电力电子技术

1、 什么是电力电子技术？

答：用于电力领域的电子技术，即应用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

2、 电力变换通常包括那几类？

答：电力变换通常分为四大类，即交流变直流（整流）、直流变交流（逆变）、直流变直流（直流斩波）和交流变交流。其中交流变交流可以是电压或电力的变换，叫交流电力控制，也可以是和相数的变换。 3、 什么是电力电子器件？

答：电力电子器件是指直接应用于承担电能的变换或控制任务的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。目前，电力电子器件一般专指电力半导体器件。 4、 电力电子器件如何分类？

答：按照电力电子器件被控制信号所控制的程度，可分为以下三类： 不可控器件、半控型器件和全控型器件（又叫自关断器件）。

根据器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件又可分为：单极型器件、双极型器件和混合型器件。

按照控制信号的不同，还可将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型，后者又叫场控器件或场效应器件。 5、 什么是晶闸管？它主要有哪些应用？

答：晶闸管是硅晶体闸流管的简称，它包括普通晶闸管和双向、可关断、逆导、快速等晶闸管。普通型晶闸管（Thyristor）曾称为可控硅

整流器，常用SCR（Silicon Controlled Rectifier）表示。在实际应用中，如果没有特殊说明，皆指普通晶闸管而言。晶闸管主要用来组成整流、逆变、斩波、交流调压、变频等变流装置和交流开关以及家用电器实用电路等。

6、 晶闸管是如何导通的？

答：在晶闸管阳极——阴极之间加正向电压，门极也加正向电压，产生足够的门极电流Ig，则晶闸管导通，其导通过程叫触发。 7、 晶闸管参数主要有哪些？

答：晶闸管参数都和结温有关，主要的参数有： （1） 电压定额。

1） 断态重复峰值电压UDRM。指允许重复加在晶闸管阳极—阴 极间的正向峰值电压，规定它的数值为断态不重复峰值电压，规定它的数值为断态不重复峰值电压UDRM的90%。

2） 反向重复峰值电压URRM。指允许重复加在晶闸管阳极—阴 极间的反向峰值电压，规定其值为反向不重复峰值电压URSM的90%。

3）额定电压UTN。通常取实测的UDRM、URRM中较小值，按国家规定的标准电压等级就低取整数，即为晶闸管的额定电压。 （2）电流定额。

通态平均电流IT（AV）。晶闸管在环境温度40℃和规定的冷却条件下，结温不超过额定结温时，所允许通过的最大工频正弦半波（不小于1700）。

8、晶闸管为什么在夏天比冬天容易出故障？

答：晶闸管在正常工作时所允许的最高结温叫额定结温，在此温度下，一切有关的额定值和特性都得到保证。夏天时，环境温度和冷却介质的温度都较高，使晶闸管的冷却条件变差，导致晶闸管结温过高而损坏。另外，晶闸管结温上升，使所需要的门极触发电压UGT、门极触发电流IGT降低，晶闸管在外来干扰下容易造成误触发。总之，结温上升，使晶闸管的参数发生变化，性能变差，容易出现故障。

9、 晶闸为什么管在夏天工作正常，而到了冬天就不可靠了？ 答：冬天的环境温度和冷却介质的温度都较低，因而晶闸管的结温较夏天低，导致门极触发电压UGT、门极触发电流IGT偏高，使原来的触发电路发出的触发信号不能使晶闸管导通。 10、 晶闸管在使用时门极常加上负电压，有何利弊？

答：晶闸管门极加负电压的好处是避免干扰造成的误触发，但负电压最大值不能超过5V；不利方面是门极损耗增加，且降低晶闸管的触发灵敏度。

11、 为什么有触发脉冲时晶闸管导通，脉冲消失后则又关断？ 答：晶闸管的阳极—阴极间加正向电压，门极上有正向触发脉冲时，晶闸管被触发导通。此后阳极电流逐渐上升到擎住电流IL值时，去掉触发脉冲，则管子继续导通，直到电流升到负载电流后，进入正常正常工作状态。如果阳极电流还没有升到擎住电流值就去掉门极脉冲，则晶闸管就不能继续导通而关断。

