電力電子技術

第1章電力電子器件

1.電力電子器件一般工作在開關狀態。

區在通常情況下，電力電子器件功率損耗主要為速態力耗，而當器件開關頻率較高時，功率

損耗主要為開關損耗。

力對同一晶閘管，維持電流IH與擎住電流IL在數值大小上有ILXPIHo

此按照驅動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的性質，可將電力電子器件分為電壓驅

動型和電流期動型兩類。

LLIGBT的通態壓降在1/2或1/3額定電流以下區段具有負溫度系數,在1/2或1/3額定

電流以上區段具有正溫度系數。

第2章整流電路

1.電阻負載的特點是電壓和電流成止:比IL;波杉相同,在單相半波可控整流電阻性負載電路

中，晶閘管控制角?的最大移相范圍是0780°。

2.阻感負載的特點是流過電感的電流不能突變,在單相半波可控整流帶阻感負載并聯續流

二極管的電路中，晶閘管控制角?的最大移相范圍是上純_，其承受的最大正反向電壓均為

續流二極管承受的最大反向電壓為同2（設5為相電壓有效值）。

江單相橋式全控整流電路中，帶純電阻負載時，0角移相范圍為0180”，單個晶閘管所

承受的最大正向電壓和反向電壓分別為同J2和同?；帶阻感負載時，a角移相范圍為090“

_，單個晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓分別為交和82；帶反電動勢負載時，欲

使電阻上的電流不出現斷續現象，可在主電路中直流輸出側串聯一個平波電抗器。

工單相全控橋反電動勢負載電路中，當控制角a大于不導電角5時，晶閘管n勺導通角

0-八心6;當控制角u小丁不導電角6時，。閘管的導通角0-心26。

主電阻性負載三相半波可控整流電路中，晶閘管所承受的最大正向電壓UFm等于JEU?，晶

閘管控制角a的最大移相范圍是0750,，使負載電流連續的條件為a《30”迎2為相電壓有效

值）。

6.三相半波可控整流電路中的三個晶閘管的觸發脈沖相位按相序依次互差120’,當它帶阻

感負載時，a的移相范圍為0-90。

乙三相橋式全控整流電路帶電阻負載工作中，共陰極組中處于通態的晶閘管對應的是該高

_的相電壓，而共陽極組中處于導通的晶閘管對應的是.最低的相電壓:這種電路a角的移相范

圍是012（）,山波形連續的條件是aW60”。

區對于三相半波可控整流電路，換相重迭角的影響，將使川輸出電壓平均值一下降。

%電容濾波單相不可控整流帶電阻負載電路中，空載時，輸出電壓為&U2，隨負載加重配

逐漸趨近于0.9員，通常設計時，應取RC21.5-2.5T,此時輸出電壓為Ud=1.2歷（口為

相電壓有效值，T為交流電源的周期）。

以電容濾波三相不司.控整流帶電阻負載電路中，電流id斷續和連續的臨界條件是

_a）RC=C_,電路中的二極管承受的最大反向電壓為_K_U2。

1k實際工作中，整流電路輸出的電壓是周期性的非正弦函數，當a從0°?90°變化時，

整流輸出的電壓ud的諧波幅俏隨a的增大而」當a從90°?180°變化時，整流輸出的

電壓ud的諧波幅值隨a的增大而減小。

出逆變電路中，當交流側和電網連結時，這種電路稱為有源逆變，欲實現有源逆變，只

能采用全控電路;對于單相全波電路，當控制角0<口〈兀/2時，電路工作在整流狀態;

