武汉晴川学院级电力电子装置总复习思考题期末复习提纲

电力电子装置的定义及基本类型。

电力电子装置是以满足用电要求为目标， 以电力电子器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技 术对电能实现变换和控制的装置。 （ p1）

二、电力电子装置的主要类型

AC/DC变换器、DC/AC变换器、DC/DC变换器、AC/AC变换器、静态开关

电力电子装置和电力电子技术有哪些相同和不同之处 （p1）

相同之处：所用的电力电子器件、电力变换的功能不同之处：研究的侧重点不同

电力单子技术主要从技术的层面出发， 侧重于研究怎样用相

应的电路来试验电力变换，以及电能变换的过程和原理

电力电子装置主要从应用的层面出发， 侧重于研究如何采用新技术新方法来提高整机的性能和效率，以满足用电对象的 要求。

二者关系：电力电子技术的核心是电能形式的变换和控制， 它通过电力电子装置来实现。

常用的散热措施有哪些（ p14）

（ 1）减小器件接触热阻 Rθcs ：提高接触面的光洁度，接触面上涂导热硅脂，施加合适的安装压力等。

减小散热热阻 Rθ sa：选择有效散热面积大的铝型材散热器，将散热器作黑

化处理，必要时可采用紫铜材料制作散热器等。

降低环境温度，加快散热过程：注意机箱的通风，装置内部安装风机，

必要时可用水、油或其他液体介质管道，以降低装置内部环境温度帮助冷却。

缓冲电路的作用与分类。 (p14)

抑制开关器件的 du/dt 和 di/dt ，减小器件的开关损耗，使开关器件工作在安全区内。

?关断缓冲电路（ du/dt 抑制电路）

用于吸收器件的关断过电压和抑制 du/dt ，减小关断损耗。

?开通缓冲电路（ di/dt 抑制电路）

用于抑制器件开通时的 di/dt ，减小开通损耗。

关断缓冲电路和开通缓冲电路

耗能缓冲电路和馈能缓冲电路

?耗能缓冲电路

缓冲电路中储能元件的能量消耗在其内部的吸收电阻上。

?馈能缓冲电路

将缓冲电路中储能元件上的能量回馈给负载或电源。

有极性缓冲电路和无极性缓冲电路

常用的过电流过电压保护措施， 能看懂主电路中的主要保护措施。

常用的过电压保护措施 (p18):

封锁驱动信号

阻容吸收电路保护

压敏电阻保护

常用的过电流保护措施 :(p17)

?电子电路保护 ——封锁驱动信号

?快速熔断器保护 ——熔断器熔断切断回路动作时间：约 20ms

?过电流继电器保护 ——跳开交流断路器动作时间： ~

晶闸管在串并联使用中需要解决的问题及解决方法。（ p20 补充内容）

晶闸管的串联 :

要解决的问题：电压分配不均衡。解决方法：

?静态均压——并联均压电阻 Rj

?动态均压——并联均压阻容 RC

晶闸管的并联：

存在的问题：因静态和动态特性参数差异导致电流分配不均衡。

解决方法：

串联均流电阻 R

串联均流电抗器

高频开关电源的三个组成环节及各部分的主要作用。（ p22）

高频开关电源主要由输入环节、 功率变换电路以及控制驱动电路 3 大部分组成

输入环节：包含 EMI 滤波器、输入浪涌电流的抑制、输

入瞬态电压的抑制、输入整流滤波等。

功率变换电路（ DC/DC变换器）

利用电力电子器件的开关作用实现直流 - 直流变换。是开关电源的核心。

两大类：不带隔离变压器 带隔离变压器

控制与保护电路

控制电路：从输出端取样，经与设定的标准值比较， 再去控制变换器开关管的占空比，以实现输出稳定和限制最大输出电流。

保护电路：根据检测电路提供的参数，经保护电路鉴别，来提供控制电路对整机进行各种保护的措施。

开关电源的主要控制是 PWM，其中电压控制模式和峰值电流控制模式被广泛使用。

EMI 滤波器的作用是什么（ p22）

滤除外界电网的高频脉冲对本机的干扰， 同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

单端反激开关电源的三种工作模式。（ p27）

三种工作模式：

?若 T 导通瞬间， i2 ≠0——连续工作模式

?若 T 导通瞬间， i2=0 ——不断续工作模式

?若 T 导通瞬间， i2 刚减小至零——临界工作模式

自激型单端反激开关电源的自激原理、 工作模式和调制方式。

　(p28)

