电力电子技术考点总结

电力电子技术考点总结

第 1 章绪论

1.什么是电力电子技术？(P1)

答：电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术。

2.电力变换分类？及其含义和主要作用？(P1)

答：电力变换分为四类：交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流。

3.电力电子技术的应用？(P6)

答1.一般工业2.交通运输3.电力系统4.电子装置用电源5.家用电器6.其他。

第 2 章电力电子器件

1.典型全控型器件的分类？(P25)

答：1.门极可关断晶闸管2.电力晶闸管3.电力场效应晶体管4.绝缘栅双极晶体管。

第 3 章整流电路

1.α= 0°时的整流电压、电流中的谐波有什么规律？(P75)

答：(1) m脉波整流电压u d0的谐波次数为mk(k = 1,2,3,…)次，即m的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次。(2) 当m一定时，随谐波次数增加，谐波幅值迅速减小，表明最低次(m次)谐波是最主要的，其他次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值d n的减小更为迅速。

(3) m增加时，最低次谐波次数增加，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速减小。

2.双反星形电路设置平衡电抗器的作用？没有会怎样？(P76)

答：双反星形电路中设置电感量为Lp的平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时导电，每组各承担一半负载，如果Lp同时只有一个导通，则原电路将变成六相半波整流电路。

3.逆变产生的条件？(P84)

答：(1)要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。(2)要求晶闸管的控制角α>π/2，使U d为负值。

4.逆变失败的原因？(P85)

答：(1)触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲。(2)晶闸管发生故障，在应该阻断时失去阻断能力，或在应该导通时不能导通，造成逆变失败。(3)在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，致使电路短路。(4)换相的裕量角不足，引起换相失败。

第 4 章逆变电路

1.换流方式分类？(P99)

答：(1)器件换流：利用全控型器件的自关断能力进行换流。(2)电网换流：由电网提供换流电压。(3)负载换流：由负载提供换流电压，凡是负载电流相位超前于负载电压相位的场合，都可以实现负载换流；

当负载为容性负载时，就可实现负载换流。(4)强迫换流：设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流。

第 5 章直流-直流变流电路

第6 章交流-交流变流电路

1.交流调压电路的几个概念？(P140)

答：(1)交流电力控制电路：把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。这种电路不改变交流电的频率。(2)交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便的调节输出电压的有效值。(3)交流调功电路：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断续周期数的比，可以方便的调节输出功率的平均值。

2.三相交流调压电路的星形联结电路中，根据晶闸管导通状态分为三种情况？(P146)

答：(1)三相中各有一个晶闸管导通，这时负载相电压就是电源相电压。(2)两相中各有一个晶闸管导通，另一相不导通，这时导通相的负载相电压是电源线电压的一半。(3)三相晶闸管均不导通，这时负载电压为零。

3.根据导通晶闸管个数以及半个周波内电流是否连续，将0°~150°的移相范围分为哪三个阶段？(P147)

答：(1)0°≤α<60°范围内，电路处于三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的交替状态，每个晶闸管导通角为180°-α。α=0°时是一种特殊情况，一直是三个晶闸管导通。(2)60°≤α<90°范围内，任一时刻都有两个晶闸管导通，每个晶闸管的导通角为120°。(3)90°<=α<150°范围内，电路处于两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状态，每个晶闸管导通角为300°-2α，而且这个导通角被分割为不连续的两个部分，在半周波内形成两个断续的波头，各占150°-α。

电力电子课后习题解答

第2章电力电子器件

2.3 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？

答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

2.4 图1－43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

I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。

解：a) I d1=

Im

2717

.0

)1

2

2

(

2

Im

)

(

sin

Im

2

1

4

≈

+

=

?π

ω

π

π

π

t

I1=

Im

4767

.0

2

1

4

3

2

Im

)

(

)

sin

(Im

2

1

4

2≈

+

=

?π

?

π

π

π

wt

d

t

b) I d2=

Im

5434

.0

)1

2

2

(

2

Im

)

(

sin

Im

1

4

=

+

=

?wt

d t

π

π

?

π

I2=

Im

6741

.0

2

1

4

3

2

Im

2

)

(

)

sin

(Im

1

4

2≈

+

=

?π

?