12、 晶闸管的阳极—阴极间加正向正常电压，门极加上正向触发脉冲后晶闸管为什么也不导通？ 答：其主要原因如下：

a) 触发电路功率不足。 b) 脉冲变压器极性接反。 c) 负载断开。

d) 门极—阴极间并联的保护二极管短路。 e) 晶闸管损坏。

13、 晶闸管的阳极—阴极间加正向正常电压，为什么不加触发脉冲晶闸管也导通？ 答：主要原因是：

（1）晶闸管本身触发电压低，门极引线受干扰，引起误触发。 （2）环境温度和冷却介质的温度偏高，使晶闸管结温偏高，导致晶闸管触发电压降低，在干扰信号下造成误触发。

（3）晶闸管额定电压偏低，使晶闸管在电源电压作用下“硬开通”。 （4）晶闸管的断态电压临界上升率du/dt偏低或晶闸管侧阻容吸收回路断路。

14、晶闸管在工作时引起其过热的因素有哪些？ 答：主要因素如下： （1） 晶闸管过载。

（2） 通态平均电压，即管压降偏大。 （3） 门极触发功率偏高。

（4） 晶闸管与散热器接触不良。 （5） 环境温度和冷却介质温度偏高。 （6） 冷却介质流速过低。

15、 门极可关断晶闸管主要参数有哪些？ 答：GTO的主要参数如下：

（1）最大可关断阳极电流IATO。它也是标称GTO额定电流的参数。 （2）电流关断增益off。定义为

offIATO IGM式中 IGM——门极负脉冲电流最大值。

（3）擎住电流IL。在门极信号作用下，GTO从断态转为通态，阳极电流开始上升，当切除门极信号时，若管子处于临界导通状态，此时所对应的阳极电流就被定义为擎住电流。 16、绝缘栅双极晶体管有哪些主要参数？ 答：绝缘栅双极晶体管主要参数有：

（1）最大集—射极电压UCES。它是由IGBT内部PNP晶体管所能承受的击穿电压所决定的。

（2）最大集电极电流。包括额定直流电流IC和1ms脉冲最大电流ICP。

（3）最大集电极功耗PCM。指在正常工作温度下，允许的最大耗散功率。

17、IGBT在实际应用中应采取哪些保护措施？ 答：IGBT在实际应用中常用的保护措施如下：

（1）过流保护。通过检测出的过电流信号切断门极信号，使IGBT关断。

（2）过压保护。设置吸收电路可抑制过电压并限制电压上升率du/dt。

（3）过热保护。利用温度传感器检测出IGBT的壶温，当超过允许值时令主回路跳闸。 18、缓冲电路有什么作用？

答：缓冲电路也叫吸收电路，在电力电子器件应用技术中起着重要的作用。开通缓冲电路可以抑制器件开通时的电流冲和di/dt,减少器件的开通损耗；而关断缓冲电路用于吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt,减小关断损耗；上述两种缓冲电路结合在一起则称之为复合缓冲电路，兼有二者的功能。 19、可控整流电路如何分类？

答：有单相和多相等型式，常用的控整流电路为： （1） 单相。主要包括： 1）单相半波；

2）单相全波（又叫双半波）；

3）单相桥式（又分单相全控桥和单相半控桥两种型式）。 （2）三相。主要包括： 1）三相半波（又叫三相零式）；

2）三相桥式（又分三相全控桥和三相半控桥两种型式）； 3）带平衡电抗器的双反星形。

20、可控整流电路有哪些应用？

答：可控整流电路可以把交流电压变换成固定或可调的直流电压，凡是需要此类直流电源的地方，都能使用可控整流电路。例如，轧机、龙门刨床、龙门铣床、平面磨床、卧式镗床、造纸和印染机械等可逆或不可逆的直流电动机拖动、蓄电池充电、直流弧焊、电解和电镀等。

21、什么是触发延迟角？

答：在可控整流电路中，可控元件从开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲时止，其间的电角度叫触发延迟角，用表示，简称触发角，也叫控制角或移相角。 22、什么是导通角？

答：主电路中可控元件在一个周期内导通的电角度，用表示。 23、什么是同步？

答：触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调的关系叫同步。 24、单相可控整形电路有哪些优缺点？

答：单相可控整流电路线路简单、价格便宜，制造、调试、维修都比较容易。但其输出的直流电压脉动系数较大，若想改善波形，就需加入电感量较大的平波电抗器，因而增加了设备的复杂性和造价；又因为其接在电网的一相上，当容量较大时，易使三相电网不平衡，造成电力公害，影响供电质量。因此，单相可控整流电路只用在较小容量的地方，一旦功率超过4kW或要求电压脉动系数小的地方都采用三相可控整流电路。