工作原理 : 接通电源后，输入电压首先经启动电阻 Rst 给开关管 T 提供起始基极电流 ib ，在正反馈作用下， T 很快饱和导通，电感 L1 储能，电流 i1 线性增加。同时，正反馈绕组上感应电压 Uf 给电容充电，使 T 基极电流 ib 减小，当 ib 减小至临界饱和电流时，在正反馈作用下， T 很快退出饱和而截止，进入反激。变压器中的磁能通过 L2 释放，电流 i2 线性减小，感应电压 Uf 反向，使 T 可靠截止，电容放电并反向充电。当 i2=0 时，

反激结束， Uf=0 ，T 又开时导通， 周而复始， 产生自激振荡。工作模式：工作于临界连续模式，以自激振荡方式工作

调制方式：自激型单端反激开关电源在调宽的同时，频率也在变化。——混合调制

图所示开关电源的组成和稳压原理。 (p30)

T2 单端反激主开关管， R4/R5 组成启动电阻， R12、C22、N3为自激电路，剩余下半部分为自动稳压电路。当 U0 升高时， R44 电压升高，T3 发射结电压升高， 使 T3 基极电流 I b3 升高，

集电极电流 I C3 升高，同时 T1 的基极电流升高，从而使 I C1

升高，I b2 下降， 导致 T2 导通， 脉宽下降， 输出电压 U0 下降。

Boost 有源功率因数校正的基本思想。（ p46）

在整流电路与滤波电容之间加入功率变换（ Boost 变换）电

路，通过适当控

制强迫整流电路输入电流自动跟随输入电压变化，从而将输入电流校正成为与

电网电压同相位的正弦波， 使功率因数提高达到接近于 1（ >）。

图所示电路功率因数校正的基本原理。 (p46)

采用电压外环、电流内环的双闭环控制系统。

?电压外环： u' d——整流输出，Δ U——误差放大器输出， Um——乘法器输出。 Um的幅值∝ ? U，波形与 u' d 相同。

?电流内环： Um——作基准信号， i L——反馈电流（ R4 上转换成电压 U4）。

Um与 U4 二者比较→形成 PWM信号→作开关管的驱动信号

?基本原理：当电流 iL= 0 时→ →S=0,R=1→Q=0→U7=“ 1”

→开关管 T 导通

→i L（i T）↑→当 i T 增加到使 U4=Um时→ R=0,S=1→Q=1→ U7=

“0”→开关管 T 截止

→iT=0 且 i L ↓→当 i L 下降至 0 时开关管 T 再次导通，重复以上工作过程。



恒频恒压正弦波逆变器哪两种调制方式调制波和载波各是什么（ p56~57 ）

（ 1）直流脉宽调制 调制信号——直流

载波信号——三角波（锯齿波）

（ 2）正弦波脉宽调制 调制信号——正弦波

载波信号——三角波

单极倍频 SPWM调制有什么特点（ p58）

在单极性 SPWM下， UABZ 中存在 3 种电平： Ud、- U d 和 0

在相同直流电压下， 双极性 SPWM波比单极性 SPWM波的电压脉动幅度高一倍

在相同开关频率下，单极倍频 SPWM波的脉动频率较双

极性 SPWM波高一倍，

可以在不提高开关频率的的前提下， 输出谐波减少， 更有利于后级电路的滤波

逆变器直流不平衡的概念。 (p59)

