电力电子技术总复习

复习及期末考试安排1.今天和下周(第14周)共3×2个学时：课堂总复习。2.考试方式：闭卷考试。3.考试时间：第15周星期四(6月14日)上午8.30～10.30(共120分钟)4.考试地点：本大楼C-116教室5.考试纪律：参照(1)国家教育考试违规处理办法（2004年5月19日教育部令第18号发布）(2)教育部关于修改《国家教育考试违规处理办法》的决定(第33号令)第一章作业讲评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。理解：①电力电子技术中的“电力”指用本专业技术进行变换和处理的“电能”，不同于“电力系统”(发电、输电、配电)所指的“电力”，后者特指电力网的“电力”。“变换和控制”指改变电能的属性，如波形、电压、电流、频率等等。②电子技术包括“信息电子技术”和“电力电子技术”两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。2.说“电力电子技术的核心技术是变流技术”对吗？答：对。变流技术是用变换和控制的方法改变电能的属性，如波形、电压、电流、频率等等。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。电子技术包括“信息电子技术”和“电力电子技术”两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。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。第二章作业讲评1.解释：不可控器件、半控型器件、全控型器件，并举出代表性器件的名称。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：晶闸管导通条件：承受正向电压，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)。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。2.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”。3.教科书P42：第4题图2-27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，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。3.教科书P42：第4题a)答案解答：电流的平均值Id1：电流的有效值(均方根)I1:2mmd1mm440112()()sin()cos()10.271722222IIIftdtItdttIπππωωωωω222m1mm041131)()sin)()0.476722242IIftdtItdtI（ωω（ωω3.教科书P42：第4题b)答案解答：电流的平均值Id2：电流的有效值(均方根)I2:2md2mm04112()()sin()10.543422IIftdtItdtIωωωω2222m0421131)()sin)()0.67412242mmIIftdtItdtI（ωω（ωω3.教科书P42：第4题c)答案解答：方波电流平均值Id3：方波电流有效值(均方根)I3:22d3mm00111()()224IftdtIdtIωωω222230011()]()()222mmIIftdtIdt[ωωω4.简述晶闸管、MOSFET、GTR、IGBT的特点，并绘出各自的电路符号、引脚名称、及引脚代号。晶闸管：①半控型器件。②脉冲电流触发型器件。③功率可大可小，但开关频率低，驱动复杂。MOSFET：①全控型器件。②电压驱动型器件③优点：驱动功率小，开关频率高。缺点：导通压降偏高，工作电流偏小。(相对于GTR)GTR：①全控型器件。②电流驱动型器件③优点：导通压降低，工作电流大。缺点：驱动功率要求大，开关频率偏低。(相对MOSFET)IGBT：①全控型器件。②电压驱动型器件③兼MOSFET和GTR的优点。5.依据教材P20图2-8，简要说明晶闸管的工作原理。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，停止驱动电流IG，仍保持继续导通。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第三章作业讲评1.解释：AC-DC电路、AC-DC电路、DC-DC电路、AC-AC电路。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，可实现隔离作用。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。2.简述单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况。(设控制角=α，按电源u2正、负两个半周简述，参考教材P47图3-5)答：①闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。②在u2正半周期间：(a正b负)若4个晶闸管均不导通，id=0，ud=0,期间：VT1、VT4串联共同承受正向电压u2VT2、VT3串联共同承受反向电压u2在触发角处触发VT1和VT4，VT1和VT4导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。③当u2由正变负过零时，流经晶闸管的电流降到零，VT1和VT4自然关断。④在u2负半周期间：(a负b正)若4个晶闸管均不导通，id=0，ud=0,期间：VT1、VT4串联共同承受反向电压u2VT2、VT3串联共同承受正向电压u2仍在触发角处VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。⑤当u2由负变正过零时，流经晶闸管的电流又降为零，VT2和VT3自然关断。3.如右图二极管三相半波整流电路。(参考P53图3-13,把晶闸管改为二极管)说明在ωt1和ωt2两个电角度时刻：①哪个二极管导通？答：ωt1：VD2导通ωt2：VD1和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ubωt2：负载电压相电压uc=ua③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UbaVD3承受反向线电压Ubcωt2：VD2承受反向线电压Uab=Ucb④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。4.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？答：在ωt1～ωt2”期间内：VD3和VD2导通。在ωt2～ωt4”期间内：VD3和VD4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？答：在ωt2时刻发生“负极自然换相”：由uc换相到ua③在“ωt2～ωt4”期间负载电压是多少？答：负载电压ud=Uba=ub-ua④在ωt3时刻，二极管VD5承受的电压是多少？答：二极管VD5承受反向线电压Ubc=ub-uc=ub第四章作业讲评1.绘出如下逆变电路图(要求理解后闭书能独立绘出)①单相电压型半桥逆变电路；②单相电压型全桥逆变电路；③单相电压型带中心抽头变压器的逆变电路；④电压型三相逆变电路。并简要指出各电路的结构特点和工作特点。①单相电压型半桥逆变电路P101电路结构特点:1.两只可控器件组成两个桥臂，各自反并联一只续流二极管。2.两只电容器串联连接在直流电源上，两只电容器的联结处A点的电压等于二分之一直流电源电压。3.负载连接在两只电容器联结点A和两个桥臂连结点B之间。电路工作特点：1.两只开关器件V1和V2在一个周期内互补交替导通，轮流工作180度。2.输出电压为矩形波，电压幅值等于直流电源电压的一半。②单相电压型全桥逆变电路P102电路结构特点:1.四只可控器件组成四个桥臂，各自反并联一只续流二极管。2.负载连接在桥臂的两个连接点之间。电路工作特点：1.两组对角桥臂V1和V4、V2和V3在一个周期内交替导通，轮流工作180度。2.输出电压为矩形波，电压幅值等于直流电源电压。第六章作业讲评阻感负载的单相交流调压电路如右图上。设负载的阻抗角为：在晶闸管短接的稳态时，电压电流波形如右图下。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？在哪种条件下触发VT2，VT2才会导通？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。当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≤≤。)/(tg1RL第七章作业讲评P184“习题2”：注:设f=50Hz，半个周期(π)=10ms设P164中图7-3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。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(注意等效的三个条件)5m051m25m2552m5352m35532m5453m543m0sindcos0.09549rad0.3040(ms)22sindcos0.2500rad0.7958(ms)22sindcos0.3090rad0.9836(ms)22sindcos22UtttUUtttUUtttUUtttUωωωδωωωδωωωδωωωδ45254m5541m50.2500rad0.7958(ms)sindcos0.09549rad0.3040(ms)22UtttUδωωωδδ第八章作业讲评1.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”。2.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。3.解释“零电压开通”和“零电流关断”，并说明软开关对电力电子装置的作用和意义。答：零电压开通：开关在开通的过度过程中开关两端承受的电压为零。零电流关断：开关在关断的过度过程中流经开关的电流为零。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。4.解释“开关损耗”、“硬开关”、“软开关”。答：开关损耗：电力电子器件在导通、关断转变的过渡过程期间自身的电能损