電力電子技術簡答題及答案

1?晶閘管導通和關斷條件是什么？

當晶閘管上加有正向電壓的同時，在門極施加適當的觸發電壓，晶閘管就正向導通；當晶閘管的陽極電流小于維持電流時，就關斷，只要讓晶閘管兩端的陽極電壓減小到零或讓其反向，就可以讓晶閘管關斷。

2、有源逆變實現的條件是什么？

①直流側要有電動勢，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流側的平均電壓；②要求晶閘管的控制角α>π/2，使Uβ為負值；③主回路中不能有二極管存在。

3、什么是逆變失敗，造成逆變失敗的原因有哪些？如何防止逆變失敗?

答：1逆變運行時，一旦發生換流失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變為順向串聯，由于逆變電路內阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。2逆變失敗的原因3防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質量，留出充足的換向裕量角β等。

4、電壓型逆變器與電流型逆變器各有什么樣的特點？

答：按照逆變電路直流測電源性質分類，直流側是電壓源的稱為逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路

電壓型逆變電路的主要特點是：

①直流側為電壓源，或并聯有大電容，相當于電壓源。直流側電壓基本無脈動，直流

回路呈現低阻抗。

②由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無

關。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。

③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。

電流型逆變電路的主要特點是：

①直流側串聯有大電感，相當于電流源。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現高阻

抗。

②電路中開關器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。

③當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電感起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關器件反并聯二極管。

5、換流方式有哪幾種？分別用于什么器件？

答：換流方式有

種：

器件換流：利用全控器件的自關斷能力進行換流。全控型器件采用此換流方式。

電網換流：由電網提供換流電壓，只要把負的電網電壓加在欲換流的器件上即可。

負載換流：由負載提供換流電壓，當負載為電容性負載即負載電流超前于負載電壓時。

強迫換流：設置附加換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反向電壓換流稱為強迫換流。

7、單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的，兩者的區別？

答：1單相全波可控整流電路中變壓器是二次側繞組帶中心抽頭，結構較復雜。繞組集體惡心對銅鐵等材料的消耗比單相全控橋多2單相全波可控整流電路中只用兩個晶閘管，比單相全控橋可控整流電路少兩個，相應地，晶閘管的門機驅動也少兩個。3單項全波整流電路中，導電回路只含一個晶閘管，比單相橋少一個，因而管壓降也少一個

8、橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當負載分別為電阻負載。

答：單相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是

0

~

180°，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是

0

~

90°。

三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是

0

~

120°，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是

0

~

90°。

10、交流調壓電路和交流調功電路有什么區別？二者各運用于什么樣的負載？

答：交流調壓電路和交流調功電路的電路形式完全相同，二者的區別在于控制方式不同。

交流調壓電路是在交流電源的每個周期對輸出電壓波形進行控制。而交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數與斷開周波數的比值來調節負載所消耗的平均功率。

交流調壓電路廣泛用于燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟起動，也用于異步電動機調速。在供用電系統中，還常用于對無功功率的連續調節。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路調節變壓器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯。這都是十分不合理的。采用交流調壓電路在變壓器一次側調壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設計制造。

交流調功電路常用于電爐溫度這樣時間常數很大的控制對象。由于控制對象的時間常數大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。

9、畫出降壓斬波電路原理圖并簡述降壓斬波電路工作原理。

答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓

V

導通一段時間

ton，由電源

E

向

L、R、M

供電，在此期間，uo＝E。然后使

V

關斷一段時間

toff，此時電感

L

通過二極管

VD

向

R和

M

供電，uo＝0。一個周期內的平均電壓

Uo＝ton/(ton

++t

off)

E

。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用

11、單極性和雙極性PWM調制有什么區別？三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓（輸出端相對于直流電源中點的電壓）和線電壓SPWM波形各有幾種電平？

答：三角波載波在信號波正半周期或負半周期里只有單一的極性，所得的PWM

波形在半個周期中也只在單極性范圍內變化，稱為單極性

PWM

控制方式。

三角波載波始終是有正有負為雙極性的，所得的PWM

波形在半個周期中有正、有負，則稱之為雙極性

PWM

控制方式

三相橋式

PWM

型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：0.5Ud

和-0.5

Ud。輸出線電壓有三種電平

Ud、0、-

Ud。

12、三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓含有哪些諧波？幅值最大的為那一次？

答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有

6k（k＝1、2、3……）次的諧波，其中幅值最大的是

次諧波。變壓器二次側電流中含有

6k±1(k=1、2、3……)次的諧波，其中主要的是5、7

次諧波。

13、試分析為何正激電路在開關S關斷到下一次開通的一段時間內必須使勵磁電流降回零？

答：否則下一個開關周期中，勵磁電流將在本周期結束時的剩余值基礎上繼續增加，并在以后的開關周期中依次累積起來，越來越大，從而導致變壓器勵磁電感飽和，勵磁電感飽和后，勵磁電流會更加迅速的增長，最終會毀壞電路中的開關元件。

14、多相多重斬波電路有何優點？

多相多重斬波電路因在電源與負載間接入了多個結構相同的基本斬波電路，使得輸入電源電流和輸出負載電流的脈動次數增加、脈動幅度減小，對輸入和輸出電流濾波更容易，濾波電感減小。此外，多相多重斬波電路還具有備用功能，各斬波單元之間互為備用，總體可靠性提高。

