电力电子技术期末复习10套及答案.docx

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电力电子技术期末复习10套及答案

考试试卷

（1）卷

一、填空题（本题共8小题，每空1分，共20分）

1、电子技术包括__信息电子技术___和电力电子技术两大分支，通常所说的模拟电子技术和数字电子技术就属于前者。

2、为减少自身损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在____开关_____状态。

当器件的工作频率较高时，__开关_______损耗会成为主要的损耗。

3、在PWM控制电路中，载波频率与调制信号频率之比称为______载波比_______，当它为常数时的调制方式称为_____同步____调制。

在逆变电路的输出频率范围划分成若干频段，每个频段内载波频率与调制信号频率之比为桓定的调制方式称为_____分段同步_______调制。

4、面积等效原理指的是，_____冲量____相等而__形状_____不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

5、在GTR、GTO、IGBT与MOSFET中，开关速度最快的是___MOSFET______，单管输出功率最大的是____GTO_________，应用最为广泛的是___IGBT________。

6、设三相电源的相电压为U2，三相半波可控整流电路接电阻负载时，晶闸管可能承受的最大反向电压为电源线电压的峰值，即       

     ，其承受的最大正向电压为       

      。

7、逆变电路的负载如果接到电源，则称为逆变，如果接到负载，则称为逆变。

8、如下图，指出单相半桥电压型逆变电路工作过程中各时间段电流流经的通路（用V1,VD1,V2,VD2表示）。

（1） 0~t1时间段内，电流的通路为________；

（2） t1~t2时间段内，电流的通路为_______；

（3） t2~t3时间段内，电流的通路为_______；（4） t3~t4时间段内，电流的通路为_______；（5） t4~t5时间段内，电流的通路为_______；

