电力电子变换器的
电力电子技术试题及答案
电力电子技术试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 电力电子技术主要研究的是（）。
A. 电力系统的运行与控制B. 电力系统的规划与设计C. 电力电子器件及其应用D. 电力系统的保护与自动化答案：C2. 下列哪个不是电力电子技术中常用的电力电子器件？（）A. 晶闸管B. 绝缘栅双极晶体管C. 继电器D. 功率场效应晶体管答案：C3. 电力电子变换器的主要功能是（）。
A. 功率放大B. 电压变换C. 电流变换D. 以上都是答案：D4. 电力电子技术在以下哪个领域应用最为广泛？（）A. 通信技术B. 电力系统C. 计算机技术D. 机械制造答案：B5. 晶闸管的导通条件是（）。
A. 阳极电压高于阴极电压B. 门极电压高于阳极电压C. 阳极电流大于阴极电流D. 门极电流大于零答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 电力电子技术在以下哪些领域有应用？（）A. 电力系统B. 交通系统C. 工业自动化D. 家用电器答案：ABCD2. 电力电子变换器可以实现以下哪些功能？（）A. 交直流转换B. 直流电压变换C. 交流电压变换D. 功率因数校正答案：ABCD3. 下列哪些是电力电子技术中常用的控制方式？（）A. 脉宽调制B. 脉冲频率调制C. 恒压控制D. 恒流控制答案：ABD三、填空题（每题2分，共10分）1. 电力电子技术中，______是一种常用的交流-直流变换器。
答案：整流器2. 电力电子器件的开关特性决定了其在______电路中的应用。
答案：开关电源3. 电力电子技术在______领域可以实现能量的高效转换。
答案：新能源4. 电力电子变换器的输出电压与输入电压之间的关系可以通过______实现控制。
答案：调制技术5. 电力电子技术在______系统中可以实现对电机的精确控制。
答案：伺服驱动四、简答题（每题5分，共20分）1. 简述电力电子技术在电力系统中的应用。
答案：电力电子技术在电力系统中的应用主要包括电力系统的稳定控制、电能质量的改善、电力系统的自动化管理、以及电力系统的保护等。
电力电子技术之交流交流变换器介绍课件
仿真软件：选择合
1
适的仿真软件进行
建模和仿真
模型建立：根据变
2
换器的拓扑结构和
参数建立仿真模型
仿真参数：设置仿
3
真参数，如输入电
压、输出电压、频
率等
仿真结果：观察仿
4
真结果，分析变换
器的性能和稳定性
实验验证：在实际
5
硬件平台上进行实
验验证，验证仿真
结果的准确性
优化设计：根据仿
6
真和实验结果，对
变换器进行优化设
计，提高性能和稳
定性
交流交流变换器的发展趋势
交流交流变换器的技术挑战
高效化：提高变换器的效率，降低 损耗
集成化：将多个功能集成到一个模 块中，降低成本和体积
轻量化：减小变换器的体积和重量， 提高便携性
智能化：实现变换器的智能控制和 监测，提高系统的可靠性和稳定性
交流交流变换器的发展趋势
高频化：提高变换器的工作频率， 减小体积和重量
位的调节和控制。
交流交流变换器的控制策略
1 电压控制策略：通过控制输出电压来保持系统稳定 2 电流控制策略：通过控制输出电流来保持系统稳定 3 功率控制策略：通过控制输出功率来保持系统稳定 4 频率控制策略：通过控制输出频率来保持系统稳定 5 相位控制策略：通过控制输出相位来保持系统稳定 6 混合控制策略：结合多种控制策略来提高系统稳定性和性能
4
流电转换为交
流电
变频器：改变
5
交流电的频率
和相位
交流调压器：
6
调节交流电的
电压和相位
交流交流变换器的应用
电力系统：用 于电力系统的 电压调整和频 率控制
工业设备：用 于工业设备的 电压调整和频 率控制
电力电子变换器的工作原理及应用
