国脉信息学院电力电子课程复习重点.docx

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国脉信息学院电力电子课程复习重点

第1章绪论

掌握电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容，

熟悉电力电子技术和发展历史；

熟悉电力电子技术的应用范围；

熟悉电力电子技术的发展前景；

深刻理解本课程的内容、任务与要求。

考核知识点：

电力电子技术的概念、电力电子器件的分类、电力电子电路的种类、电力电子技术的应用。

第2章电力电子器件

第9章电力电子器件应用的共性问题

一、要求掌握的重点内容：

1、电力电子器件的特征和分类；

2、半控型器件：

晶闸管的结构与工作原理；

3、典型全控型器件：

门极可关断晶闸管，电力晶体管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管的结构与工作原理；

4、电力电子器件的保护；

5、电力电子器件的驱动电路。

二、要求深到理解的内容：

1、不可控器件——电力二极管的特性；

2、晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管的基本特性；

3、器件的串联与并联等；

三、要求了解的内容：

1、晶闸管的主要参数；

2、4种典型全控型器件的主要参数；

3、其他新型电力电子器件的工作原理。

四、难点：

器件电流定额的确定，器件的正确选择。

五、考核知识点：

电力电子器件的分类和特点；功率二极管的分类及各类的适用范围；功率二极管的伏安特性；晶闸管的分类及特点；晶闸管的内部结构以及符号；为什么晶闸管一旦导通，门极便失去控制作用；晶闸管的导通和关断条件；晶闸管的伏安特性；晶闸管的电压定额和电流定额；IH、IL的定义及其区别与联系；晶闸管的主要派生器件有那些，它们都有什么特征；常见全控器件有几种，请列举出其名称和符号，以及各种全控器件的优缺点。

六、本章重点难点分析

有关晶闸管电流计算的问题：

晶闸管是整流电路中用得比较多的一种电力电子器件，在进行有关晶闸管的电流计算时，针对实际流过晶闸管的不同电流波形，应根据电流有效值相等的原则选择计算公式，即允许流过晶闸管的实际电流有效值应等于额定电流IT对应的电流有效值。

利用公式I=kf×Id=1.57IT进行晶闸管电流计算时，一般可解决两个方面的问题：

一是已知晶闸管的实际工作条件（包括流过的电流波形、幅值等），确定所要选用的晶闸管额定电流值；二是已知晶闸管的额定电流，根据实际工作情况，计算晶闸管的通流能力。

前者属于选用晶闸管的问题，后者属于校核晶闸管的问题。

计算与选择晶闸管的额定电流

解决这类问题的方法是：

首先从题目的已知条件中，找出实际通过晶闸管的电流波形或有关参数（如电流幅值、触发角等），据此算出通过晶闸管的实际电流有效值I，考虑（1.5~2）倍的安全裕量，算得额定电流为IT=（1.5~2）I/1.57，再根据IT值选择相近电流系列的晶闸管。