二、选择题（本题共10小题，前4题每题2分，其余每题1分，共14分）

1、单相桥式PWM逆变电路如下图，单极性调制工作时，在电压的正半周是（）

A、V1与V4导通，V2与V3关断

B、V1常通，V2常断，V3与V4交替通断

C、V1与V4关断，V2与V3导通

D、V1常断，V2常通，V3与V4交替通断

2、对于单相交流调压电路，下面说法错误的是（）

A、晶闸管的触发角大于电路的功率因素角时，晶闸管的导通角小于180度

B、晶闸管的触发角小于电路的功率因素角时，必须加宽脉冲或脉冲列触发，电路才能正常工作

C、晶闸管的触发角小于电路的功率因素角正常工作并达到稳态时，晶闸管的导通角为180度

D、晶闸管的触发角等于电路的功率因素角时，晶闸管的导通角不为180度

3、在三相三线交流调压电路中，输出电压的波形如下图所示，在t1~t2时间段内，有（）晶闸管导通。

A、1个B、2个C、3个D、4个

4、对于单相交交变频电路如下图，在t1~t2时间段内，P组晶闸管变流装置与N组晶闸管变流装置的工作状态是（）

A、P组阻断，N组整流B、P组阻断，N组逆变

C、N组阻断，P组整流D、N组阻断，P组逆变

5、电阻性负载三相半波可控整流电路中，控制角的范围是（）

A、30°～150 B、0°～120°C、15°～125°D、0°～150°

6、桓流驱动电路中加速电容C的作用是（）

A、加快功率晶体管的开通B、延缓功率晶体管的关断

C、加深功率晶体管的饱和深度D、保护器件

7、直流斩波电路是一种（）变换电路。

A、AC/ACB、DC/ACC、DC/DCD、AC/DC

8、为限制功率晶体管的饱和深度，减少存储时间，桓流驱动电路经常采用（）

A、du/dt抑制电路B、抗饱和电路C、di/dt抑制电路D、吸收电路

9、已经导通的晶闸管的可被关断的条件是流过晶闸管的电流（）

A、减小至维持电流以下B、减小至擎住电流以下

C、减小至门极触发电流以下D、减小至5A以下

10、IGBT是一个复合型的器件，它是（）

A、GTR驱动的MOSFETB、MOSFET驱动的GTR

C、MOSFET驱动的晶闸管D、MOSFET驱动的GTO

三、简答题（共3小题，22分）

1、简述晶闸管导通的条件与关断条件。

（7分）

晶闸管导通的条件是：

阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。

门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。

导通后的晶闸管管压降很小。

（3分）

使导通了的晶闸管关断的条件是：

使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－维持电流ＩＨ以下。

其方法有二：

（1）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压；

（2）增加负载回路中的电阻。

（4分）

2、电压型逆变电路的主要特点是什么？

（8分）

（1）直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；（2分）

（2）输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；（3分）

（3）阻感负载时需提供无功。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

（3分）

3、简述实现有源逆变的基本条件，并指出至少两种引起有源逆变失败的原因（7分）

（1）外部条件：

要有一个能提供逆变能量的直流电源，且极性必须与直流电流方向一致，其电压值要稍大于Ud；（2分）

（2）内部条件：

变流电路必须工作于β<90°区域，使直流端电压Ud的极性与整流状态时相反，才能把直流功率逆变成交流功率返送回电网。

这两个条件缺一不可。

（2分）

当出现触发脉冲丢失、晶闸管损坏或快速熔断器烧断、电源缺相等原因都会发生逆变失败。

当逆变角太小时，也会发生逆变失败。

（3分）

四、作图题（共2小题，每题12分，共24分）

1、三相全控桥，阻感负载，主回路整流变压器的接法是D,y5，采用NPN管的锯齿波触发器，要求在整流与逆变状态运行。

同步变压器二侧电压经R-C滤波器滤波后（滞后角为30°）接到触发电路。

同步变压器的的接法为Y/Y-10，4接法，如下图所示，选择晶闸管的同步电压。

（要给出分析过程，分析依据）

1、（12分）

同步变压器的钟点数为Y/Y-10,4

晶 闸 管

VT1

VT2

VT3

VT4

VT5

VT6

主电路电压

+Uu

-Uw

+Uv

-Uu

+Uw

-Uv

同步电压

UsU

-UsW

UsV

-UsU

UsW

-UsV

2、电路与波形如图所示。

（1）若在t1时刻合上K，在t2时刻断开K，画出负载电阻R上的电压波形；

（2）若在t1时刻合上K，在t3时刻断开K，画出负载电阻

R上的电压波形。

（ug宽度大于3600）。

（a）电路图（b）输入电压u2的波形图

五、计算题（共1小题，共20分）

1、电路如图所示，单相全控桥式整流电路接大电感负载，R=4Ω，U2=220V。

（1）触发角为60°时，（a）试求Ud、Id、晶闸管电流平均值IdVT、晶闸管电流有效值IVT、变压器副边电流有效值I2；（b）作出ud、id、iVT2、i2的波形图（图标清楚，比例适当）。

（2）当负载两端接有续流二极管时，（a）试求Ud、Id、IdVT、IVT、IVD、IdVD、I2；（b）作出ud、id、iVT2、iVD、i2的波形图（图标清楚，比例适当）。

