题）37月20日，合计电力电子技术平时作业（2019年2题）一、填空题（12。
变频和变相 斩波、整流、逆变、 1、电力变换通常分为四大类，
要触发脉冲的幅度和功率达的到对所作用的可控硅有效2、晶闸管对触发脉冲的 要求是
能方便的改变同步后的延,和、 要可方便与被控的交流电周期同步
触发
迟时间。 串专用均流电的问题，解决的方法是 3、多个晶
闸管相并联时必须考虑 均流
O 抗器
路为—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4、电流源型逆变电路称此电路为_电压源型逆变电路 ,当直流侧
为电流源时,
。波形的方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SPWM5.
来代替上述方法，在—，实际应用中，采用_规则采样法法称_ 自然采样 法— 计算量大大减小的情况下得到的
效果接近真值。式普通型双向导通的晶闸管 式、_6、常用的晶闸管有_
普通型单向导通的晶闸管
两种。
时刻换流，二极管则触发 —7、单相半控桥整流电路，带大电感性负载，晶闸 管在_
电源电压过零点 时刻换流。—在 阻容吸_操
作过电压 ,可采取_浪涌电圧——、_8、过电压产生的原因—
保护。压敬电阻 晒推—、收 、— 强迫换流 _、_ _、_负载换流 自 然换流9、变频电路所釆取的换流方式
o 、 最大可关断阳极电流IATO 10、门极可关断 晶闸管主要参数有—
、_<> _ 直流斩、 、电力变换通
常分为四大类，即整流 逆变11 o
_交流变交流波 、—- 改变加到负载电路上的直.斩波器是
在接在恒定直流电源和负载电路之间，用于一 12 o 流电压平均值的一种电 力电子器件变流装置
）
（18题二、简答题使晶闸管导通的条件是什么？维持晶闸管导通的条件是什么？ 怎样才能使晶闸管由导1.通变为关断？
答:闸管导通的条件啓日极承爰正向电压，处于阻断状态的晶闸管.只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。门极 所力证向触发脉冲的最小宽度■应能?阳极电流达5!）维持通态所需要的最小阳极电流■即擎住电流IL以上.导通后的 昌闸管管压降很小。.
以下。使导通了的晶闸管关断的条件是使流过晶闸管的电流减小至一个小的数值，即维持电流IH其方法有二：1.减 小正向阳极电压至一^攵值一下?或加反向阳极电压。电阻.堵加负载回路中饥2 2?品闸管的触发脉冲 要满足哪些要求？ 答：-：触发脉冲信号要有足够大的电压和功率二：门极正向偏珈小越好三：脉)中 的前沿要陡、宽度应満足要求四：淆足主电路移相范围的要求 五：脉冲必须与晶闸管的阳极电压取得同步3.实 现有源逆变必须满足哪些必不可少的条件？答：才琲S桥蚯，1.实确源逆变必励卜 接一直流电源，其方向与晶闸管电流方向相同，其数值要稍大才餾C直流功率逆变为交流使(a >90?)区域，Ud<0 . 自魂型变自踵。另外变流鐵濒工作在*90?.功磁送电网。电圧型逆变电路中反馈二极管的 作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极4.
管？答：为了给交缓冲无功能星的作用?在电压型逆变电路中,当交流侧为阻感负栽时亲要提供无功功班直流侧电 容起
电流逆变桥各皆都并联了反馈二极管流侧向直流侧反馈的无功能星提供通道?当揃出交流电压和电流的极性相同时.
由反馈二极管提供电流通道经电路中的可控开关器件通，而当揄出电压电流极性相反时,当奏要从交流侧向直流侧反馈 无功能星?在电流型逆变电路电直流电流极性昱一走的无功能星由直流侧电感来缓冲,.?时，电流并不反向因此不需要并联 反馈二极岂依然经电路中的可控开关器件流通
的作用是什么？ R在晶闸管两端并联、C吸收回路的主要作用有哪些？其中电阻 R5.
答:形成CR的作用为：使L、R、C回路的作用昱:吸收伺闸管瞬间过电压，限制电流上升率,动态均压作用。阻 尼蘇?不会产乂瞬过蚯?减小昂闸管的开?电沆t升率?臨氏开鳄耗。根据对输出电丿代平均值进 行控制的方法不同，直流斩波电路可有哪三种控制方式？并6.简述其控制原理。
答：固走趣调脉宽，固锁飙舷，调频调宽PWM单极性和双极性调制有什么区别？ 7. 答:波丿呂PWM在半个周三角波作为载波，在信号波正弦波的正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的 SPWMS若三角波始终昱有正有负为双极性的.所得的期中也只在单极性范围内变化.称为单极性SPWM控制方式.