电力电子变换器的工作原理及应用电力电子变换器是一种将电能从一种形式转换为另一种形式的装置，它通过电压和电流的变化来实现电能的转换和控制。
电力电子变换器在许多电力系统和电子设备中起着重要的作用，它广泛应用于工业、交通、通信等领域。
一、工作原理电力电子变换器的工作原理主要涉及到功率半导体器件的开关行为。
主要的功率半导体器件包括晶体管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）等。
这些器件通过控制电流和电压的开关状态，来实现对电能的变换和控制。
在电力电子变换器中，最常见的拓扑结构包括单相全控桥式变流器和三相全控桥式变流器。
其中，单相全控桥式变流器由四个可控硅器件组成，可以将交流电源转换为直流电源，进而实现对电能的控制。
而三相全控桥式变流器由六个可控硅器件组成，可以将三相交流电转换为直流电，用于驱动电动机等应用。
电力电子变换器的工作过程可以简单描述为：首先，通过控制器对变换器中的可控硅或其他功率开关器件进行开关控制；其次，电力电子变换器通过开关器件的导通和截止，实现对输入电压和电流的变换；最后，经过滤波电路的处理，输出稳定的电能供给给电机、电网等负载。
二、应用领域1. 电力系统电力电子变换器在电力系统中起着至关重要的作用。
它们可用于电力传输的高压直流输电系统（HVDC），将交流电转换为直流电以降低输电损耗和提高输电能力。
此外，电力电子变换器还被广泛应用于无功补偿装置、电力调制装置以及电力质量改善装置等领域，用于提高电能质量和电压的稳定性。
2. 工业在工业领域，电力电子变换器可用于可调速驱动器，用于控制电动机的转速和扭矩。
这种变换器可以根据需要调整电源电压和频率，实现更高的运行效率和精确控制。
同时，电力电子变换器还广泛应用于电焊机、电炉和数控设备等工业设备中，以满足不同的工作需求。
3. 交通电力电子变换器在交通领域中具有重要作用。
例如，交流传动机构中的变频器是一种电力电子变换器，它将交流电源转换为直流电并供给给电动机，从而实现电机转速的调节。
电力电子变换器设计
摘要电力电子变换器是应用电力电子技术将一种电能转变为另一种或多种形式电能的装置。
其中，直流变换器是一个重要部分，它是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器。
DC/DC全桥变换器由DC/AC和AC/DC两种电路形式组合而实现直直变换的，其中DC/AC全桥逆变器的主电路只有一种，但控制方式有三种，其输出不仅与开关器件状态有关，且与负载性质和大小有关。
在后两种控制方式中，电路是否具有续流管会直接影响其输出，同时在变换器的实际应用中还存在直流分量问题，其对电路性能有不良影响，要想办法抑制或消除。
关键字：直流变换器、控制方式续流管、全桥逆变器、输出整流滤波电路、直流分量的抑制目录一全桥逆换器及其控制1.1 双极性控制方式1.1.1 负载为纯电阻1.1.2 负载为电感1.2 有限双极性控制方式1.3 移相控制方式二PWM DC/DC全桥变换器2.1 具有续流管的DC/DC全桥变换器2.2 没有续流管的DC/DC全桥变换器三DC/DC全桥变换器中直流分量的抑制四设计结论五设计体会六参考文献一 全桥逆换器及其控制DC/DC 全桥变换器由全桥逆变器和输出整流滤波电路构成，首先就全桥逆变器的构成和工作原理做一下简单概述。
1.1 双极性控制方式全桥逆变器的主电路如图1-1所示，有四只功率管1Q ~4Q ，反并联二极管1D ~4D 和输出变压器r T 等构成。
输入直流电源电压为in V ，输出交流电压为o v ，变压器r T 的原边绕组接与AB 两端。
变压器原边绕组匝数为1N ，副边匝数为2N ，变比21/N N K =。