1、

（1）（a）Ud=0.9U2cosα=0.9×220×cos600=99V （1分）

Id=Ud/R=99/4=24.75A（1分）

I2=Id=24.75A（1分）

IdVT=1800/3600×Id=24.75/2=13.38A（1分）

IVT=

（2分）

（b）波形如图1所示（3分）

（2）（a）Ud=0.9U2（1+cosα）/2=0.9×220×（1+cos600）/2=148.5V（1分）

Id=Ud/R=148.5/4=37.13A IdVT=（1800-α）/3600×Id=（1800-600）/3600×37.13=12.38A（1分）

（1分）

（2分）

IdVD=2α/3600×Id=2×600/3600×37.13=12.38A（1分）

（2分）

（b）波形如图2所示（3分）

试卷参考答案及评分标准（2卷）

一、填空题：

（本题共6小题，每空1分，共15分）

1、空1GTR；空2IGBT

2、空1基波电流相移；空2电流波形畸变

3、空1均压

4、空12~4

5、空1交流变直流；空2直流变交流；空3直流变直流；空4交流变交流

6、空1V1；空2VD1；空3V2；空4VD2；空5第2

二、选择题：

（本题共11小题，9，10，11小题每题2分，其余每题1分，共14分）

1、（D）2、（A）3、（B）4、（C）5、（D）

6、（B）7、（C）8、（C）9、（D）10、（B）

11、（C）

考试试卷

（2）卷

一、填空题（本题共6小题，每空1分，共15分）

1、_________存在二次击穿现象，____________存在擎住现象。

2、功率因数由              和          这两个因素共同决定的。

3、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是           _措施。

4、同一晶闸管，维持电流IH与掣住电流IL在数值大小上有IL_       IH。

5、电力变换通常可分为：

        、        、      和        。

6、在下图中，_______和________构成降压斩波电路使直流电动机电动运行，工作于第1象限；_______和_______构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变成为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于____象限。

二、选择题（本题共11小题，9，10，11小题每题2分，其余每题1分共14分）

1、下列电路中，不可以实现有源逆变的有（）。

A、三相半波可控整流电路B、三相桥式全控整流电路

C、单相桥式可控整流电路D、单相全波可控整流电路外接续流二极管

2、晶闸管稳定导通的条件（）

A、晶闸管阳极电流大于晶闸管的擎住电流

B、晶闸管阳极电流小于晶闸管的擎住电流

C、晶闸管阳极电流大于晶闸管的维持电流

D、晶闸管阳极电流小于晶闸管的维持电流

3、三相半波可控整流电路的自然换相点是（）

A、交流相电压的过零点

B、本相相电压与相邻相电压正半周的交点处

C、比三相不控整流电路的自然换相点超前30°

D、比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°

4、若增大SPWM逆变器的输出电压基波频率，可采用的控制方法是（）

A、增大三角波幅度B、增大三角波频率

C、增大正弦调制波频率D、增大正弦调制波幅度

5、三相半波可控整流电路中，晶闸管可能承受的反向峰值电压为（）

A、U2B、

U2C、2

U2D.

U2

6、晶闸管电流的波形系数定义为（）

A、

B、

C、Kf=IdT·ITD、Kf=IdT-IT

7、降压斩波电路中，已知电源电压Ud=16V，负载电压Uo=12V，斩波周期T=4ms，则开通时Ton=（）

A、1msB、2msC、3msD、4ms

8、关于单相桥式PWM逆变电路，下面说法正确的是（）

A、在一个周期内单极性调制时有一个电平，双极性有两个电平

B、在一个周期内单极性调制时有两个电平，双极性有三个电平

C、在一个周期内单极性调制时有三个电平，双极性有两个电平

D、在一个周期内单极性调制时有两个电平，双极性有一个电平

9、对于单相交交变频电路如下图，在t2~t3时间段内，P组晶闸管变流装置与N组晶闸管变流装置的工作状态是（）

A、P组阻断，N组整流B、P组阻断，N组逆变

C、N组阻断，P组整流D、N组阻断，P组逆变

10、在三相三线交流调压电路中，输出电压的波形如图所示，在t2~t3时间段内，有（）晶闸管导通。

A、1个B、2个C、3个D、4个

三、简答题（本题共4小题，共30分）

1、电压型逆变电路的主要特点是什么？

（7分）

答：

（1）直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；（2分）

（2）输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；（3分）

（3）阻感负载时需提供无功。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

（2分）

2、某一晶闸管，额定电压为300V，额定电流为100A，维持电流为4mA，使用在下图所示的各电路中是否合理?

