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电力电子试题

1、（3）电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。

2、

（2）电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的，它是应用于电力领域的电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

3、

（2）交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。

4、（3）按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，可分为三类：

半控型器件、全控型器件和不可控器件。

5、

（1）控制角α与逆变角β之间的关系为β=л-α。

6、

（1）单相半控桥电感性负载电路中，在负载两端并联一个续流二极管的目的是防止失控现象的产生。

7、（5）晶闸管的换相重叠角与电路的?

触发角α?

、?

变压器漏抗XB?

、?

平均电流Id?

、?

电源相电压U2?

等到参数有关，对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使其输出电压平均值下降。

8、

（1）SPWM有两种调制方式：

单极性和___双极性___调制。

9、（4）写出电力电子器件对应的英文简写名称：

门极可关断晶闸管GTO；电力双极型晶体管GTR（BJT）；电力场效应晶体管MOSFET（Power-MOSFET）；绝缘栅极双极型晶体管IGBT。

10、

（2）PWM控制电路中，载波频率与调制波频率之比称为载波比。

11、

（1）将直流电能转换为交流电能又馈送回交流电网的逆变电路称为有源逆变器。

1、⑴晶闸管开通的条件是什么？

（3分）

⑵晶闸管维持导通的条件是什么？

（3分）

⑶晶闸管关断的条件是什么？

（3分）

答：

⑴使晶闸管开通的条件是：

晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：

uAK>0且uGK>0。

⑵维持晶闸管导通的条件是：

使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

⑶晶闸管关断的条件是：

利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

2、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？

为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？

（6分）

答：

电压型逆变器当交流侧为阻感性负载时，需要向电源反馈无功功率。

直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂开关器件都反并联了反馈二极管。

而对电流型逆变器来说，当交流侧为阻感负载时，也需要提供无功能量反馈，但直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因反馈无功能量时，直流电流并不反向，因此不必象电压型逆变器那样要给开关器件反并联二极管。

1、（16分）单相全控桥式整流电路接大电感负载，已知R=10Ω，a=45°，U2=100V，要求：

（1）计算输出整流电压Ud，输出电流平均值Id；（6分）

（2）计算晶闸管电流的有效值IV1；（3分）

（3）按裕量系数2确定晶闸管的额定电流。

（7分）

解：

（1）

（3分）

（2）

（3分）

（3）

（3分）

2×2.85=5.7（A）（2分）

选额定电流为10（A）的晶闸管。

（2分）

2、（8分）在右图所示的斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，EM=30V，T=50μs，ton=20μs，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。

解：

由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为

输出电流平均值为

3、（共26分）单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，反电势E=60V，L值极大，当α＝30°时，要求：

（1）作出ud、id和i2的波形；（6分）

（2）求整流输出平均电压Ud、输出电流Id，变压器二次电流有效值I2；（6分）

（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流范围；（8分）

（4）如果考虑变压器漏感LB，如何求输出平均电压Ud，请列出方程组。

（6分）

解：

（1）ud、id和i2的波形如右图：

（2）整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为

Ud＝0.9U2cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97（V）

Id＝（Ud－E）/R＝（77.97－60）/2＝9（A）

I2＝Id＝9（A）

（3）晶闸管承受的最大反向电压为：

U2＝100

＝141.4（V）

流过每个晶闸管的电流的有效值为：

IVT＝Id∕

＝6.36（A）

故晶闸管的额定电压为：

UN＝（2~3）×141.4＝283~424（V）

晶闸管的额定电流为：

IN＝（1.5~2）×6.36∕1.57＝6~8（A）

（4）Ud＝0.9U2cosα－ΔUd

ΔUd＝2XBId∕π

Id＝（Ud－E）∕R

XB=wLB

4、⑴说明PWM控制的基本原理

⑵图5规则采样法SPWM技术中，正弦调制信号波

的调制度

=0.8。

三角载波的正负幅值均为1，频率为20kHz。

求对应于正弦角度ωrt=30°时的SPWM波的宽度?

。

（10分）

解：

⑴PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。

即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

在采样控制理论中有一条重要的结论：

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，冲量即窄脉冲的面积。

效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。

上述原理称为面积等效原理以正弦PWM控制为例。

把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。

这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。

如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。

各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。

根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。

对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。

⑵

由得

=0.5×50μs×（1+0.8×sin30°）=35μs

二

1、电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。

2、电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的，它是应用于电力领域的电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

3、进行电力变换的技术称为变流技术，它通常可分为四大类，即交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流，其中，交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。

4、按照驱动电路加在电力电子器件控制端与公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件分为电流驱动与电压驱动型两类。

5、电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数，并联使用时具有电流自动均衡的能力。

6、移相角α与逆变角β之间的关系为β=л-α。

7、PWM控制电路中，载波频率与调制波频率之比称为载波比。

8、典型全控型电力电子器件有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管

与绝缘栅双极晶体管。

9、SPWM有两种调制方式：

单极性和双极性调制。

10、将直流电能转换为交流电能又馈送回交流电网的逆变电路称为有源逆变器。

2、简述图1示降压斩波电路的工作原理（9分）。

答：

降压斩波器的原理是：

在一个控制周期中，

让V导通一段时间ton，由电源E向L、R、M供电，

在此期间，uo＝E。

然后使V关断一段时间toff，

此时电感L通过二极管VD向R和M供电，uo＝0。

一个周期内的平均电压Uo＝Ton/T×Uin

。

输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

图1示降压斩波电路

1、图2中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，该各波形的电流最大值为Im，

1试计算电流平均值Id；（4分）

2试计算电流有效值Irms。

（4分）

3如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id为多少？

（3分）

4此时，相应的电流最大值Im为多少?