15、交交變頻電路的最高輸出頻率是多少？制約輸出頻率提高的因素是什么？

一般來講，構成交交變頻電路的兩組變流電路的脈波數越多，最高輸出頻率就越高。當交交變頻電路中采用常用的6

脈波三相橋式整流電路時，最高輸出頻率不應高于電網頻率的1/3~1/2。當電網頻率為

50Hz

時，交交變頻電路輸出的上限頻率為

20Hz

左右。當輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所包含的電網電壓段數減少，波形畸變嚴重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動機的轉矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。

17、電力電子裝置產生的諧波對公用電網會造成危害，主要包括哪些方面？

1）諧波使電網中的元件產生附加的諧波損耗，降低發電，輸電及用電設備的效率，大量的三次諧波流過中型線會使線路過熱甚至發生火災。

2）諧波影響各種電氣設備的正常工作，使電機發生機械振動，噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器，電纜等設備過熱，使絕緣老化，壽命縮短以致損壞。

3）諧波會引起電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，使上述危害增大，甚至引起事故。

4）諧波會導致繼電器保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表計量不準確。

5）諧波會對鄰近的通信系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量，重者導致信息丟失，使通信系統無法正常工作。

18、試比較雙反星形可控整流電路和三相橋式整流可控電路的異同點。

帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點：

①三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯，且后者需要用平衡電抗器；

②當變壓器二次電壓有效值

U2

相等時，雙反星形電路的整流電壓平均值

Ud

是三相橋式電路的1/2，而整流電流平均值

Id

是三相橋式電路的2

倍。

③在兩種電路中，晶閘管的導通及觸發脈沖的分配關系是一樣的，整流電壓

ud

和整流電流

id的波形形狀一樣。

19、逆變電路多重化的目的是什么，串聯多重和并聯多重各用于什么場合？

逆變電路多重化的目的之一是使總體上裝置的功率等級提高，二是可以改善輸出電壓的波形。因為無論是電壓型逆變電路輸出的矩形電壓波，還是電流型逆變電路輸出的矩形電流波，都含有較多諧波，對負載有不利影響，采用多重逆變電路，可以把幾個矩形波組合起來獲得接近正弦波的波形。逆變電路多重化就是把若干個逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來，使它們所含的某些主要諧波分量相互抵消，就可以得到較為接近正弦波的波形。組合方式有串聯多重和并聯多重兩種方式。串聯多重是把幾個逆變電路的輸出串聯起來，并聯多重是把幾個逆變電路的輸出并聯起來。

串聯多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化。

并聯多重逆變電路多用于電流型逆變電路得多重化。

20、交交變頻電路的優缺點是什么？應用在哪些場合？

交交變頻電路的主要特點是：只用一次變流，效率較高；可方便實現四象限工作；低頻輸出時的特性接近正弦波。

主要不足是：接線復雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用

只晶閘管；受電網頻率和變流電路脈波數的限制，輸出頻率較低；輸出功率因數較低；輸入電流諧波含量大，頻譜復雜。

主要用途：500

千瓦或

1000

千瓦以下的大功率、低轉速的交流調速電路，如軋機主傳動裝置、鼓風機、球磨機等場合。

24、變壓器漏感對整流電路有哪些影響？

1）出現換相重疊角γ，整流輸出電壓平均值Ud降低2）整流電路的工作狀態增多

3）晶閘管的di/dt減少，有利于晶閘管的安全開通。有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。

4）換相時晶閘管電壓出現缺口，產生正的du/dt，可能使晶閘管誤導通，為此必須加吸收電路。

25?單相橋式半控整流電路什么情況下會發生失控，如何避免？

當α突然增至180度或觸發脈沖丟失時，會發生一個晶閘管持續導通而兩個二極管輪流導通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期為ud為零，其平均值保持恒定，相當于單相半波不可控整流電路時的波形，稱為失控。

在實際應用中，加入續流二極管VDr，續流過程由VDr完成，在續流階段晶閘管關斷，這就避免了某一晶閘管持續導通從而導致失控現象

26?GTO與普通晶閘管的不同之處為？GTO能夠自行關斷，而普通晶閘管不能

27?電力二極管由零偏置轉換為正偏置時，出現過壓的原因是什么？

1）電導調制效應起作用時所需的大量少子需要一定的時間來存儲，在達到穩態導通之前管壓降較大。

2）正向電流的上升會因器件自身的的電感而產生較大壓降。電流上升率越大，Ufp越高，當電力二極管由反向偏執轉換為正向偏執時，除上述時間外，勢壘電容電荷的調整也需要更多時間來完成28?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。

29?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；觸發脈沖的前沿要陡、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。

30?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。

31?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。

32?一般在電路中采用哪些措施來防止晶閘管產生誤觸發？

答：為了防止晶閘管誤導通，①晶閘管門極回路的導線應采用金屬屏蔽線，而且金屬屏蔽層應接“地”；②控制電路的走線應遠離主電路，同時盡可能避開會產生干擾的器件；③觸發電路的電源應采用靜電屏蔽變壓器。同步變壓器也應采用有靜電屏蔽的，必要時在同步電壓輸入端加阻容濾波移相環節，以消除電網高頻干擾；④應選用觸發電流稍大的晶閘管；⑤在晶閘管的門極與陰極之間并接0.01μF～0.1μF的小電容，可以有效地吸收高頻干擾；⑥采用觸發電流大的晶閘管。；