说明其理由。

（不考虑电压、电流裕量）（8分）

答：

图a不合理（1分），电流小于维持电流（2分）

图b不合理（1分），最高电压大于额定电压（1分）

图c合理（1分），电流为150A小于100×1.57（2分）

3、下面BOOST升压电路中，电感L、电容C与二极管的作用是什么？

（7分）

答：

储存电能升压（3分）；保持输出电压稳定（4分）。

4、变压器漏感对整流电路有什么影响？

（8分）

答：

出现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud降低；整流电路的工作状态增多；（2分）

晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通；（2分）

有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt；

换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路（2分）；

换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。

（2分）

四、作图题（本题共3小题，共26分）

1、画出三相桥式全控整流电路带阻感负载的原理图，并给图中6个晶闸管写上正确的编号，编号写在晶闸管的正上方或正下方。

变压器采用Δ/Y接法。

（8分）

2、画出下图对应的Ud、iT1、VT1的波形其中虚线为脉冲信号。

（12分）

3、将控制电路、检测电路、驱动电路、主电路填入以下框图中，组成一个电力电子应用系统。

（6分）

六、计算题（本题共1小题，共15分）

1、有一个三相全控桥整流电路。

已知电感负载L=0.2H、α=60°、R=1Ω、变压器二次相电压U2=100V。

试画出Ud的波形，计算负载端输出的直流电压Ud和负载电流平均值Id，计算变压器二次电流的有效值I2

解：

1、∵wL=2πfL=62.8≥10R=10

∴此为大电感负载，负载端电流波形平直。

（3分）

Ud=2.34U2cosα=117V（3分）

Id=Ud/R=117A（3分）

I2=

＝175.5A。

（3分）

波形绘制（3分）

试卷参考答案及评分标准（3卷）

课程名称：

电力电子技术选课课号：

适用专业/年级：

抽（命）题人：

考试方式：

闭卷卷面总分：

100分

一、填空题（本题共7小题，每空1分，共20分）

1、空1GTR；空2GTO；空3MOSFET；空4IGBT；空5MOSFET；空6GTR。

2、空1要有足够的驱动功率；空2触发脉冲前沿要陡幅值要高；

空3触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。

3、空1均流；空2串专用均流电抗器。

4、空1正弦波；空2方波。

5、空1180。

6、空1增加；空2下降。

7、空1快速熔断器；空2串进线电抗器；空3接入直流快速开关；

空4控制快速移相使输出电压下降。

考试试卷（3）卷

一、填空题：

（本题共7小题，每空1分，共20分）

1、请在正确的空格内标出下面元件的简称：

电力晶体管　；可关断晶闸管　  ；功率场效应晶体管　      　；绝缘栅双极型晶体管　       ；IGBT是           和           的复合管。

2、晶闸管对触发脉冲的要求是                、                和                     。

3、多个晶闸管相并联时必须考虑　   　的问题，解决的方法是　               。

4、在电流型逆变器中，输出电压波形为　    波，输出电流波形为　   　波。

5、三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在同一桥臂上的上、下二个开关管间进行，称为_______°导电型