实际运行中，若由于某种原因使逆变电压中出现直流分量， 导致变压器铁芯饱和，使变压器磁滞回线出现偏磁轨迹，从而加大了变压器的损耗，降低了效率，这种现象称为变压器

的直流不平衡，也称为直流偏磁。

交- 直- 交变频调速装置的三种结构形式及其特点。（ p83 补充内容）

变 频 调速 系 统 常 采 用哪两 种控制 方 法

（ p84）

1） 正弦波脉宽调制技术 SPWM——采用专用

大规模集成控制芯片 HEF4752 2） 电压 空间 矢 量 脉宽 调 制 技术

SVPWM，又称为磁链追踪技术。

SVPWM调制技术的基本思想。

（ p85）

SVPWM技术的基本思想： 以三相对称

正弦电压供电下的理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同开关模式下所形成的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，在追踪

的过程中，逆变器的开关作适当的切换，即可直接生成 PWM

波。

感应加热的基本原理。（ p90）

理论基础——电磁感应原理

高频交变电流通过电感线圈产生交变的磁场，当磁场内磁力线通过待加热金

属工件时，交变的磁力线穿透金属工件形成回路，在其横截

面内产生感应电流

（涡流），可使待加热工件局部瞬时迅速发热，进而



建立 UPS供电系统的主要目的及 UPS的四大功能。

　(p95) 建立 UPS供电系统的目的：

不停电供电 高质量

全面改善供电质量 高可靠性四大功能：

?不停电功能——解决电网停电问题；——不停电供电

?交流稳压功能——解决网压剧烈波动问题；

?净化功能——解决电网与电源污染问题； 改善供电质量

?管理功能——解决交流动力维护问题。

后备式 UPS的基本原理及特点。（ p95）

达到工业加热的目的。

什么是 UPS UPS有哪四种类型 (p95)

UPS （Uninterrupted Power Supply ）——不间断电源



不工作



工作原理 :

?市电正常时——逆变器

定义：利用电池化学能作为后备能量，当交流输入电源（市 电）发生异常或断电等故障时， 能继续不间断地向负载供电， 并能保证供电质量，使负载供电不受影响的装置。

类型：

后备式 UPS ——又称为离线式 UPS，是静态 UPS的最初形式。

双变换在线式 UPS

在线互动式 UPS 4） Delta 变换式 UPS

①路： 市电经低通滤波后，再通过稳压器经转换开关 S1 供给负载；

②路：市电通过充电器给电池充电。

?市电故障或供电中断时——充电器不工作

切换转换开关至 S2，启动逆变器， 将蓄电池储存的直流电压通过逆变器变换成稳压、稳频的交流电压，维持对负载的供 电。

输出电压波形有正弦波、方波、准方波三种。主要特点

优点：结构简单、可靠性高、成本低、运行效率高；

缺点：供电波形质量较差、频率适应性差、市电转换逆变器工作转换时间较长（ 4ms~10ms）

应用：适用于小功率的 UPS（小于 2KVA）。

双变换在线式 UPS的基本原理及特点。 (p95~96)

工作原理

?市电正常时：

① 路 : 市电→ 滤

波器→整流器→逆变器→转换开关→负载； ——主供电

②路：市电→滤波器→整流器→充电器→蓄电池组； —— 蓄电池充电

③路：逆变器出现故障：市电→滤波器→转换开关→直接向

负载供电。——旁路工作

?市电故障或供电中断时 ——充电器关闭

蓄电池放电→逆变器→转换开关→负载 ，维持对负载供电的连续性。 ——蓄电池供电

主要特点 :

不管市电是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变器，即逆变器始终处于工作状态。 ——在线式

优点： ?市电 - 电池转换时，可实现零切换时间；

?供电质量好。

缺点：结构复杂、成本高、效率低（ AC/DC/AC两次变换）。应用：适用于对电源有严格要求场合。

在线互动式 UPS的基本原理及特点 .(p96) 双向变换器：既可作整流

器（ AC/DC)，又可作逆变器 (DC/AC) 。原理：

当市电正常时，市电通过智能调压直接向负载供电，同时双

向变换器工作在整流状态，向蓄电池充电。

当市电中断或异常时，双向变换器工作在逆变状态，由蓄电池通过逆变器向负载供电。

优点： ?结构简单、 成本低、效率高（ 98%以上）、可靠性高；

?带线性负载时，对电网无污染，输入功率因数较高。缺点： ?市电 - 电池切换时仍有转换时间（ <4ms）；

?市电供电时，供电品质较差；

?电压稳定度较差，对电网适应范围较窄；

?蓄电池的使用寿命较低。

应用：适用于中、小功率的 UPS（小于 10KVA），且非关键性负载的场合。

Delta 变换式 UPS的基本原理及特点。（ p97）

工作原理 :