25、在实际电路中为什么要用晶闸管串联？

答：单个晶闸管的额定电压是有一定限度的，当实际电路要求晶闸管承受的电压值大于单个晶闸管的额定电压时，可以用两个以上的同型号的晶闸管串联使用。

26、在实际电路中为什么要用晶闸管并联，晶闸管并联时应采用哪些措施？

答：单个晶闸管的额定电流是有一定限度的，当实际电路要求晶闸管通过的电流值大于单个晶闸管的额定电流时，可以用两个以上同型号的晶闸管并联使用。

由于各晶闸管的正向特性不可能一样，将使晶闸管在导通状态和导通过程中电流分配不均，使通过电流小的管子不能充分利用，而通过电流大的管子可能烧坏，因此要采取以下措施： （1） 尽量选用正向特性一致的管子并联。 （2） 采取均流措施。 （3） 采用强触发。

（4） 降低电流额定10%使用。

27、晶闸管整流电路为什么要用整流变压器，三相整流变压器为什么都用D，y联结？

答：一般情况下，晶闸管整流电路要求的交流供电电压与电网电压不一致，因此需配用适合变压器，以使电压匹配；另外，为了减少电网与晶闸管整流电路之间的相互干扰，要求两者隔离。基于上述两种理由，要用整流变压器。

由于晶闸管整流电路输出电压中除直流分量外，还含有一系列高次谐波，三相整流变压器的一次侧采用三角形联结，可使幅值较大的三次谐波流通，有利于电网波形的改善；二次侧接成星形联结是为了得到中性线，特别是三相半波整流电路，必须要有中性线。 28、三相半控桥与三相全控整流电路相比有哪些特点？

答：三相半控桥用三只晶闸管，不需要双窄脉冲或大于60的宽脉冲，因而触发电路简单、经济、调整方便。三相半控桥只能做可控整流，不能工作于逆变状态，因而只应用于中等容量的整流装置或不可逆的直流电动机传动系统中。实际应用中，还需在输出端并接续流二极管，否则在大电感负载时，一旦脉冲突然丢失，则会产生失控。三相半控桥电路，控制灵敏度低，动态响应差。 29、调试晶闸管整流装置时，应注意哪些问题？ 答：调试晶闸管整流装置时，应注意的问题有： （1） 核对接线确保无误。

（2） 先调试触发电路。触发脉冲的宽度、幅值、移相范围等必须

满足要求。

（3） 再调试主回路。必须保证触发脉冲与主回路电压同步，对于

三相整流电路，要特别注意三相交流电源的相序，不能颠倒。主回路的调试可先在低压下进行、正常后再接入正常电压试运行。

（4） 试运行中要注意观察整流装置的电压、电流有无异常声响等。

运行一段后，确实没有问题，方可投入正常运行。

30、常用的触发电路有哪几种？

答：触发电路的形式多种多样，常用的触发电路主要有阻容移相桥触发电路、单结晶体管移相触发电路、同步信号为正弦波的触发电路、同步信号为锯齿波的触发电路、KC系列的集成触发电路和数字式触发电路。

31、什么是电力电子器件的驱动电路？

答：电力电子器件的驱动电路是主回路与控制电路之间的接口，它对设备的性能有很大的影响。驱动电路性能良好，可使器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间、减小开关损耗，对设备的运行效率、安全性和可靠性都有重要的意义。 32、驱动电路的主要任务是什么？

答：驱动电路的主要的任务是将信息电子电路传来的信号按照控制目标的要求，转换成使电力电子器件开通或关断的信号。 33、什么是逆变？如何分类？

答：将直流电转变为交流电的过程就叫逆变。

变流器工作在逆变状态时，把直流电转变为50Hz的交流电送到电网，称为有源逆变；若把直流电转变为某一频率或频率可调的交流电供给负载使用，则叫做无源逆变或变频。

34、要想使变流器工作在逆变状态，应该具备什么条件？ 答：应同时具备以下两个条件：

（1） 外部条件。必须有外接的直流电源。 （2） 内部条件。控制角90。

35、什么叫逆变角？

答：变流器工作在逆变状态时，常将控制角改用表示，将称为逆变角，规定以处作为计量角的起点，角的大小由计量起点向左计算。和的关系为。

36、三相逆变电路对触发电路的要求和整流电路相比有什么不同？ 答：以三相半波共阴极接法为例进行分析。三相半波电路要求每隔

120按顺序给

V1、V3、V5施加触发脉冲，以保证换相到阳极电压

更高的那一相上。对于整流电路来说，如果同时给三个晶闸管施加触发脉冲，电路也能正常换相，而逆变电路则不行。逆变电路要求触发电路必须严格按照换相顺序，依此给三个晶闸管施加触发脉冲，才能保证电路正常工作。

37、什么叫逆变失败，造成逆变失败的原因有哪些？

答：晶闸管变流器在逆变运行时，一旦不能正常换相，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器输出的平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大的短路电流，这种情况叫逆变失败，或叫逆变颠覆。