1.1.1 负载为纯电阻晶体管为脉宽调制（PWM ）工作方式，在一个开关周期S T 的前半周，1Q 和4Q 导通2/S T D ⨯，D 为占空比，2/s on T T D =，后半周期为2Q 和3Q 导通，导通时间也为2/S T D ⨯。
1Q 和4Q 导通时in AB V v -=，1Q 和4Q 与2Q 和3Q 均截止时，0=AB v 。
电路中的电力电子变换器与控制
电路中的电力电子变换器与控制电力电子变换器是电路中广泛应用的一种电力转换装置，它能够将电能在不同电压、电流和频率下进行变换。
在各种电力电子设备中，电力电子变换器是至关重要的组成部分，能够满足各种电力需求，并实现能源的有效利用。
本文将探讨电路中的电力电子变换器的原理、应用以及相应的控制方法。
一、电力电子变换器的原理与分类电力电子变换器的工作原理是利用开关器件（如晶体管、功率MOSFET、IGBT等）进行电能的转换。
它根据输入和输出电信号的性质的不同进行分类。
常见的电力电子变换器包括交流/直流变换器（AC/DC Converter）、直流/交流变换器（DC/AC Converter）、直流/直流变换器（DC/DC Converter）等。
这些变换器可根据不同的电力应用进行组合和调节，以满足各种电力需求。
1. 交流/直流变换器交流/直流变换器将交流电转换为直流电，常见的应用是电源适配器，它能够将交流电源转换为所需的直流电压和电流以供设备使用。
其主要电路包括整流器和滤波器两部分，整流器将交流电转换为脉动的直流电，而滤波器则平滑输出的直流电。
控制方法主要包括PWM控制和电流控制等。
2. 直流/交流变换器直流/交流变换器将直流电转换为交流电，常见的应用包括逆变器和交流调压器。
逆变器能够将直流电源转换为交流电源，常用于太阳能发电系统和UPS（不间断电源）等领域。
交流调压器则能够调节交流电压的大小，以适应各种负载需求。
其控制方法包括SPWM（正弦波脉宽调制）控制和多电平逆变控制等。
3. 直流/直流变换器直流/直流变换器能够将直流电转换为不同电压和电流的直流电，常见的应用包括DC-DC Buck Converter和Boost Converter等。
Buck Converter能够将输入电压降低到所需的输出电压，而Boost Converter 则能够将输入电压提升到所需的输出电压。
其控制方法包括脉宽调制控制和电流反馈控制等。
电力电子变换器
电力电子变换器电力电子变换器是一种能够将电能从一种形式转换为另一种形式的设备。
在现代能源系统中，电力电子变换器扮演着关键的角色，其在能源转换、电力传输以及能源利用方面发挥着重要作用。
本文将对电力电子变换器的原理、分类以及应用进行介绍。
一、原理电力电子变换器通过调整电压、电流的大小和形状，将电能从一种形式转换为另一种形式。
其原理可以概括为电能通过开关元件的开关操作，经过能量存储元件的储存和释放，最终实现能量的转换。
以最常见的直流-交流（DC-AC）变换器为例，其基本原理是将直流输入电能转换为交流输出电能。
这种变换主要依赖于功率半导体器件（如晶闸管、IGBT等）的开关功能。
通过控制开关元件的导通和断开，控制电压和电流的形状和大小，使得输出电能能够与输入电能匹配，从而实现转换功能。
二、分类根据不同的电能形式转换，电力电子变换器可以分为多种类型。
以下是几种常见的电力电子变换器分类：1. 直流-交流（DC-AC）变换器：将直流电能转换为交流电能，广泛应用于太阳能、风能等可再生能源系统中。
2. 交流-直流（AC-DC）变换器：将交流电能转换为直流电能，常见于电力系统的逆变器中。
3. 直流-直流（DC-DC）变换器：将直流电源的电压进行升降转换，以满足不同电路的需求。
4. 交流-交流（AC-AC）变换器：将交流电能从一种形式转换为另一种形式，如交流调压器、交流调速器等。
三、应用电力电子变换器在现代能源系统中有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 可再生能源系统：电力电子变换器在太阳能、风能等可再生能源系统中发挥着重要作用。