波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性SPWM控制方式。
8.什么是逆变失败？逆变失败后有什么后果？形成的原因是什么？
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 桥迸入整流状态,适成两电源顺向联接.形成短路。逆变失败后果星严重的,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：一昱逆变角太小；二1出现触发脉冲丢失；三昱主电路器件损 坏;四是电 源缺相第9.什么是逆变失败？如何防止逆变失败？
答：逆变运行时,一旦发生换流失败，夕卜接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路,或肴使变流器的揃出平均电压 和直流电动势变为顺向串联■由于逆变电路内阻很"、■形成很大的短路电流,称为逆变失败或逆变顛覆。
防止逆变失败的方法有:采用精确可靠的鯨发电路.使用性能良好的伺闸背■保证交流电源的质量■留出充足的操 向
裕星角隧 换流方式各有那儿种？各有什么特点？ 10.
答：换流方式有4种：詔锵流：利用全控器件的目关断能力迸行换流。全控型器件^用此涣流方式.电网换流： 由电网提供换流电压,只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。负栽涣流：由负栽提賤流电压「当负我为电 容性负栽即负我电流超前于负栽电压时■可实现负载换沆 冷迫换流:设置附力瞰流电路,给欲关断的晶闸管强迫施加 反向电压换飾为强迫换流。通常是利用附加电容上的能星实现?也称电容换流。种方式。邑闸管电路不能用詔牛涣 流，根据电路形式采用电题流、负载换溺西虽回奂流3 11.软开关电路可以分为哪儿类？答：根
据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为 零电压电路和零电流电路两大类。12.PWM逆变电路的控制方法主要有哪儿种？ 简述异步调制与同步调制各有哪些优缺点？答：逆变电路的常用控制方法有两种,—星计算法；
二昱调制法。其中调制法又可分为两种,一昱异步调pwm制法；二星同步调制法.通帛异步调制法瞬e裁波频率不 变f信号频率根垢崇要而改变时.载波比是变化的。优点星:信号频率较低时裁波比较大,一周期内脉冲数较多「揄出 较接近政波。缺点星：正负半周脉冲数不相等,对称性差。因此?希里采用较高的载波频率?以克^在信号频率较高
时仍能u的载波比。同步调制时,保持载波比为常数.并在变频时使载波和信号波保持同步变化。优点星:信号
时仍能
波一周内揄出的脉冲数昱固定的，脉冲相位也是固走的，对称性好.缺点是:当逆变频率较低时，载波频率也很低，造 成调制谐波不易滤除；逆变频率较高 时r调制载波频率也过髙,使开关器件的开关频率过高而难以承受。控制的
基本原理是什么？ 13.PWM答：）科勰:酬序娥是对逆变电路开关詔牛的?瞇行控制，槪 出鋳得至—系列幅值相等PWM脉宽调制（的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所矣要的波形?也就是在揃出波形的 半个周期中产生多个㈱中.使各脉冲的等值电压为正弦波形,所获得的揄出平滑且低次谐波少。按 V的规则对各脉 冲的宽度进行调制.即可改变逆变电路输出电压的大＜h.也可改变揄出频率。
、14什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？答： 等于常数?并
寸使栽波信号异步调制指载波信号和调制信号不翱同步关粟m;同步调制指载波比和调制信号保持同步的
调制方式。采用异步调制输出,要尽星提高载波频率■使调制信号频率较高时仍能保持较大的载乘用同步调制时,在逆
变电路揄出频率低时?如果负载为电动机‘会有较大的糜声，彩吭电动波比?从而改善揄出蒔性；机性能! 、带
平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异 同？ 13答：）三相桥式电路昱两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联,且后者需要帝 电抗器。1.而整流电流平相等时■双反星形电路的整流电压平均值Udl/2星三相桥式电路的U22 ）当变压器二次电压 有效值倍。Id是三相桥式电路的2均值 的波形形状一样。和整流电流id ）在两种电路中，器闸管的导通及触发脉沖 的分配焙星-样的，整流m?3udi6、交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用 途是什么？
答：效率较高（一次变流1可方便地实现四剝艮I作.低彌出波形接近正弦磁线复杂?采用三相桥式电路的三 相交交变频器至少要用36只晶闸管。爰电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低。揃入功率因数较伍揄入电
流瞬鏈大，频谱复
杂。.