六、本章典型例题分析

例2.1晶闸管导通和关断的条件是什么？

解：

晶闸管导通条件是：

1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。

在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。

例2.2单相正弦交流电源，其电压有效值为220V，晶闸管和电阻串联相接，试计算晶闸管实际承受的正、反向电压最大值是多少？

考虑2倍安全裕量，晶闸管的额定电压如何选取？

解：

晶闸管所承受的正、反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值：

220

=311V；考虑2倍安全裕量，则晶闸管额定电压不低于2×311=622V，可取为700V。

第3章整流电路

一、要求掌握的重点内容：

1、单相可控整流电路：

单相半波可控整流电路，单相桥式全控整流电路，单相桥式半控整流电路。

这三种可控整流电路在电阻性负载和大电感性负载（包括有无续流二极管）时的工作原理，波形分析和数量关系以及单相桥式半控整流电路在大电感性负载时的失控现象。

2、三相可控整流电路：

三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路。

这两种可控整流电路在电阻性负载和大电感性负载时的工作原理，波形分析和数量关系以及三相桥式全控整流电路对触发电路的要求；

3、变压器漏感对整流电路的影响；

4、整流电路的有源逆变工作状态。

二、要求深刻理解的内容：

1、整流电路在反电动势负载时的工作情况，

4、相控电路的驱动控制。

三、要求了解的内容：

1、整流电路的谐波和功率因数。

四、难点和重点：

可控整流电路的波形分析和数量关系。

五、考核知识点：

各类可控整流电路分析（包括电阻、电感、电动势负载）；有源逆变电路的分析；半控桥式电路为什么会产生失控现象？

如何避免？

三相半波整流电路中整流变压器接线形式及目的是什么？

电感负载ud为何会出现负值；三相全控桥式电路对脉冲的相位和宽度有什么要求？

RE负载与R负载相比，Ud、Id、θ、IdVT、IVT有什么变化；RLE负载与R负载相比，Ud、Id、θ、IdVT、IVT、I2、P有无不同；交流回路电感效应会产生什么影响；逆变、有源逆变、无源逆变的定义；逆变产生的条件；有源逆变的应用；逆变失败的定义和原因。

六、本章重点难点分析

波形分析法：

整流电路的分析，通常采用波形分析法。

所谓波形分析法，是指根据电源电压和控制角以及负载性质，作出负载电压、负载电流、整流元件的电压和电流等波形图，再由波形图推导出该电路基本电量的计算公式和数量关系。

具体来说，分析方法和步骤如下：

1）绘出主电路原理图，包括标明交流电压、各整流元件序号和负载性质。

2）画出各相电压或线电压波形图，并确定整流元件的自然换相点。

3）根据控制角在相应位置上绘出触发脉冲，并标明相应序号。

4）根据可控整流电路的工作原理，绘出负载电压、负载电流、晶闸管电流以及晶闸管两端电压的波形，

5）根据波形图推导出基本电量的计算公式。

变压器漏抗对整流电路的影响：

通常整流电路输入端都接有整流变压器，由于整流变压器存在漏抗，在换相时，对整流电压波形将产生影响，不仅产生换相压降，而且使相电压和线电压波形出现缺口，造成电网电压发生畸变。

七、本章典型例题分析

例3.1接有续流二极管的单相半波可控整流电路，带大电感负载，R=5Ω，变压器二次侧电压U2=220V。

试计算当触发角α分别为30°和60°时，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值和有效值；问在什么情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？

解：

1）当α=30°时，

流过晶闸管的电流平均值为

流过晶闸管的电流有效值为

流过续流二极管的电流平均值为

流过续流二极管的电流有效值为

2）当α=60°时，

流过晶闸管的电流平均值为

流过晶闸管的电流有效值为

流过续流二极管的电流平均值为

流过续流二极管的电流有效值为

3）要使IdD＞IdT，由公式知，只需满足

＞

，即

＞0°

例3.2在单相桥式全控整流电路中，如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，该电路的工作情况将如何？

如果这只晶闸管被烧成短路，该电路的工作情况又会如何？

答：

如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，则该单相桥式全控整流电路将作为单相半波可控整流电路工作；如果这只晶闸管被烧成短路，则会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重情况下甚至可能使整流变压器因过流而损坏。

