电力电子作业辅导1.docx

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电力电子作业辅导1

1.什么是电力电子技术？

答：

应用于电力领域的、使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

是一门与电子、控制和电力紧密相关的边缘学科。

2.说“电力电子技术的核心技术是变流技术”对吗？

答：

对。

3.模拟电子技术和数字电子技术也是电力电子技术吗？

答：

不是。

4.举几例日常生活中应用电力电子技术的装置。

答：

电动自行车的充电器，手机充电器，电警棍等。

5.简答“开关电源”和“线性电源”的主要优缺点。

答：

开关电源：

优点：

体积小、重量轻、效率高、自身抗干扰性强、输入和输出的电压范围宽、可模块化。

缺点：

由于开关工作模式和高频工作状态，对周围设备有一定的干扰。

需要良好的屏蔽及接地。

线性电源：

优点：

电源技术很成熟，可以达到很高的稳定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的噪声干扰。

缺点：

是需要庞大而笨重的变压器，所需的滤波电容的体积和重量也相当大，效率低。

将逐步被开关电源所取代。

6.解释：

不可控器件（说明导通和关断的条件）、半控型器件、全控型器件，并举出代表性器件的名称。

答：

不可控器件：

不用控制信号来控制其通、断。

导通和关断取决于其在主电路中承受电压的方向和大小。

典型器件：

电力二极管

导通条件：

正向偏置，即承受正向电压，且正向电压＞阀值电压。

关断条件：

反向偏置，即承受反向电压。

半控型器件：

用控制信号来控制其导通，一旦导通门极就失去控制作用。

关断取决于其在主电路中承受的电压、电流的方向和大小。

典型器件：

晶闸管

全控型器件：

导通和关断均由电路的触发控制信号驱动（驱动状态需保持）。

典型器件：

GTR、IGBT、POWERMOSFET。

7.如图示的二极管伏安特性曲线，示意性地在坐标曲线上标注二极管的参数“反向击穿电压UB”、“门槛电压UTO”、“正向导通电流IF”及其对应的“正向压降UF”、“反向漏电流”。

答：

8.教科书P42：

第4题

图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，写出各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3的计算表达式（不必计算出结果）。

解：

9.依据教材P20图2-8，简要说明晶闸管的工作原理。

答：

晶闸管的工作原理:

开通：

在有阳极正向电压EA的情况下，驱动电路注入门极电流IG后，由于电源EA和晶闸管结构形成的电流IC1的正反馈作用，实现开通。

晶闸管开通后，如果保持阳极正向电压EA和晶闸管导通电流IK不变，停止驱动电流IG，晶闸管保持继续导通。

关断：

去掉阳极正向电压EA,或给阳极施加反压，使流过晶闸管的电流IK降低到接近于零的某一数值以下才能关断。

门极驱动控制不能关断已导通的晶闸管,只能依靠外部电路实施关断。

10.简述使晶闸管导通和关断的条件。

答：

导通条件：

承受正向阳极电压，并由电路的触发信号驱动（在门极施加触发电流）。

关断条件：

取决于其在主电路中承受的电压和电流状态。

即利用外加反向电压使晶闸管的电流减小到近于零（小于维持电流）。

11．绘出①晶闸管、②MOSFET（含N、P沟道两种）、③GTR、④IGBT四个常见电力电子器件的电路符号,并标注它们的引脚代号和引脚名称。

答：

12.解释AC-DC电路、AC-DC电路、DC-DC电路、AC-AC电路，并说明主要功能。

答：

AC-DC电路：

交流变直流即整流电路。

取交流电源供直流负载使用。

DC-AC电路：

直流变交流即逆变电路。

取直流电源供交流负载使用。

DC-DC电路：

直流变直流电路。

改变直流电源的电压，也可实现输入和输出之间的电气隔离作用。

AC-AC电路：

交流变交流电路。

可以改变交流电源的电压、频率、波形。

13.把“?

”改成答案和在括符中作出选择：

单相桥式全控整流电路带电阻负载电路如下图，设控制角=α。

①在u2正半周期间，电源电压相位小于α，四个晶闸管均（不导通/导通）。

②在u2正半周期间，在触发角处触发VT?

和VT?

，输出电流从电源a端到b端的流经回路是：

？

－？

－？

③在u2负半周期间，电源电压相位小于α，四个晶闸管均（不导通/导通）。

④在u2负半周期间，在触发角处触发VT?

和VT?

