān)？ 答：SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT都可承受反向電壓。SCR可以用作靜態(tài)開關(guān)。 3.1 開關(guān)器件的開關(guān)損耗大小同哪些因素有關(guān)？ 答：開關(guān)損耗與開關(guān)的頻率和變換電路的形態(tài)性能等因素有

6、關(guān)。 3.2 試比較Buck電路和Boost電路的異同。 答；相同點(diǎn)：Buck電路和Boost電路多以主控型電力電子器件（如GTO，GTR，VDMOS和IGBT等）作為開關(guān)器件，其開關(guān)頻率高，變換效率也高。 不同點(diǎn)：Buck電路在T關(guān)斷時(shí)，只有電感L儲(chǔ)存的能量提供給負(fù)載，實(shí)現(xiàn)降壓變換，且輸入電流是脈動(dòng)的。而Boost電路在T處于通態(tài)時(shí)，電源Ud向電感L充電，同時(shí)電容C集結(jié)的能量提供給負(fù)載，而在T處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，由L與電源E同時(shí)向負(fù)載提供能量，從而實(shí)現(xiàn)了升壓，在連續(xù)工作狀態(tài)下輸入電流是連續(xù)的。 3.3 試簡述Buck-Boost電路同Cuk電路的異同。 答：這兩種電路都有升降壓變換功能，其輸出電

7、壓與輸入電壓極性相反，而且兩種電路的輸入、輸出關(guān)系式完全相同，Buck-Boost電路是在關(guān)斷期內(nèi)電感L給濾波電容C補(bǔ)充能量，輸出電流脈動(dòng)很大，而Cuk電路中接入了傳送能量的耦合電容C1，若使C1足夠大，輸入輸出電流都是平滑的，有效的降低了紋波，降低了對(duì)濾波電路的要求。 3.4 試說明直流斬波器主要有哪幾種電路結(jié)構(gòu)？試分析它們各有什么特點(diǎn)？ 答：直流斬波電路主要有降壓斬波電路（uck），升壓斬波電路（oost），升降壓斬波電路（uckoost）和庫克（ook）斬波電路。 降壓斬波電路是：一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的變換電路。它主要用于直流穩(wěn)壓電源和直流直流電機(jī)的調(diào)速。 升壓斬波電路是

8、：輸出電壓的平均值高于輸入電壓的變換電路，它可用于直流穩(wěn)壓電源和直流電機(jī)的再生制動(dòng)。 升降壓變換電路是輸出電壓平均值可以大于或小于輸入直流電壓，輸出電壓與輸入電壓極性相反。主要用于要求輸出與輸入電壓反向，其值可大于或小于輸入電壓的直流穩(wěn)壓電源。 庫克電路也屬升降壓型直流變換電路，但輸入端電流紋波小，輸出直流電壓平穩(wěn)，降低了對(duì)濾波器的要求。 3.7 有一開關(guān)頻率為50kHz的Buck變換電路工作在電感電流連續(xù)的情況下，L=0.05mH，輸入電壓Ud=15V，輸出電壓U0=10V (1) 求占空比D的大?。?(2) 求電感中電流的峰-峰值I； (3) 若允許輸出電壓的紋波U0/U0=5%，求濾波電

9、容C的最小值。 3.9 在Boost變換電路中，已知Ud=50V，L值和C值較大，R=20，若采用脈寬調(diào)制方式，當(dāng)Ts=40s，ton=20s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U0和輸出電流平均值I0。 3.10 有一開關(guān)頻率為50kHz的庫克變換電路，假設(shè)輸出端電容足夠大，使輸出電壓保持恒定，并且元件的功率損耗可忽略，若輸入電壓Ud=10V，輸出電壓U0調(diào)節(jié)為5V不變。試求: (1) 占空比； (2) 電容器C1兩端的電壓Uc1； (3) 開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。 4.1 什么是電壓型和電流型逆變電路？各有何特點(diǎn)？ 答：按照逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)為電壓源的逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流

10、側(cè)為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(diǎn)是： （1） 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 （2） 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)，而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同，其波形接近于三角波或正弦波。 （3） 當(dāng)交流側(cè)為阻感性負(fù)載時(shí)，需提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了二極管。 （4） 逆變電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的，因直流電壓無脈動(dòng)，故功率的脈動(dòng)是由交流電壓來提供。 （5） 當(dāng)用

11、于交直交變頻器中，負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果電動(dòng)機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)，就必須向交流電源反饋能量。因直流側(cè)電壓方向不能改變，所以只能靠改變直流電流的方向來實(shí)現(xiàn)，這就需要給交直整流橋再反并聯(lián)一套逆變橋。 電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是： （1） 直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源，直流電流基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 （2） 因?yàn)楦鏖_關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作用，故交流側(cè)電流為矩形波，與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，而交流側(cè)電壓波形和相位因負(fù)載阻抗角的不同而不同。 （3） 直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，因電流不能反向，故可控器件不必反并聯(lián)二極管。 （4） 當(dāng)用于交直交變頻器且負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，若交直變換為可控整