通过转换器将直流电能转换为交流电能，实现对电网的注入，提供清洁能源。
2. 电动车充电系统：电动车充电系统中的变换器将电网交流电转换为直流电，以供电动车充电使用。
3. 智能电网：在智能电网中，电力电子变换器用于实现电网的调度和管理。
通过变换器的调控和控制，实现对电能的优化分配和有效利用。
电力系统中的电力电子变换器设计与控制
电力系统中的电力电子变换器设计与控制一、引言近年来，随着电力需求的快速增长和可再生能源的广泛应用，电力电子变换器在电力系统中的重要性也日益凸显。
电力电子变换器作为能量转换和调节的核心装置，在电力系统中起着至关重要的作用。
本文将介绍电力电子变换器的设计原理和控制方法，以及其在电力系统中的应用。
二、电力电子变换器设计原理1.1 变换器基本结构电力电子变换器一般由半导体器件、滤波元件和控制电路组成。
其中，半导体器件通常采用功率晶体管（IGBT）或金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），而滤波元件则包括电容和电感等。
1.2 变换器工作原理电力电子变换器的基本工作原理是通过开关器件的开关操作，将输入电源的直流信号转换为所需的交流信号。
常见的变换器类型包括直流-直流变换器、直流-交流变换器和交流-交流变换器等。
不同类型的变换器需要根据实际应用需求选择适当的控制策略和拓扑结构。
三、电力电子变换器控制方法2.1 开环控制开环控制是指在变换器的开关操作过程中，通过固定的开关方式和开关频率控制输出电压或电流的变化。
开环控制简单直接，适用于一些简单的应用场景。
但是，由于无法对输出量进行精确调节和补偿，开环控制存在精度和稳定性方面的不足。
2.2 闭环控制闭环控制是指在变换器中引入反馈环路，通过测量输出电压或电流，并将测量值与设定值进行比较，根据比较结果对开关器件进行动态调整。
闭环控制可以实现对输出量的精确控制和补偿，提高系统的稳定性和响应速度。
2.3 基于PWM的控制脉宽调制（PWM）是一种常用的电力电子变换器控制方法。
通过改变开关器件的导通和截止时间，以不同的占空比控制输出电压或电流的大小。
PWM控制方式具有响应速度快、效率高、输出纹波小等优点，广泛应用于各种类型的电力电子变换器中。
四、电力电子变换器在电力系统中的应用3.1 交直流变换器交直流变换器是将交流电转换为直流电的装置，常用于直流电源和交流电网之间的电能转换。
电力电子试题及答案
电力电子试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 电力电子器件中，以下哪个不是晶闸管的别称？A. SCRB. GTOC. TRIACD. DIAC2. 以下哪个是电力电子变换器的主要功能？A. 信号放大B. 功率放大C. 电压转换D. 电流转换3. PWM（脉冲宽度调制）技术主要用于控制什么？A. 电压B. 电流C. 频率D. 功率4. 以下哪个不是电力电子变换器的拓扑结构？A. 单相全桥B. 三相半桥C. 推挽变换器D. 串联稳压器5. 以下哪个是电力电子变换器的控制方式？A. 线性控制B. 开关控制C. 脉冲控制D. 模拟控制二、简答题（每题10分，共30分）6. 简述电力电子技术在现代电力系统中的应用。
7. 解释什么是软开关技术，并说明其优点。
8. 描述PWM控制技术在电力电子变换器中的应用。
三、计算题（每题25分，共50分）9. 给定一个单相桥式整流电路，输入电压为220V（有效值），负载电阻为100Ω。
计算输出直流电压的平均值和纹波系数。
10. 假设有一个三相全控桥式整流电路，输入电压为380V（线电压），负载为50Ω。
计算在全导通状态下的输出直流电压。