，输出电流从电源b端到a端的流经回路是：

？

－？

－？

答：

①（不导通）。

②（VT1和VT4）。

VT1－R－VT4

③（不导通）。

④（VT2和VT3）。

VT3－R－VT2

14.单相全波可控整流电路带电阻负载的电路图如下。

设控制角=α。

问：

在电源u2的两个正、负半周期间，各是哪个晶闸管工作，变压器哪个绕组中有电流？

答：

①在u2正半周期间，仅VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。

②在u2负半周期间，仅VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过电流。

15.下图三相二极管半波不控整流电路。

说明在ωt1和ωt2两个电角度时刻：

①哪个二极管导通？

②导通二极管向负载施加的电压是相电压或线电压（电压名称）？

③不导通的二极管，承受的是正向或反向电压？

是相电压或线电压（电压名称）？

④变压器原、副边的接线方式是Δ型或Y型？

思路：

任何时刻只有一只二极管导通给负载施加相电压，与该时刻相电压最高一相相连接的二极管导通。

解答：

①哪个二极管导通？

答：

ωt1：

VD2导通

ωt2：

VD1或VD3导通

②导通二极管向负载施加的电压是相电压或线电压（电压名称）？

答：

ωt1：

负载电压是相电压ub

ωt2：

负载电压相电压uc=ua

③不导通的二极管，承受的是正向或反向电压？

是相电压或线电压（电压名称）？

答：

ωt1：

VD1承受反向线电压Uba

VD3承受反向线电压Ubc

ωt2：

VD2承受反向线电压Uab=Ucb

④变压器原、副边的接线方式是Δ型或Y型？

答：

原边的接线方式是Δ型。

副边的接线方式是Y型。

16.如右图的二极管三相桥式不控整流电路。

说明：

①在“ωt1～ωt4”期间内有哪几个二极管导通？

②在“ωt1～ωt4”期间内有无自然换相？

是正极换相或负极换相？

③在“ωt2～ωt4”期间负载电压是多少？

④在ωt3时刻，二极管VD5承受的电压是多少？

思路：

任何时刻输出的线电压是正半周较高的相电压减负半周较低的相电压。

任何时刻有两只二极管导通，分别是连接正半周较高的相电压和负半周较低的相电压的二极管。

①答：

在ωt1～ωt2”期间内：

VD3和VD2导通。

在ωt2～ωt4”期间内：

VD3和VD4导通。

②答：

在ωt2时刻发生“负极自然换相”：

由uc换相到ua

③答：

负载电压ud=Uba=ub-ua

④答：

在ωt3时刻，二极管VD5承受反向线电压Ubc=ub-uc=ub

17.说明：

“有源逆变”与“无源逆变”的区别。

答：

无源逆变：

逆变电路输出电能到负载。

有源逆变：

逆变电路输出电能到电网。

18.如下图单相桥式逆变电路及其输出电压电流波形。

说明：

①桥式逆变电路把直流电Ud变成交流电uo的工作原理。

②如何改变逆变输出交流电的工作频率。

答：

对角两组开关S1、S4与S2、S3在一个供电周期的两个半周中轮流导通和关断。

改变供电周期的长短即可改变逆变输出交流电的工作频率。

19.绘出下述基本逆变电路图

①电压型单相半桥逆变电路

②电压型单相全桥逆变电路

③电压型单相带中心抽头变压器的逆变电路

④电压型三相逆变电路

20.如下图电压型三相桥式逆变电路，同一相的上下两个IGBT交替驱动180°，各相开始导电的角度依次相差120°。

三输出点U、V、W对于参考点N’的电压波形已给出。

在图中绘出逆变电路输出线电压uWU的波形。

解：

线电压uWU=uWN'-uUN'

如下图中蓝色波形：

21.说明（单端）正激电路和（单端）反激电路工作原理的区别。

答：

（单端）正激电路：

开关管导通期间：

电源通过变压器向负载提供能量。

开关管关断期间：

电源不提供能量，由电路储能向负载提供能量。

（单端）反激电路

开关管导通期间：

电源仅向变压器提供储能。

开关管关断期间：

电源不提供能量，由电路储能向负载提供能量。

22.阻感负载的单相交流调压电路和在晶闸管控制角=0时的电压电流波形如下图。

设负载的阻抗角为：

φ=tg-1（ωL/R）。

1.设ωt=φ～π期间VT1被触发导通。

问：

该期间电源与负载之间电能流动的方向？

答：

电源向负载提供电能。

2.在ωt=π～π+φ期间：

问：

电源与负载之间电能流动的方向？

答：

负载电感储能回馈到电源。

问：

在该期间内如果触发VT2，VT2是能否导通？

原因？

答：

在该期间内如果触发VT2，VT2不能导通。

因为VT2的阳极-阴极之间是承受的反向电压。

问：

在哪种条件下触发VT2，VT2才会导通？

答：

在ωt=π+φ～2π期间触发VT2，VT2才会导通.

3.本题调压电路的移相范围？

答：

的移相范围应为≤≤。

20.解释：

在PWM技术中的“面积等效原理”。

答：

冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

23.P184“习题2”

设图中的半周期的脉冲数为5，脉冲幅值为相应正弦波幅值的2倍，试按面积等效原理来计算各脉冲的宽度。

设f=50Hz，半个周期（π）=10ms

解：

将各脉冲的宽度分别用δ1、δ2、δ3、δ4、δ5表示，根据面积等效原理可得PWM脉冲序列各脉冲宽度如下：

24.实现电力电子装置的小型化、轻量化的基本技术手段是什么？

答：

“高频化”。

25.电力电子变换电路工作的“高频化”的带来的问题是什么？

解决措施是什么？

答：

“高频化”带来的不利因素是：

开关损耗增加，电磁干扰加剧。

解决措施是发展软开关技术。

26.解释“零电压开通”和“零电流关断”，并说明对电力电子装置工作的作用和意义。

答：

零电压开通：

开通时开关承受的电压为零。

零电流关断：

关断时流过开关的电流为零。

软开关可以降低开关损耗和减少开关噪声，实现装置的高频化，提高效率和电磁兼容指标，从而满足装置小型化、轻量化的目的。

27.解释“开关损耗”、“硬开关”、“软开关”。

答：

开关损耗：

电力电子器件在开通和关断的过渡过程中，存在非零电压与非零电流的重叠，二者的乘积构成“开关损耗”（包括“开通损耗”、“关断损耗”）。

硬开关：

关断时开关电流非零，开通时开关电压非零。

软开关：

关断时流过开关的电流为零（或“零电流关断”），

开通时开关承受的电压为零（或“零电压开通”）。