兀/2<a<兀時，電路工作在逆變狀態。

￡在整流電路中，能夠實現有源逆變的有單相氽波、一相橋式整流電路等（可控整流

電路均可），其工作在有源逆變狀態的條件是仃也流心動燮，乂做件和品同濘了通方.冏?致，

其值大「變流器直流側平均電壓和晶間管的控制角a>90"，使輸出平均電壓口為負值。

昆晶閘管直流電動機系統工作「整流狀態，當電流連續時，電動機的機械特性為一組平行

的且線,當電流斷續時.，電動機的理想空載轉速將抬高,隨a的增加，進入斷續區的電流Jlfl

大。

迎直流可逆電力拖動系統中電動機可以實現四象限運行，當其處于第一象限時，電動機作一

電動運行,電動機正轉,正組橋工作在整流狀態;當其處丁笫四象限時，電動機做發電

_運行，電動機反轉轉,_歪_組橋工作在逆變狀態。

西大、中功率的變流器廣泛應用的是晶體笆觸發電路,同步信號為鋸齒波的觸發電路，

可分為三個基本環節，即脈沖的形成與放大、甯齒波的形成號脈沖移相和同步環節。

第3章直流斬波電路

1.直流痂波電路完成得是直流到直流的變換。

區直流斬波電路中最基本的兩種電路是降壓斬波電路和升壓斬波電路。

江斬波電路有三種控制方式：脈沖寬，度調制（PWM）、頻率調制和Con和7?都可調，

改變占空比）混合型。

生升壓斬波電路的典型應用有宜.流電動機傳動和一相功率因數校正等。

血復合斬波電路中，電流可逆斬波電路可看作一個升壓斬波電路和一個降壓斬波電路

的組合；多相多重斬波電路中，3相3重斬波電路相當于3個」^斬波電路并聯。

第4章交流一交流電力變換電路

1.改變頻率的電路稱為變頻電路，變頻電路有交交變頻電路和交力交變頻電路兩種形

式，前者又稱為宜.接變頻電路，后者也稱為間接變頻電路。

區單相調壓電路帶電阻負載，其導通控制角a的移和范圍為0180°,隨a的增大，U。降

低_,功率因數入降低.

上單相交流調壓電路帶阻感負載，當控制角a＜（p（（p=arctan（a）L/R））時,VT1的導通時間工圣

漸縮短，VT2的導通時間逐漸延長。

工晶閘管投切電容器選擇晶閘管投入時刻的原則是：該時刻交流電源電壓應和電容器預先

充電電壓相等。

6.把電網頻率的交流電直接變換成可調頻率的交流電的變流電路稱為交交變頻電路。

“單相交交變頻電路帶阻感負載時，哪組變流電路工作是由峪〕由也流的方向決定的,交流

電路工作在整流還是逆變狀態是根據輸電流方向和輸”電壓方向是否相同決定的。

區當采用6脈波三相橋式電路且電網頻率為50Hz時，單相交交變頻電路的輸出上限頻率約

為20Hz。

比矩陣式變頻電路是近年來出現的一種新穎的變頻電路。它采用的開關器件是一全控器件;

控制方式是新控方式。

11.般認為交交變頻輸出的.L限頻率為電網頻率的1/2-1/3

3、多個晶閘管相并聯時必須考慮一均流的問題,解決的方法是串專用均流電抗

器C.

4、在電流型逆變器中，輸出電壓波形為正弦波波,瑜出電流波形為方波。

9、常用的過電流保護措施行快速熔斷器、小進線電抗器、接入宜.流快速開關、控

制快速移相使輸由電壓下降。（寫出四種即可）

全控整流析電路的紋波系數比此和半波可控流電路___________電路要小O

47、造成逆變失敗的原因有逆變橋品閘管或元件損壞，供電電源缺相，逆變角太小，觸發脈沖

去失或未按時到達，等幾種。

48、晶閘管在觸發開通過程中，當陽極電流小于掣住電流之前,加去掉觸發脈沖脈沖,

晶閘管又會關斷。

49、對三相橋式全控變流電路實施觸發時，如采用單寬膿沖觸發，單寬脈沖的寬度一般

取義J度較合適;如采用雙窄脈沖觸發時，雙窄脈沖的間隔應為60"度。

50、三相半波可控整流電路電阻性負載時，電路的移相范圍空-15(),、，三相全控橋電阻性負載

時，電路的移相范圍,三相半控橋電阻性負載時，電路的移相范圍(T

-15()

2、單相全波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為三相半波

可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為*(電源相電壓為取)