6、当温度降低时，晶闸管的触发电流会　     、正反向漏电流会       ；

7、常用的过电流保护措施有　　         、　　     、               、　　       。

二、选择题（本题共10小题，每小题1分，共10分）

1、（A）2、（C）3、（B）4、（A）5、（A）

6、（D）7、（C）8、（C）9、（B）10、（D）

三、判断题（本题共10小题，每小题1分，共10分）

1、（√）2、（×）3、（×）4、（×）5、（√）

6、（×）7、（×）8、（×）9、（×）10、（√）

二、选择题（本题共10小题，每题1分，共10分）

1、单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差（）度。

A、180°B、60°C、360°D、120°

2、α为       度时，三相半波可控整流电路，电阻性负载输出的电压波形，处于连续和断续的临界状态。

A、0度B、60度C、30度D、120度，

3、晶闸管触发电路中，若改变（）的大小，则输出脉冲产生相位移动，达到移相控制的目的。

A、同步电压 B、控制电压 C、脉冲变压器变比D、以上都不能

4、可实现有源逆变的电路为（）。

A、三相半波可控整流电路   B、三相半控桥整流桥电路

C、单相全控桥接续流二极管电路 D、单相半控桥整流电路

5、在一般可逆电路中，最小逆变角βmin选在下面那一种范围合理（）。

A、30º-35º B、10º-15ºC、0º-10ºD、0º。

6、单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是（）

A、90°B、120°C、150°D、180°

7、若增大SPWM逆变器的输出电压基波频率，可采用控制方法是（）

A、增大三角波幅度B、增大三角波频率

C、增大正弦调制波频率D、增大正弦调制波幅度

8、采用多重化电压源型逆变器的目的，主要是为（）

A、减小输出幅值B、增大输出幅值

C、减小输出谐波D、减小输出功率

9、为限制功率晶体管的饱和深度，减小存储时间，恒流驱动电路经常采用（）

A、

抑制电路B、抗饱和电路C、

抑制电路D、吸收电路

10、一般认为交交变频输出的上限频率（）

A、与电网有相同的频率B、高于电网频率

C、可达电网频率的80%D、约为电网频率的1/2~1/3

三、判断题（正确打√，错误打×）：

（本题共10小题，每小题1分，共10分）

1、在半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路出故障时会出现失控现象。

（     ）

2、在用两组反并联晶闸管的可逆系统，使直流电动机实现四象限运行时，其中一组逆变器工作在整流状态，另一组工作在逆变状态。

（）

3、晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。

（）

4、逆变角太大会造成逆变失败。

（）

5、并联谐振逆变器必须是略呈电容性电路。

（）

6、给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。

（）

7、有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。

（）

8、在单相全控桥整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。

（）

9、三相半波可控整流电路中，电路输出电压波形的脉动频率为300Hz。

（）

10、变频调速是改变电动机内旋转磁场的速度达到改变转速的目的。

（）

四、简答题（本题共3小题，共32分）

1、试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。

（12分）

器件

优点

缺点

IGBT

开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小

开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及GTO

GTR

耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低

开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题

GTO

电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强

电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低

电力

MOSFET

开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题

电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置

2、试分析下图间接交流变流电路的工作原理，并说明其局限性。

（10分）

答：

图是带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路，它在中间直流电容两端并联一个由电力晶体管V0和能耗电阻R0组成的泵升电压限制电路。

当泵升电压超过一定数值时，使V0导通，把从负载反馈的能量消耗在R0上（5分）。

其局限性是当负载为交流电动机，并且要求电动机频繁快速加减速时，电路中消耗的能量较多，能耗电阻R0也需要较大功率，反馈的能量都消耗在电阻上，不能得到利用（5分）。

3、软开关电路可以分为哪几类？

各有什么特点？

（10分）

答：

根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路（4分）。

准谐振电路：

准谐振电路中电压或电流的波形为正弦波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式（2分）。

零开关PWM电路：

这类电路中引入辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过程前后，此电路的电压和电流基本上是方波，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式（2分）。

零转换PWM电路：

这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功率的交换被消减到最小（2分）。

五、作图题（本题共1小题，共16分）

1、在三相半波整流电路中，如果U相的触发脉冲消失，试绘出在电阻负载下整流电压ud的波形和V相上晶闸管VT2上的管压降波形。

设触发角分别为15º和60º。

（1）触发角为15º时

（2）触发角为60º时

六、计算题（本题共1小题，共12分）

1、单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R=20Ω，L值极大，反电动势E＝60V。

当α＝30°时，要求：

（1）作出ud、id和i2的波形；（3分）

（2）求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2；（4分）

（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

（5分）

考试试卷（4）卷

一、填空题：

（本题共5小题，每空1分，共20分）

1、由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流为ITn等于     倍IT（AV），如果IT（AV）=100安培，则它允许的有效电流为      安培。

通常在选择晶闸管时还要留出        倍的裕量。

2、三相桥式全控整流电路是由一组共      极三只