以上的大功些彳陽速的交流调速电路中。目前已在轧机主传动装置、鼓风机、矿石破或500kW主要用于lOOOkW 机、球磨机、卷扬机等场合应用。
飙用于鳧理咖L也可用于同步罰H传讥17、在移相全桥零电圧开关PWM电路中，如 果没有谐振电感L「电路的工作状态将发生哪些变化，哪些开关仍是软开关， 哪些开关将成为硬开关？
答：如果没有谐振电感Lr,电路中的电容CS1, C S2与电感L仍可构成谐振电路, 而电容C
S3, C S4将无法与Lr构成谐振回路，这样,S3、S4将变为硬开关，SI、S2仍为软 开关。
18.如何防止电力MOSFET因静电感应应起的损坏？
答：电力MOSFET的桶极绝绦层很薄弱?容易被击穿而损坏。MOSFET的揃入电容是低泄漏电容,当栅极开路时极
易爰静电干扰而充上超过20的击穿电压,所以为防止MOSFET因静电感应而引起的损坏，注意以下几点:
F在不用时将其三个电极短接；
装配时人体.工作台.地?测如所有仪彫卜壳^§地;
电路中?栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高
漏.源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。
一走要用严溶喊又好亚?的仪器检测再迸行援「保磁％率！三■计算 题绘图 （7题）
如图所示的降压斩波电路中,已知E=100V, R=10Q, L值极大,E=30V, T=50 us, Mon=20us,计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io。
0-解：Uo= ton/T*E=20/50*200=80V Io= （Uo- E）/ R=5Am
在图示升压斩波电路中，已知E=50V,负载电阻R=20Q, L值和C值极大, 采用脉宽调制控制方式，当T=40 n s, t=25us时，计算输出电压平均值U,输 出电流Y均值Io OonO
解：U= (T/15) *E=133.3V 1= U/R=133.3/20=6.667Ao oo
如下图所示的三相半波可控整流电路，相电压0100V,带电阻电感负载，R=5
Q, L值产60时，求：（1）画出u、i和i的波形；（2）计算U极大，当、I、I 和 I O VTdTddVTldd
I=cos 解：u =1.17 U V ddbcudidLR ii/R=58?
I=cos 解：u =1.17 U V dd
=6.76A II =1/3 * I=3.9AxidTd
时输出功率一调光台灯山单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载， 在a =04. , 50%时的开通角a。为最大值，试求功率为最大输出功率的80%解。
= 30Q, L值极大，当a 5 ?如图所示单相桥式全控整流电路，U=100V,负载中 R=22,变压器12 ()求整流输出平均电压U、电流(1)作出u、i、和i的波形； 时，求：dd2dd 3)考虑2倍安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。二次
、解：2，变压器二欠侧Ud、电流Id整流揃出平均电压分别为电流有效值1277.97(A) ° = xcos300.9 = 0.9 U2 cosa
=x 100Ud9(A) = - 60)/2 ? E)/R = (77.97 = Id (Ud9(A) Id = 12 =
3.晶闸管承爰的最大反向电压为：
U2 = 100 = 141.4 ( V )
流过每个晶闸肓的电流的有效值为:
IVT = Id/ =6.36( A)
故昂闸管的额走电压为：
UN 二(2~3)x 141.4 = 283-424 ( V )
昌闸管的额走电流为：
IN = (I?5~2)x6?3&l?57 二6~8 ( A )
昌闸管;g电压和电流的具体数值可按昂闸管产品至列参数选取。
昌闸管;
时, = ,U2=100\【负载中R=2030Q,L值极大。单相桥式全控整流电路6. Ud、Id、 和12的波形； 要求:①作岀 ②求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二
次电流有效值12;
确定品闸管的额定电圧和额定电流。③考虑安全裕量，解：2、整禎出平均电压Ud、 电流Id ,变压器二次側电流有效值12分别为Ud = 0.9 U2 cosa = 0.9xl00xcos30° = 77.97(A)
Id = (Ud - E)/R = (77.97 - 60)/2 = 9(A) I2 = Id = 9(A)
3品闸管承爰的最大反向电压为：U2 = 100 = 141.4( V )流过每个厨闸莒的电流的有效值为:IVT = Id = 6.36( A ) 故伺闸管的额走电压为：UN = (2~3)“41?4二283~424( V)晶闸営的霰走电流为：IN = (1.5-2)x636 1.57 = 6-8
(A )晶闸管额走电压和电流的具体数值可按晶闸営产品浆列参数远取。
7?指出下图中①?⑦各保护元件及VD、Ld的名称和作用。
解：①星形接法的硒堆过电压保护；
三角形接法的阻容过电压保护；
桥臂上的快速熔断器过电流保护；
晶闸管的并联阻容过电压保护；
桥臂上的晶闸管串电感抑制 电流上升率保护;