因此，在设计电路时，在变压器二次侧与晶闸管之间应串联快速熔断丝，起到过流保护的作用。

例3.3单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是什么？

在何种情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？

答：

单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是：

为感性负载中电感储存的能量提供一条专门的释放回路，以避免发生一只晶闸管持续导通而两只二极管轮流导通的“失控现象”。

由公式知，流过续流二极管的电流平均值

，

流过晶闸管的电流平均值

要使IdD＞IdT，则只需满足

＞

，即

＞

例3.4单相全控桥式整流电路，带阻感负载，R=1Ω，L值很大，即满足ωL>>R，U2=100V，当α=600时，求：

1）作出输出电压ud、输出电流id、变压器二次侧电流i2的波形；

2）求整流输出平均电压Ud、电流Id和二次侧电流有效值I2；

3）考虑两倍的安全裕量，选择晶闸管的额定电压和额定电流值。

解：

1）波形略

2）Ud=0.9U2Cosα=0.9×100×Cos60°=45V

Id=Ud/R=45/1=45A

I2=Id=45A

3）晶闸管可能承受的最大电压为UTM=

=141V，考虑2倍安全裕量,其值为282V，选额定电压为300V的晶闸管

流过晶闸管的电流有效值为IT=

Id=31.82A

考虑2倍安全裕量时晶闸管的平均电流为ITAV=2IT/1.57=40.54A，选额定电流为50A的晶闸管

第4章逆变电路

一、要求掌握的重点内容：

1、四种换流方式；

2、电压型逆变电路：

单相和三相逆变电路工作波形和电压计算式。

3、电流型逆变电路：

单相和三相逆变电路工作波形和电压电流计算式。

二、要求一般理解的内容：

多重逆变电路和多电平逆变电路。

三、难点：

三相电流型逆变电路，多电平逆变电路。

第5章直流-直流变流电路

一、要求掌握的重点内容：

基本斩波电路——降压、升压、升降压、Cuk斩波电路基本原理和主要电压电流波形和计算式。

二、要求深到理解的内容是：

复合斩波电路和多相多重斩波电路的工作原理；

三、要求一般理解的内容：

带隔离的直流-直流变流电路；

四、要求了解的内容是Sepic和Zeta斩波电路。

五、重点内容是：

降压、升压、升降压斩波电路

难点：

根据电路工作原理分析，画出各点的波形图，导出相关计算式。

第6章交流-交流变流电路

一、要求掌握的重点内容：

1、单相交流调压电路：

电阻负载和阻感负载工作波形图与相关波形计算式；

2、三相交流调压电路，星型联结电路，带电阻负载时改变控制角α负载相电压波形的变化情况；

3、交流调功电路的工作特点；

4、单相交交变频电路：

电路构成和基本工作原理，整流与逆变工作状态；

5、三相交交变频电路接线方式。

二、要求一般理解的内容：

1、单相交流调压电路谐波的特性；

2、斩控式交流调压电路；

3、三相交流调压电路多种接线形式；

4、交流电力电子开关；

5、单相交交变频电路输出正弦波电压的调制方法（余弦交点法）。

三、要求了解的内容：

1、三相交交变频电路改善输入功率因数和提高输出电压的方法；

2、单相及三相交交变频电路的输入输出特性；

3、矩阵式变频电路。

四、难点：

交交变频电路。

第7章PWM控制技术

一、要求深刻理解和掌握的重要内容：

1、PWM控制的基本原理；

2、PWM逆变电路及其控制方法；

3、PWM波形的生成方法。

二、要求一般理解的内容：

1、PWM逆变电路的谐波分析；

2、提高直流电压利用率和减少开关次数；

3、PWM逆变电路的多重化；

4、单相PWM整流电路，工作原理和运行方式相量图

5、PWM整流电路及其控制方法。

三、难点：

PWM的控制方法及波形的生成方法。

综合练习题

一、填空题

1．晶闸管是四层三端器件，三个引出电极分别为：

阳极、阴极和极。

2．一只额定电流为100A的普通晶闸管，其允许通过的电流有效值为A。

3．具有自关断能力的电力电子器件称为器件。

4．三相全控桥式整流电路中，采用共阴极组接法的三只晶闸管，要求其触发脉冲以1200

为间隔，依次在电源电压的半周触发各晶闸管。

5．在考虑变压器漏抗影响时，整流电路输出电压的平均值将。

6．三相全控桥式整流电路输出的电压波形在一个周期内脉动次。

7．采用时间比控制方式改变斩波器负载两端的平均电压，对斩波器触发脉冲的调制方法有三种，分别是；；。