造成逆变失败的原因主要有：

（1） 触发电路工作不可靠。例如脉冲丢失、脉冲延迟等。 （2） 晶闸管本身性能不好。在应该阻断期间管子失去阻断能力，

或在应该导通时不能导通。

（3） 交流电源故障。例如突然断电、缺相或电压过低等。 （4） 换相的裕量角过小。主要是对换相重叠角估计不足，使换相

的裕量时间小于晶闸管的关断时间。

38、为了防止逆变失败，最小逆变角min应取多大？ 答：逆变状态允许采用的最小逆变角应为：

min

式中 ——晶闸管关断时间tq折合的角度，约45；

——换相重叠角，与负载电流IL和变压器漏抗成正比，约

1520。

——安全裕量角，考虑脉冲不对称，一般取10。

综上所述，得出：min30——35。39、变频器是如何分类的？

答：按能量变换情况，可将变频器分成两大类：交—交变频器和交—直—交变频器。前者是将50Hz交流电直接转换成所需频率（一般是低于50Hz）的交流电，叫作直接变频。后者是将50Hz的交流电先经晶闸管装置整流成直流电，然后再将直流电逆变成所需频率的交流电，叫做间接变频。 40、变频器有哪些换相方式？ 答：变频器有如下换相方式：

（1）自然换相。有两种形式：电网电压换相和负载换相。 （2）强迫换相。

41、如何区分电压源型和电流源型变频器？

答：两者都属于交—直—交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件，如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；若采用大电抗器缓冲无功功

率，则构成电流源型变频器。 42、什么是斩波器？

答：斩波器是在接在恒定直流电源和负载电路之间，用以改变加到负载电路上的直流电压平均值的一种电力电子器件变流装置。 43、斩波器怎样分类？

答：斩波器按选用的晶闸管元件，可分为逆阻型和逆导型两类。应用全控型器件，可以构成降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路等基本斩波电路。 44、什么是交流调压器，应用在哪些地方？

答：通过对晶闸管控制，可把固定的交流电压转换成可调的交流电压，这种变流装置叫交流调压器。交流调压器广泛用于电炉的温度控制、舞台灯光的调节、中小功率异步电动机小范围调速以及电解电镀中整流变压器的一次绕组电压控制等。 45、什么是晶闸管交流开关？

答：如果令交流调压器中的晶闸管在交流电压自然过零时关断或导通，则称之为晶闸管交流开关。

46、交流调压器的晶闸管常用哪些方式控制？

答：交流调压器的晶闸管常用两种方式控制：相位控制和通—断控制。 47、在交流调压器或交流开关中，使用双向晶闸管有什么好处？ 答：双向晶闸管不论是从结构上，还是从特性上，都可以把它看作是一对反并联晶闸管集成元件。它只是一个门极，可用交流或直流脉冲触发，使之能正、反向导通。在交流调压器或交流开关中使用双向晶闸

管可以简化电路、减小装置体积和质量、节省投资、方便维修。 48、单相半波可控整流电路接大电感负载，为什么必须接续流二极管，电路才能正常工作？与单相桥式半控整流电路中的续流二极管的作用是否相同？

答：电感足够大时，若不接续流二极管，则在正半周导通期间电感吸收能量，并储存起来；在电压负半周，电感释放所吸收的能量，使晶闸管的阳极承受正压继续导通，这样在负载上就出现负电压波形，且负电压波形接近于正电压波形时，Ud0,Id0。因此，在接上续流二极管后不论延迟角多大，电感储存的能量经续流二极管续流，同时晶闸管因承受反压而关断，负载上不出现负电压波形，则整流输出电压Ud0.45U21cos。至于单相桥式半控整流电路，不接续流二极管，2电路本身具有续流回路，但是在实际运行中，可能会发生一只晶闸管导通而两只二极管轮流导通的异常现象，为避免这种失控情况，在负载测并联了续流二极管。由此可见，两只二极管的作用不完全相同。 49、在单相桥式全控整流电路中，若有晶闸管因为过流而烧成断路，结果会怎样？如果这只晶闸管被烧成短路，结果又会怎样？ 答：若有一晶闸管因为过流而烧成断路，则单相桥式全控整流电路变为单相半波可控整流电路，如果这只晶闸管被烧成短路，会引起其它晶闸管因对电源短路而烧毁，严重时使输入变压器因过流而损坏。(因此在设计电路时，在变压器二次侧与晶闸管之间应串联快速熔断丝，起到过流保护作用。)