π

π

π

wt

d

t

c) I d3=

?=

2

Im

4

1

)

(

Im

2

1π

ω

π

t

d

I3=

Im

2

1

)

(

Im

2

1

2

2=

?t

dω

π

π

2.5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?

解：额定电流I T(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知

a) I m1

35

.

329

4767

.0

≈

≈

I

A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A

b) I m2

,

90

.

232

6741

.0

A

I

≈

≈

I d2A

I

m

56

.

126

5434

.0

2

≈

≈

c) I m3=2I=314 I d3=

5.

78 4

1

3

=

m

I

第3章 整流电路

3.1 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L=20Mh ，U 2=100V ，求当?=0α时和?60时的负载电流I d ，并画出U d 与I d 波形。

解：?=0α时，在电源电压U 2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L 储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压U 2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压U 2的一个周期中下列方程成立：

t U dt di L

d

ωsin 22=

考虑到初始条件：当0=t ω时i d =0可解方程：

）－（＝

t cos 1L U 2I 2

d ωω ?

=

π

ωωωπ

π

20

d )(d t cos 1L U 221I t ）－（)(51.22U 22A L ==ω

U d 与I d 的波形如下图：

当a=?60时，在U 2的正半周期?60~?180期间，晶闸管导通使电感L 储能，电感L 储藏的能量在U 2负半周期?180~?300期间释放，因此在U2的一个周期中?60~?300期间，下列微分方程成立：

t U dt di L

d

ωsin 22=

考虑到初始条件：当?=60t ω时i d =0可解方程得：

id=)cos 21

22t dt U ω－（

其平均值为

I d =?

=-3

53

2

2)(25.11L 2U 2)()cos 21(221ππ

ωωωωπ

A t d t L U ＝

此时U d 与i d 的波形如下图：

3.3 单相桥式全控整流电路，U 2=100V ，负载中R=20Ω，L 值极大，当α=?30时，要求： ①作出U d 、I d 、和I 2的波形；

②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2； ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：①U d 、I d 、和I 2的波形如下图：

②输出平均电压U d 、电流I d 、变压器二次电流有效值I 2分别为： U d =0.9U2cos α=0.9×100×cos ?30＝77.97（V ） I d ＝Ud/R=77.97/2=38.99(A) I 2=Id=38.99(A) ③晶闸管承受的最大反向电压为：

2U 2=1002=141.4(V) -

考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为： U N =(2~3)×141.4=283~424(V) 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 流过晶闸管的电流有效值为：

I VT =Id/2=27.57(A) 晶闸管的额定电流为：

I N =(1.5~2)×27.57/1.57=26~35(A) 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

3.5 单相桥式全控整流电路，U 2 =100V ，负载R=20Ω，L 值极大，反电势E=60V ，当?=30α时，要求：

①作出U d 、I d 和I 2的波形；；

②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次侧电流有效值I 2； ③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：①U d 、I d 和I 2的波形如下图：

②整流输出平均电压U d 、电流I d 、变压器二次测电流有效值I 分别为： U d =0.9U 2cos α=O.9×100×cos ?30=77.97(V) I d =(U d 一E)/R=(77.97一60)/2=9(A) I 2=I d =9(A) ③晶闸管承受的最大反向电压为：

2U 2=1002=141.4(V)

流过每个晶闸管的电流有效值为： I VT =I d /2=6.36(A) 故晶闸管的额定电压为：

U N =(2~3)×141.4=283~424(V) 晶闸管的额定电流为：

I N =(1.5~2)×6.36/1.57=6~8(A)

晶闸管额定电压和电流的具体敢值可按晶闸管产品系列参数选取。

3.7 在三相半波整流电路中，如果a 相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负

载下整流电压Ud的波形。

解：假设α=?0，当负载为电阻时，U d的波形如下：

当负载为电感时，Ud的波形如下：

3.9 三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？

答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相之间换相的的自然换相点

180。

不是同一点。它们在相位上相差?

3.10 有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是α，那么共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，例如都是a 相，在相位上差多少度？

180。

答：相差?

60

3.11 三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=50Ω，L值极大，当α＝?时，要求：

①画出U d、I d和I VT1的波形；

②计算U d、I d、I dT和I VT。

解：①U d、I d和I VT1的波形如下图：

②U d、I d、I dT和I VT分别如下

60=58.5(V)

U d=1.17U2cosα=1.17×100×cos?