8．降压斩波器中，电源电压Ud=50V，导通比为0.8，则负载电压平均值ULD为。

9．电流型逆变电路直流侧为，输出电流波形为。

10．根据调制脉冲的极性，PWM也有两种调制方式，分别是和调制。

二、简答题

1．试说明晶闸管的开通和关断的条件。

2．试说明晶闸管整流装置实现有源逆变的条件。

3．试说明整流电路中整流变压器二次侧相电压U2φ选得过高或过低，将出现什么问题？

4．单相半控桥整流电路带感性负载时，若该电路不接续流二极管，请对其可能发生的“失控”现象进行分析。

5．三相桥式全控整流电路带大电感负载时，以连接于A相的共阴极组晶闸管T1为例说明，在一个周期内，其承受电压的情况。

6．某单相可控整流电路，分别给阻性负载和蓄电池反电动势负载供电，在流过负载电流平均值相同的条件下，哪一种负载下晶闸管的额定电流应选大一些？

为什么？

三、计算题

1．单相桥式可控整流电路，带一大电感对蓄电池充电，R=3Ω，电感L足够大，U2=220V，

反电动势E=60V。

1）要保持充电电流为10A，估算此时的控制角α；

2）该电路中晶闸管承受的最大电压是多少？

2．单相全控桥式整流电路，带阻感负载，R=5Ω，L值很大，即满足ωL>>R，U2=100V，当α=600时，求：

1）作出输出电压ud、输出电流id、变压器二次侧电流i2的波形；

2）求整流输出平均电压Ud、电流Id和二次侧电流有效值I2；

3）考虑两倍的安全裕量，选择晶闸管的额定电压和额定电流值。

3．单相全控桥式有源逆变电路，回路电阻R=1Ω，平波电抗器Ld足够大，变压器二次电压有效值U2=220V，负载电动势Ed=-200V，当β=300时，求：

1）画出输出电压ud、流过晶闸管电流iT1的波形；

2）计算变流电路输出平均电压Ud、负载平均电流Id。

参考答案：

一、填空题（本大题共14小空，每小空2分，共28分）

1．门2．1573．全控型

4．正5．减小6．6

7．脉冲宽度调制；脉冲频率调制；调频调宽混合控制

8．40V9．电流源；矩形波10．单极性；双极性

二、简答题

1．晶闸管导通条件是：

1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。

在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。

2．1）变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电动势Ed，其极性应与晶闸管的导电电流方向一致；2）变流电路输出的平均电压Ud的极性必须为负，以保证与直流电源电动势Ed构成同极性相连，即控制角α＞90°，且满足∣Ud∣＞∣Ed∣。

3．整流电路中整流变压器二次侧相电压U2φ选得过高，则晶闸管运行时控制角过大，造成功率因数变坏，无功功率增大；选择过低，则有可能在最不利的运行情况下，即使晶闸管的控制角退到最小时，仍然不能达到负载要求的额定电压。

4．单相半控桥整流电路带感性负载时，不接续流二极管，将可能发生失控现象。

以晶闸管T1导通的情况为例，当交流电源电压在负半周时，负载电流通过T1和二极管D2续流，输出电压为零；当交流电源电压在正半周时，负载电流通过T1和二极管D4流通，输出电压为电源电压。

即在一个周期内，晶闸管T1持续导通，二极管D1、D2轮流导通，输出电压波形为正弦半波。

5．T1导通期间，承受正向管压降（≈0）为120°；T1关断期间，分别承受线电压uab、uac各120°。

6．反电动势负载时晶闸管额定电流应选大一些。

因为反电动势负载时，晶闸管的导通角θ比电阻性负载时小。

反电动势负载的电流波形系数Kf比电阻负载时大。

三、计算题（，本大题共3小题，每小题12分，共36分）

1．解：

1）Ud=0.9U2Cosα

Id=（Ud－E）/R=（0.9U2Cosα－E）/R

Cosα=（IdR＋E）/（0.9U2）=（10×3＋60）/（0.9×220）=0.445

α=63°

2）U=1.414×220=311V

2．解：

1）波形略

2）Ud=0.9U2Cosα=0.9×100×Cos60°=45V

Id=Ud/R=45/5=9A

I2=Id=9A

3）晶闸管可能承受的最大电压为UTM=

=141V，考虑2倍安全裕量,其值为

282V，选额定电压为300V的晶闸管

流过晶闸管的电流有效值为IT=

Id=6.363A

考虑2倍安全裕量时晶闸管的平均电流为ITAV=2IT/1.57=8.1A，选额定电流为10A的晶闸管

3．解：

1）波形略

2）Ud=-0.9U2cosβ=-0.9×220×cos30°=-171.5V

Id=28.5A