答案一、选择题1. 答案：B（GTO是门极可关断晶闸管的缩写）2. 答案：C（电力电子变换器主要用于电压转换）3. 答案：D（PWM技术主要用于控制功率）4. 答案：D（串联稳压器不是电力电子变换器的拓扑结构）5. 答案：B（电力电子变换器的控制方式主要是开关控制）二、简答题6. 答案：电力电子技术在现代电力系统中的应用包括但不限于：- 电力系统的稳定与控制- 电能质量的改善- 可再生能源的接入与利用- 电动汽车的充电技术- 高效照明与节能技术7. 答案：软开关技术是一种减少开关器件在开关过程中损耗的技术。
它通过在器件两端电压或电流为零时进行开关操作，从而减少开关损耗，提高效率。
其优点包括：- 降低开关损耗- 减少电磁干扰- 提高系统效率- 延长器件寿命8. 答案：PWM控制技术在电力电子变换器中的应用主要包括：- 调节输出电压的大小- 控制输出功率- 实现负载的调速- 提高系统的动态响应三、计算题9. 答案：对于单相桥式整流电路，输出直流电压的平均值为：\[ V_{DC} = \frac{2V_m}{\pi} = \frac{2 \times 220}{\pi}\approx 140V \]纹波系数为：\[ \text{Ripple Factor} = \frac{I_{max} - I_{min}}{I_{DC}} \]其中 \( I_{DC} \) 为直流电流，\( I_{max} \) 和 \( I_{min} \) 分别为纹波电流的最大值和最小值。
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2）传导噪声是电磁干 扰能量以电压或电流 的形式通过金属导线 或集总元件耦合至接 受器。频率范围：0.1 5M~30MHz
10
一、EMC基本概念
6. 测试方法和测试设备
EMI
Radiation 辐射测试 Conduction 传导测试
11
一、EMC基本概念
0.15～30MHz的交流电源线传导骚扰电压限值
性许可证制度，使电磁兼容性认证与电工电子产品安全性认证同等重 要。
4
一、EMC基本概念
• 什么是EMC • EMI发生的要素 • 电源线上的干扰类型 • 测试标准 • 电磁噪声传播途径 • 测试方法和测试设备 • 干扰方式
5
一、EMC基本概念
1. EMC概念
何谓EMC？
国际电工委员会(IEC)定义： 设备或系统在其电磁环境 中能正常工作，且不对该 环境中的任何事物构成不 能承受的电磁骚扰的能力。
A级设备准峰值 (dBμV)
40 47
B级设备准峰值 (dBμV)
30 37
13
一、EMC基本概念
7.干扰方式
传导型EMI噪声包括共模噪声和差模噪声两种。
差模EMI是指由相线与中线所构成回路中的干扰信号，
共模EMI则是指由相线或中线与地线所构成回路中的干扰信号 。
14
一、EMC基本概念
共模和差模噪声比较
传输路径 频率 抑制难易程度 噪声比重 线路阻抗
共模 线—地 高(>1MHz) 难 主要 大
差模 线—线 低 易 次要 小
15
一、EMC基本概念
LISN
输入端接入线性阻抗稳定网络(LISN)，其主要作用是：①减小电网阻抗对测量结 果的影响； ②隔离来自电网端的干扰。 在150kHz~30MHz频率范围内为相线与地线之间、中线与地线之间提供50Ω的恒 定阻抗，为待测设备的传导干扰提供通道。
在，开始了对电磁干扰的实验研究 • 1933年，国际无线电干扰特别委员会CISPR成立，开始对电磁干扰问
题的世界性的有组织的研究。 • 20世纪40年代，提出电磁兼容性概念 • 1964年，出版IEEE Transactions on EMC，标志电磁兼容学科形成。 • 20世纪70年代，电磁兼容技术成为非常活跃的学科领域 • 1996年，欧共体12国和欧洲自由贸易联盟6国共同宣布实行电磁兼容
电力电子变换器的EMC
张波 教授
华南理工大学电力学院
1
主要内容