?市电正常时

①路：市电→补偿变压器（ TM）→转换开关→负载；——主供电

两变换器同时工作，相互配合，只对市电电压与输出电压的差值Δ U进行调整和补偿，使负载得到稳定的正弦波电压。

②路：市电→补偿变压器→ Delta 变换器（主变换器）→蓄电池组 ——蓄电池充电

③路（主变换器故障时） ：市电→旁路→直接向负载供电；

——旁路工作

?市电故障或中断时

蓄电池放电→主变换器→转换开关→负载。 ——蓄电池供电

优点： 供电品质高；

?损耗小，效率高，过载能力强，无切换时间。

?市电利用率高 ,

缺点：

?主电路和控制电路复杂，成本较高；

?不能稳定频率。

主要用于中、大功率的 UPS（ 10~480KVA左右）。

UPS中转换开关的作用，常用的转换开关有哪几种

（ p111）

切换开关功能：

实现市电旁路供电与逆变器供电之间，以及市电整流供电与蓄电池供电之间的切换。

常用的三种切换开关：

机械电磁开关（继电器、 接触器） 、混合式开关、 静态开关

什么是同步锁相控制 UPS 中采用同步锁相控制的

重要意义。

　(p117)

同步锁相控制 : 采取一定的技术手段适时检测逆变器与输入市电的频率和相位，再通过闭环控制对逆变器输出电压的频 率和相位进行调节，使逆变器与市电始终保持相位同步运行。为了避免在 UPS执行转换的瞬间，将会对负载产生过大的冲击，同时所出现的瞬态电压差Δ U 将会在两路电源间产生很大的环流，造成逆变器中功率管的烧毁。

锁相环 PLL 的组成和基本原理。 (p117)

组成：鉴相器 PD、环路滤波器 LF、压控振荡器 VCO 2）工作原理

输出信号 Uo 反馈到输入端， 鉴相器将反馈信号 Uf 与输入信号

Ui 的相位进行比较， 得到一个与相位差成正比的误差信号 Ud，经环路滤波器滤除 Ud 中的高频成分和噪声， 并将其转换成一 个电压控制信号 Uc 去压控振荡器调相， 使输出信号相位跟踪

输入信号相位的变化，实现输入信号与输出信号的相位（频率）同步。

30. 直流电动机无触点启动器限制启动电流的基本原理。（ p134）第二种方法在启动过程中改变外加电以控制电枢电流，使它在整个启动过程中保持在一定的范围内。31. 滑差电机（图）的调速原理。滑差电机调速原理如图所示，控制滑差电机磁极上驱动绕组的电流 ID 和制动绕组电流 I2 的大小，可使滑差电机具有理想的加、减速过程，适应冲击性负载。励磁电流的调节采用PWM控制的斩波电路，图中