3、要使三相全控橋式整流電路正常工作，對晶閘管觸發方法有兩種，一是用大于

60°小于120°的寬脈沖觸發:二是用脈沖前沿相差60°的雙窄脈沖觸發。

6、軟開關電路種類很多，大致可分成零電壓電路、零電流電路兩大類。

四、問答分析題

1、實現有源逆變必須滿足哪兩個必不可少的條件？

答：(1)直流側必需外接與直流電流Id同方向的直流電源E,其數值要稍大于逆變

器輸出平均電壓Ud,才能提供逆變能量。

(2)逆變器必需工作在B<90。(a>90°)區域，使Ud<0,才能把直流功率逆變

為交流功率返送電網。

2、晶閘管觸發的觸發脈沖要滿足哪幾項基本要求？

答：(1)觸發信號應有足夠的功率。

(2)觸發脈沖應有一定的寬度，脈沖前沿盡可能陡，使元件在觸發導通后，陽

極電流能迅速k升超過掣住電流而維持導通。

（3）觸發脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。

2、PWM逆變電路的控制方法主要有哪幾種？簡述異步調制與同步調制各有哪些優

點？

答：（1）PWV逆變電路的常用控制方法有兩種，一是計算法；二是調制法。其中調制

法又可分為兩種，一是異步調制法；二是同步調制法。

（2）通常異步調制法是保持載波頻率不變，信號頻率根據需耍而改變時，載波比

是變化的。優點是：信號頻率較低時載波比較大，一周期內脈沖數較多，輸出較接近

正弦波。

（3）同步調制時，保持載波比為常數，并在變頻時使載波和信號波保持同步變化。

優點是：信號波一周內輸出的脈沖數是固定的，脈沖相位也是固定的，對稱性好。

3、什么是逆變失??？逆變失敗后有什么后果？形成的原因是什么

答：（1）逆變失敗指的是：逆變過程中因某種原因使換流失敗，該關斷的器件末關

斷，該導通的器件末導通。從而使逆變橋進入整流狀態，造成兩電源順向聯接，形成

短路。

（2）逆變失敗后果是嚴重的，會在逆變橋與逆變電源之間產生強大的環流，損壞

開關器件。

（3）產生逆變失敗的原因：一是逆變角太小；二是出現觸發脈沖丟失；三是主電

路器件損壞；四是電源缺相等。

2、根據對輸出電壓平均值進行控制的方法不同，直流斬波電路可有哪三種控制方

式？并簡述其控制原理，

答：（1）第一種調制方式為：保持開關周期不變，改變開關導通時間〃稱為脈寬調

制。簡稱制WM”調制。

（2）第二種調制方式為：保持開關導通時間J不變，改變開關周期，稱為頻率

調制。簡稱為“PFM”調制。

（3）第三種調制方式為：同時改變周期T與導通時間。。使占空比改變，稱為

混合調制。

3、電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？

答：電壓型逆變器當交流側為阻感性負載時，需要向電源反饋無功功率。直流

側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆

變橋各臂開關器件都反并聯了反饋二極管。

1、對晶閘管的觸發電路有哪些要求？

答：為了讓晶閘管變流器準確無誤地工作要求觸發電路送出的觸發信號應有足夠

大的電壓和功率；門極正向偏壓愈小愈好；觸發膿沖的前沿要陡、寬度應滿足要求；

要能滿足主電路移相范圍的要求；觸發脈沖必須與晶閘管的陽極電壓取得同步。

2、正確使用晶閘管應該注意哪些事項？

答：由于晶閘管的過電流、過電壓承受能力比一般電機電器產品要小的多，使用

中除了要采取必要的過電流、過電壓等保護措施外，在選擇晶閘管額定電壓、電流時

還應留有足夠的安全余量。另外，使用中的晶閘管時還應嚴格遵守規定要求，此外，

還要定期對設備進行維護，如清除灰塵、擰緊接觸螺釘等。嚴禁用兆歐表檢查晶閘管

的絕緣情況。

3、晶閘管整流電路中的脈沖變壓器有什么作用？

答：在晶閘管的觸發電路采用脈沖變壓器輸出，可降低脈沖電壓，增大輸出的觸