12、流，則很方便地實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。 4.6 并聯(lián)諧振型逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換流，為了保證換流成功應(yīng)滿足什么條件？ 答：為了保證電路可靠換流，必須在輸出電壓u0過零前t時(shí)刻觸發(fā)T2、T3，稱t為觸發(fā)引前時(shí)間。為了安全起見，必須使4.7 試說明PWM控制的工作原理。 答：將一個(gè)任意波電壓分成N等份，并把該任意波曲線每一等份所包圍的面積都用一個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，且矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)任意波等份的中點(diǎn)重合，得到一系列脈沖列。這就是PWM波形。但在實(shí)際應(yīng)用中，人們采用任意波與等到腰三角形相交的方法來確定各矩形脈沖的寬度。 PWM控制就是利用PWM脈沖對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出

13、端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替所需要的波形。 4.8單極性和雙極性 PWM調(diào)制有什么區(qū)別？ 解：單極性控制方式在調(diào)制信號(hào)的正半個(gè)周期或負(fù)半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波是單極性輸出的，所得的波也是單極性范圍內(nèi)變化的。而雙極性控制方式中，三角波載波始終是有正有負(fù)，而輸出的波是雙極性的。 4.9 試說明PWM控制的逆變電路有何優(yōu)點(diǎn)？ 答：PWM電路優(yōu)點(diǎn)如下： （1）可以得到所需波形的輸出電壓，滿足負(fù)載需要； （2）整流電路采用二極管整流，可獲得較高的功率因數(shù)； （3）只用一級(jí)可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡單； （4）通過對(duì)輸出脈沖的寬度控制就可以改變輸出電壓的大小，大大的加快了逆變器的

14、響應(yīng)速度。 5.1 什么是整流？它與逆變有何區(qū)別？ 答：整流就是把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，而將直流轉(zhuǎn)換為交流電能稱為逆變，它是對(duì)應(yīng)于整流的逆向過程。 5.17 晶閘管裝置中不采用過電壓、過電流保護(hù)，選用較高電壓和電流等級(jí)的晶閘管行不行? 答：晶閘管裝置中必須采用過電壓、過電流保護(hù)，而不能用高電壓、高電流的晶閘管代替，因?yàn)樵陔姼行载?fù)載裝置中，晶閘管在開關(guān)斷過程中，可能會(huì)出現(xiàn)過沖陽極電壓，此時(shí)極易損壞晶閘管。當(dāng)未采取過電流保護(hù)，而電路過載或短路時(shí)更易損壞晶閘管。 5.18 什么是有源逆變？有源逆變的條件是什么？有源逆變有何作用？答：如果將逆變電路交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流電，

15、反送到電網(wǎng)上去稱為有源逆變。有源逆變的條件：（1） 一定要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓；（2） 變流器必須工作在2的區(qū)域內(nèi)使Ud0。有源逆變的作用：它可用于直流電機(jī)的可逆調(diào)速，繞線型異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速，高壓電流輸電太陽能發(fā)電等方面。5.20 無源逆變電路和有源逆變電路有何區(qū)別？ 答：有源逆變電路是把逆變電路的交流側(cè)接到電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流反送到電網(wǎng)去。無源逆變電路的交流側(cè)直接接到負(fù)載，將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流供給負(fù)載。 5.21 有源逆變最小逆變角受哪些因素限制？為什么？ 答：最小有源逆變角受晶閘管的關(guān)斷時(shí)間t

16、q折合的電角度、換相重疊角以及安全裕量角的限制。如果不能滿足這些因素的要求的話，將導(dǎo)致逆變失敗。 6.3晶閘管相控整流電路和晶閘管交流調(diào)壓電路在控制上有何區(qū)別？ 答：相控整流電路和交流調(diào)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個(gè)電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大小（相位控制）來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。但二者電路結(jié)構(gòu)不同，在控制上也有區(qū)別。 相控整流電路的輸出電壓在正負(fù)半周同極性加到負(fù)載上，輸出直流電壓。 交流調(diào)壓電路，在負(fù)載和交流電源間用兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管T1 、T2 或采用雙向晶閘管T相聯(lián)。當(dāng)電源處于正半周時(shí)，觸發(fā)T1 導(dǎo)通，電源的正半周施加到負(fù)載上；當(dāng)電源處于負(fù)半周時(shí)，觸發(fā)T2 導(dǎo)通，電源負(fù)半周便加到負(fù)載上。電源過

17、零時(shí)交替觸發(fā)T1、T2 ，則電源電壓全部加到負(fù)載。輸出交流電壓。 6.4交流調(diào)壓和交流調(diào)功電路有何區(qū)別？ 答：交流調(diào)功能電路和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，但控制方式不同。 交流調(diào)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個(gè)電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣碚{(diào)節(jié)輸出電壓的大小。 晶閘管交流調(diào)功能電路采用整周波的通、斷控制方法，例如以n個(gè)電源周波為一個(gè)大周期，改變導(dǎo)通周波數(shù)與阻斷周波數(shù)的比值來改變變換器在整個(gè)大周期內(nèi)輸出的平均功率，實(shí)現(xiàn)交流調(diào)功。 6.7試述單相交-交變頻電路的工作原理。 答：其電路有兩組整流圈，一組為正組整流器，另一組為反組整流器，其正組和反組整流器以交替地以低于電源的頻率切換正反組整流器的工作狀態(tài)，當(dāng)正組工作，反組封鎖時(shí)，負(fù)載輸出電壓為上正下負(fù)，如果負(fù)組工作，正組封鎖，則為上負(fù)下正，如果控制角的大小不變，則輸出電壓波形為矩形波，如果讓控制角按900逐漸減小，然后再從0