30. 直流电动机无触点启动器限制启动电流的基本原

理。（ p134）

第二种方法在启动过程中改变外加电以控制电枢电流，使它

在整个启动过程中保持在一定的范围内。

31. 滑差电机（图）的调速原理。

滑差电机调速原理如图所示，控制滑差电机磁极上驱动绕组的电

流 ID 和制动绕组电流 I2 的大小，可使滑差电机具有理想的加、

减速过程，适应冲击性负载。励磁电流的调节采用

PWM控制的斩

波电路，图中 1 和 2 端为 PWM控制信号输入端。改变 1 端控制信

号脉宽就可以改变驱动绕组电压 UoD，从而改变驱动励磁电流 ID

的大小；同理， 2 端可控制制动绕组电流

Iz 的大小；图中， D1

和 D2 是续流二极管

32. 图电路的组成及工作过程。

20kHz 的方波电压经高频变压器降压及副边二极管整流、滤波后

得到所需的直流电压。开关器件采用 IGBT。高频降压变压器 P1

的铁芯采非晶态合金材料，其高频高导磁性、低损耗性及低激磁

功率特性远优于铁氧体铁芯。 C7、R1、D1 构成母线吸收电路，吸收线路电感引起的尖峰电压。

在稳压电源中，输出电压的数值不可避免地要受到各种扰动因素的影响，这种影响只有通过闭环控制才能消除。在本系统中，检

测输出电压的数值，对 IGBT 的驱动信号进行 PWM控制，即调节高频逆变输出方波的脉宽，便可调节降压、整流、滤波后的输出

直流电压，将其稳定在 24V

控制系统中电压调节器与电流调节器的主要作用。将生产过程 参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据一定的调节规律产生输出信号推动执行器消除偏差量，使该参数

保持在给定值附近或按预定规律变化的控制器

四象限斩波调速主电路（图）中四种运行方式下各开关管的工作情况，正（反）转电动运行时的的调速原理。

　（ p135）

正向电动状态（第一象限） ，T1 作斩波开关， T4 导通， T2 和 T3

关断， T1 进行 PWM调制（降压斩波电路） 正向制动状态（第二象限） ，T2 作斩波开关， T4 导通， T1 和 T3 关断， T2 进行 PWM调制

（升压斩波电路） 反向电动状态（第三象限） ，T3 作斩波开关， T2 导通， T1 和 T4 关断， T3 进行 PWM调制

（降压斩波电路） 反向制动状态（第四象限） ，T4 作斩波开关， T2 导通， T1 和 T3 关断， T4 进行 PWM调制

（升压斩波电路） 电动运行状态：直流电源输出电能，直流电动机吸收电能；

制动运行状态：直流电动机输出电能，直流电源吸收电能。

EMI、EMC、EMS、UPS、PLL、SPW、M SVPWM的全称。

EMI：电磁干扰 p54 EMC：电磁兼容 EMS： 电 磁 耐 受 性 UPS：不间断电源 p95 PLL：锁相环 p117

SPW：M 正弦脉宽调制技术 p84

SVPWM电: 压空间矢量脉宽调制技术 p84

名词解释：电力电子装置、线性稳压电源、开关电源、零电压开关、零电流开关、直流偏磁、蓄电池容量、放电终止电压、放电率、放电电流、自放电率、电磁兼容、电磁干扰、电磁耐受性。

电力电子装置 : 电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相

关的应用技术对电能实现变换和控制的装置（ p1）

线性稳压电源 ：起电压调整功能的器件始终工作在线性放大区的直流稳压电源。

　（ p21）

开关电源 ：起调整功能的器件始终以高频开关方式工作的直流稳压电源。（p21）

零电压开关 ：零电压开关通常指具有零电压开通方式的软开关。

（ p54）

零电流开关 ：零电流开关通常指具有零电流关断方式的软开关。

（ p54）

直流偏磁 ：实际运行中，若由于某种原因使逆变电压中出现直流分量， 导致变压器铁芯饱和， 使变压器磁滞回线出现偏磁轨迹，

从而加大了变压器的损耗，降低了效率，这种现象称为变压器的直流不平衡，也称为直流偏磁。 （ p59）

蓄电池容量 ：表示电池在充满电的情况下的储能多少。用放电电流与放电时间的乘积来表示，单位为安时（ A?h）。（ p106）

放电终止电压 ：指电池不允许再放出去电能时的电压值。通常为单格。（p106）

放电率 ：指放电至终止电压的电流大小或时间快慢。可用放电电流或放电时间表示。

　（p106）

放电电流 ：指电池的输出电流。可用安培表示，通常用电池的容量 C乘以某个系数来表示（称为倍率） 。（ p106）

自放电率 ：电池在不用时其内部消耗的能量， 用 C/ 天表示。（ p106）

电磁兼容 EMC：指设备或系统再起包磁环境中能正常工作，且

不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰能力。 （p54 补充内容）

电磁干扰 EMI：指设备或系统在执行应有功能的过程中所产生的任何可能引起其他装置、设备或系统性能下降的电磁现象。

电磁耐受性 EMS：指设备或系统在执行应有功能的过程中能正常工作，不受周围电磁环境影响的能力。