發電流，還可以使觸發電路與主電路在電氣上隔離，既安全又可防止干擾，而且還可

以通過脈沖變壓器多個二次繞組進行脈沖分配，達到同時觸發多個晶閘管的目地。

6、晶閘管的過電流保護常用哪幾種保護方式？其中哪一種保護通常是用來作為“最

后一道保護”用？

答：晶閘管的過電流保護常用快速熔斷器保護；過電流繼電器保護；限流與脈沖

移相保護和直流快速開關過電流保護等措施進行。其中快速熔斷器過電流保護通常是

用來作為“最后一道保護”用的。

19、PWM逆變電路的控制方法有計算法、調制法、跟蹤控制法

三種。其中調制法又可分為異步調控法、同步調控法兩種。

20、通常變流電路實現換流的方式有器件換流、電網換

逾____、負載換流、強迫換流四種。

21、在單相交流調壓電路中，負載為電阻性時移框范圍是乃，負載是阻

感性時移相范圍是夕.>o

22、在電力晶閘管電路中，常用的過電壓保護有避雷器；阻容吸收；硒

堆；壓敏電阻和整流式阻容吸收

等幾種。

23、提高變流置的功率因數的常用方法有減小觸發角、增加整流相數、采

用多組變流裝置串聯供電、設置補償電容幾種。

24、目前常用的具有自關斷能力的電力電子元件

有GTOGTR、MOSFET、IGB幾種。

29、晶閘管的換相重疊角與電路的觸發加a、變壓器漏抗央、平均電流

1、電源和電壓LL等到參數有關。

31、單相全波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為0

三相半波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為后葬。（電源

相電壓為U?）

32、要使三相全控橋式整流電路正常工作，對晶閘管觸發方法有兩種，一是用人廣

60。小「120”的寬脈M觸發;二是用脈沖前沿相壽60。的雙窄脈沖觸

發。

33、在同步電壓為鋸齒波的觸發電路中，鋸齒波底寬可達.240。度;實際移

相

才能達0°T80°度。

35、軟開關電路種類很多，大致可分成各電位電路、/電流電路樹大類。

49、對三相橋式全控變流電路實施觸發時，如采用單寬脈沖觸發，單寬脈沖的寬度一

般

取90度較合適;如采用雙窄脈沖觸發時，雙窄脈沖的間隔應為60度。

50、三相半波可控整流電路電阻性負載時，電路的移相范圍0—150,三相

全控橋電阻性負載時，電路的移相范圍0—120,三相半控橋電阻性負

載時，電路的移相范圍0-T80。

53、SPWM脈寬調制型變頻電路的基本原理是：對逆變電路中開關器件的通斷進行有

規律的調制，使輸出端得到等高不等寬脈沖列來等效正弦波。

54、直流斬波電路在改變負載的直流電壓時，常用的控制方式有定頻調寬控制、

定覽調頻控制、脈寬和頻率同時控制三種。

55、由波形系數可知，晶閘管在額定情況下的有效值電流為L等于1.57倍Ir（lW）,

如果IT附.產100安培，則它允許的有效電流為1.57安培。通常在選擇晶閘

管時還要留出1.5—2倍的裕量。

56、晶閘管的維持電流I”是指在標準室溫溫度條件下,門極斷開時，晶閘

管從較大通態電流下降到剛好能保持導通所必須的最小陽極電流。

58、三相橋式全控整流電路是由一組共陰極三只晶閘管和一組共陽極的三

只晶閘管串聯后構成的，晶閘管的換相是在同一組內的元件進行的。每

隔60。換一次相,在電流連續時每只晶閘管導通120度。要使電路工

作正常，必須任何時刻要有兩只晶閘管同時導通,一個是共陰極的,

另一個是共陽極的元件,且要求不是一隹同一橋臂上的兩個元

件。

60、直流斬波電路按照輸入電壓與輸出電壓的高低變化來分類有降壓斬波

電路；升壓斬波電路;升降斬波電路。

一、填空題：

1、電力電子技術的兩個分支是電力電子器件制造技術和變流技術。

2、舉例說明一個電力電子技術的應用實例變頻器、調光臺燈等.