一、EMC基本概念 二、电力电子变换器EMI基本类型 三、电力电子变换器EMI抑制技术 四、EMC设计
2
引言
现代电力电子装置的发展趋势 体积小、重量轻、效率高和高可靠性
电力电子装置高频化 优化滤波器、变压器体积和重量设计 开关损耗增加，电磁干扰增大
c.差模噪声主要由开关变换器的脉动电流的di/dt引起。共模噪声与电压切换相 关，主要由较高的dv/dt与对地的寄生电容相互作用而产生的高频振荡引起。 共模和差模噪声二者可能同时产生。
d. 印制电路板布线不当也是引起电磁干扰的主要原因。
17
二、电力电子变换器EMI类型
例1：单管反激开关电源电磁骚扰的产生和耦合途径
差模噪声：
VDM = (Va -Vb ) / 2
共模噪声：
VCM = (Va + Vb ) / 2
16
二、电力电子变换器EMI类型
电力电子变换器EMI鲜明特点：
a. EMI干扰源的位置比较清楚，主要集中在功率开关器件、二极管以及与之 相连的散热器和高频变压器上。
b. 作为工作于开关状态的能量转换装置，电力电子变换器的电压、电流变化 率很高，其产生的EMI噪声信号即具有很宽的频率范围，又有一定的强度。
EMC
Electro Magnetic Compatibility
电磁兼容
EMS （Electro Magnetic Susceptibility）
电磁干扰耐受度测试
EMI (Electro Magnetic Interference)
电磁干扰测试
6
一、EMC基本概念
2. EMI发生的要素
1）干扰源； 2）干扰耦合路径； 3）干扰敏感设备。
典型反激式开关电源 18
二、电力电子变换器EMI类型
8
一、EMC基本概念
4.测试标准
大部分国家的标准都是基于国际电工委员会（IEC）所制定的标准。IEC有 两个平行的组织负责制定EMC标准，分别是CISPR（国际无线电干扰特别委员会） 和TC77（第77技术委员会）。
我国的民用产品电磁兼容标准是基于CISPR和IEC标准，目前已发布57个，编 号为GBXXXX - XX，例如GB 9254-98。
电磁兼容技术 功率密度的急剧增大导致装置内部电磁环境越来越复杂 国际电磁兼容法规日益严格
3
电磁兼容技术的发展
• 从“路”到“场”，从低频到高频，从狭义的电磁骚扰到广义的电磁兼容 • 1881年，英国科学家希维赛德发表《论干扰》一文，标志着研究干扰
问题的开端 • 1888年，德国物理学家赫兹首创了天线，用实验证实了电磁波的存
7
一、EMC基本概念
3.电源线上干扰的类型
主要 因素
1
2
3
4
5
6
7
干扰类型 电压跌落 电气噪声 失压 频率偏移 浪涌 谐波失真 畸变干扰
典型的起因 雷击；重载接通；电网电压低下 雷达；无线电信号；电力公司和工业设备的电弧；逆变器 恶劣气候；变压器故障； 发电机不稳定；区域性电网故障 突然减轻负载；变压器抽头不恰当 整流；开关负载；开关电源；调速电机 雷击；功率因数补偿电容的切换；空载电机的断开
各国EMC标准
中国CCC
GB9254
欧盟CE
EN55022/24
美加FCC
FCC PART15
台湾BSMI
CNS13438
日本VCCI
CISPR22
9
一、EMC基本概念
5.电磁噪声传播途径
1）辐射噪声由于是辐 射干扰源以电磁场的 形式在空间传播。频 率范围：30M~1GHz
首先应控制传导 噪声，消除了传 导噪声，可以消 除大约80% 的辐
频率范围 (MHz)
A级设备
准峰值 (dBμV)
平均值 (dBμV)
0.15~0.50
79
660.50~5源自73605~30
73
60
B级设备
准峰值 平均值 (dBμV) (dBμV)
66~56
56~46
56
46
60
50
12
一、EMC基本概念
频率范围 (MHz)
30~230 230~1000
30～1000MHz的辐射骚扰限值 (测试距离10m)