I d＝U d/R=58.5/5=11.7(A)

I dVT=I d/3=11.7/3=3.9(A)

I VT=I d/3=6.755(A)

3.12在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压U d波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？

答：假设VTl不能导通，整流电压波形如下：

假设VT1被击穿而短路，则当晶闸管VT3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得VT3、VT5也可能分别被击穿。

60

3.13 三相桥式全控整流电路，U2 =100V，带电阻电感负载R=50Ω，L值极大，当α=?时，要求：

①画出U d、I d和I VT1的波形

②计算U d、I d、I dT和I VT

解：①U d、I d和I VT1的波形如下：

②U d 、I d 、I dT 和I VT 分别如下

U d =2.34U 2cos α=2.34×100×cos ?60=117(V) I d =U d /R=117/5=23.4(A) I DVT =I d /3=23.4/3=7.8(A) I VT =I d /3=23.4/3=13.51(A)

第4章 逆变电路

4.2 换流方式各有那儿种？各有什么特点？ 答：换流方式有4种：

器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。 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。 负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。

强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强追施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。

晶闸管电路不能采用器件换流,根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。

第5章 直流-直流变流电路

5.2 在图5-1a 所示的降压斩波电路中，已知E=200V ，R=10Ω，L 值微大，E=30V ，T=50μs ，ton=20μs ，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。

解：由于L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为

02020080()

50on t U E V T ?=== 输出电流平均值为

008030

5()10M U E I A R --=

==

5.5 在图3-2a 所示的升压斩波电路中，已知E=50V ，L 值和C 值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs ，

on

t =25μs 时，计算输出电压平均值

U ，输出电流平均值0

I 。

解：输出电压平均值为：

04050133.3()4025off T U E V t =

=?=-

输出电流平均值为： 00133.3 6.667()

20U I A R ===

第6章 交流-交流变流电路

6.1一台调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在α=0?时输出

功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%、50%时的开通角α。

解：α=0?时的输出电压最大，为

U omax =

1

1)sin 2(

1

U t U =?π

ωπ

此时负载电流最大，为

I omax =R U R u o 1

max =

因此最大输出功率为 P max =U omax I omax

输出功率为最大输出功率的80%时，有：

P max =U omax I omax =R U 2

1

此时

Uo=18.0U 又由

Uo=U 1πα

ππα-+22sin

解得

?=54.60α

同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有： Uo=15.0U 又由

Uo=U 1πα

ππα-+22sin

?=90α

6.2一单相交流调压器，电源为工频220V ，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH 。 试求：①开通角?的变化范围；②负载电流的最大有效值；③最大输出功率及此时电源侧的功率因数；④当?=?/2 时，晶闸管电流有效值﹑晶闸管导通角和电源侧功率因数。

解：（1）?

=???==-5.515.0102502arctan arctan 3

πω?R L

所以 ?≤≤?1805.51α （2）?α=时， 电流连续，电流最大且导通角?=? O U U =1

I o =

(

)

A

Z

Uo

27410

25025.0220

2

32

=???+=-π

(3) P=KW I U I U O O O 3.602742201=?==

1cos 1===

O

O

O I U I U S P λ

(4)由公式?

θ

?α?θαtan )sin()sin(-

-=-+e

当

2π

α=

时

??θ?

θ

cos )cos(

tan -

=-e

对上式?求导

?

??θ?

θ

cos tan 1)sin(tan --=--e

则由

1)(cos )(sin 2

2=-+-?θ?θ得

1cos )tan 1

1(22

tan 2=+

-

???

θ

e

ο

136tan ln tan =-=??θ

)

(123cos )

2cos(sin 21A Z

U I VT =++-

=

?θ?αθθπ

66.0)

22sin(2sin cos 11=+--===

πθααπθλU U I U I U O O O O

定向大题：

三相全控桥电动机负载要求可逆运行，主回路整流变压器接法是DY11，同步变压器接法是DY11-5，采用NPN 管锯齿波触发器，选择晶闸管的同步电压。

三相桥工作可逆，则同步电压滞后于主电压180

°

晶闸管

主电路电压

同步电压

三相桥式全控整流电路为220V、305A直流供电，整流变压器一二次侧线电压分别为380V、220V，要求启动电流限制在600A，当负载电流降至20A时，计算变压器晶闸管参数。

解：取

取故VT型号为Kp400-8型

变压器