3,電力電子承擔電能的變換或控制任務，主要為①交流變直.流（AC-DC）、②直.流變

交流（DC—AC）、③直流變宜流（DC—DC）、④交流變交流（AC—AC）四種。

4、為了減小電力電子器件本身的損耗提高效率，電力電子器件一般都工作在開關狀

態，但是其自身的功率損耗（開通損耗、關斷損耗）通常任遠大于信息電子器件，在

其工作是一般都需要安裝散熱器。

5、電力電子技術的一個重要特征是為避免功率損耗過大，電力電子器件總是工作在

開關狀態，其損耗包括二個方面：通態損耗、斷態損耗和開關損耗。

6、通常取晶閘管的斷態重復峰值電壓UDRM和反向重復峰值電壓URRM中較小

標值作為該器件的額電電壓。選用時，額定電壓要留有一-定的裕量，-?般取額定電壓

為正常工作時品閘管所承受峰值電壓的2~3倍。

7、只有當陽極電流小于維持電流時,晶閘管才會由導通轉為截止。導通：正向電

壓、觸發電流（移相觸發方式）

8、半控橋整流帶人電感負載不加續流二極管電路中，電路可能會出現失控現

象,為了避免單相橋式半控整流電路的失控，可以在加入續流二極管來防

止失控。

9、整流電路中，變壓器的漏抗會產生換相重疊角，使整流輸出的直流電壓平均值」生

低。

10、單相全波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為2V2U1。（電源

相電壓為U1）

三相半波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為2.451°（電源

相電壓為L）

為了保證三相橋式可控整流電路的可靠換相，一般采用雙窄脈沖或者寬脈沖觸

發。

11、四種換流方式分別為淤件換流、電網換流、仇效換流、強迫換流.

12、強迫換流需要設置附加的換流電路,給與欲關斷的晶閘管強迫施加反壓或反電流

而關斷。

13、直流一直流變流電路，包括宜?接宜.流變流電路電路和間接直流變流電路。

（是否有交流環節）

PWM控制技術的理論基礎是（面枳等效原理）沖量相笠向形狀不同的窄脈沖加在具

有慣性的環節上時，其效果基本相同

14、PWM逆變電路的控制方法有計算法、調制法和規則采樣法

三種。

其中調制法又可以分為同步調制和異步調制兩種.（同步調制：載波

比相等）

15、直流斬波電路的三種控制方式是PWM、頻率調制型、混合型。

16、在調制信號上疊加直流分量（三次諧波）可以提高直流電壓利用率,

☆改變調制信號的頻率就可以改變輸出直流信號的頻率

☆改變調制比可以改變輸出電壓有效值

電力電子器件串聯必須考慮靜態和動態均匿3±器件并聯一個電阻）。

☆靜態均壓：每個器件并聯電阻

☆動態均壓：每個器件串聯電容

☆并聯時要考慮均送L方法：一般是串聯電感

17、電力電子器件的驅動電路的目的是給落件施加開通、關斷的信的提供控

制電路與主電路之間的電氣隔離。（光隔離（光耦）、磁隔離（變壓器）等等）

18、電力MOSFET和IGBT由于具有正溫度系數，所以在并聯使用時能夠實現_均

流。

19、單相交流調壓電阻性負載電路的移相范圍在0度一180度內,在阻

感性負載時移相范圍在功率因索加?180度內o

20、交流調壓電路和交流調功電路異同點：電路結構相同，控制方式不同,（交流調

壓電路采用移相觸發對?個周期內導通角控制，調功電路對導通周波數與阻斷周波數

的比值進行控制）0

21、電壓型逆變電路中的反饋二極管的作用是給交流側向直流側反饋的無功能量

提供通道.

22、單相電壓型橋式逆變電路輸出給負載的電壓波形是方波，電流波形是近似正

弦波。

23、交交變頻是一種直接變頻，其輸出的電壓是由多段電網電壓拼接而成，決定了其

輸出頻率不高，當采用50Hz工頻電壓，三相六脈波橋式逆變電路，其輸出的上

限頻率一般不超過—20Hz°

二、簡答題：

半控：晶閘管全控：門極可關斷晶、電力晶體管、電力場效應管，IGBT

電流控門極可關斷晶、電力晶體管、電壓控電力場效應管，IGBT

半控型器件有5CR（晶閘管），全控型器件有GT。、GTR、MOSFET、IGET

電流驅動器件有SCR、GTO、GTR電壓型驅動器件:MOSFET、IGBT

☆半控器件：大電壓大電流，即大功率場合

☆全控器件：中小功率

1、具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，問該變壓器還有直流磁化問題

嗎？

具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路中，因為變壓器二次測繞組中，正

負半周內上下繞組內電流的方向相反，波形對稱，其一個周期內的平均電流為零，故

不會有直流磁化的問題

（變壓器變流時雙向流動的就沒有磁化存在磁化的：單相半波整流、三相半波

整流）

2、電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋

二極管？

在電壓型逆變電路中，當交流側為阻感負載時需要提供無功功率,直流側電容起緩沖

無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并

聯了反饋二極管。當輸出交流電壓