（3分）

解：

⑴电流平均值Id

⑵电流有效值Irms图2流过晶闸管的电流波形

⑶额定电流IT（AV）=100A的晶闸管，允许的电流有效值Irms=157A，由⑴与⑵结论知，此波形下，平均值为有效值的1/2,所以，Id=157/2=78.5A

⑷由⑵结论知，此波形下，最大值为有效值的2倍,所以Imd=157×2=314A

2、（共24分）图3所示，三相桥式全控整流电路，变压器付方电压有效值U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当a=60°时，要求：

⑴画出晶闸管各触发信号Trig（要求对准移相角的触发时刻，触发脉冲的宽度示意性即可）、输出直流电压ud、输出直流电流Id和流过晶闸管VT1的电流IVT1的波形；（12分）

图3三相桥式全控整流电路

⑵计算输出直流电压ud、输出直流电流Id、晶闸管VT1的平均电流IdT和晶闸管VT1电流的有效值IVT。

（12分）

解：

⑴波形见图。

⑵输出直流电压

=2.34U2cosa＝2.34×100×cos60°＝117（V）

输出直流电流Id＝Ud∕R＝117∕5＝23.4（A）

晶闸管VT1的平均电流IdT＝Id∕3＝23.4∕3＝7.8（A）

晶闸管VT1电流的有效值IVT＝Id∕SQRT（3）＝23.4∕SQRT（3）＝13.51（A）

3、图4升压斩波电路中，已知E=50V，负载电阻R=20Ω，L值和C值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，ton=30μs时，⑴推导输出电压平均值U0的表达式并计算U0，⑵计算输出电流平均值I0。

（12分）

解：

由伏秒平衡理论，有E×ton=（Uo-E）toff

得

输出电压平均值为：

输出电流压平均值为：

图4升压斩波电路

三

安阳师范学院电气工程及其自动化专业电力电子技术课

2008-2009学年第一学期考查试卷（A卷）

题号

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

总分

总分人

复核人

分数

一、

分数

评卷人

填空（每空1分，共20分）

1、

（2）电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。

2、

3、（3）进行电力变换的技术称为变流技术，它通常可分为四大类，即交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流，其中，交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。

4、（4）写出电力电子器件对应的英文简写名称：

门极可关断晶闸管GTO；电力双极型晶体管GTR（BJT）；电力场效应晶体管MOSFET（Power-MOSFET）；绝缘栅极双极型晶体管IGBT。

5、（3）按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为三类：

半控型器件、全控型器件和不可控器件。

6、

（1）对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使其输出电压平均值下降。

7、

（1）控制角α与逆变角β之间的关系为β=л-α。

8、

（1）SPWM有两种调制方式：

单极性和双极性调制。

9、

（1）将直流电能转换为交流电能又馈送回交流电网的逆变电路称为有源逆变器。

10、

（2）设电源相电压为U2，则单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为

U2?

；三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为

U2?

（2.45U2）?

。

二、

分数

评卷人

单项选择题（每小题2分，共20分）

　从每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，填入下表答案栏。

题号

答案

分数

1、α为（?

）度时，三相桥式全控整流电路，带电阻性负载，输出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。

2、能够实现有源逆变的电路为（?

）?

。

A、三相半波可控整流电路?

B、三相半控整流桥电路

C、单相全控桥接续流二极管电路?

D、单相桥式半控整流电路

3、已经导通了的晶闸管可被关断的条件是流过晶闸管的电流（?

）?

A、减小至维持电流IH以下B、减小至擎住电流IL以下

C、减小至门极触发电流IG以下D、减小至5A以下

4、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°

5、在型号为KP10-12G中，数字12表示（?

）。

A、额定电压12V?

B、额定电流12A

C、额定电压1200V?

D、额定电流1200A

6、功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为（?

）

A、一次击穿　　　　B、二次击穿　　　　C、临界饱和　　　　D、反向截止

7、降压斩波电路中，已知电源电压Ud=16V,负载电压U0=12V,斩波周期T=4ms，则开通时间Tab=（?

）

A、1msB、2msC、3ms　D、4ms

8、对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有（?

）。

A、IL大于IHB、IL小于IHC、IL等于IHD、两者大小不一定

9、SPWM逆变电路中，增加三角载波频率，输出正弦基波的频率（?

）。

A、增加B、减小C、不变D、不确定

10、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-15o?

C、0o-10o?

D、0o

三、

分数

评卷人

简答题（共18分）。

1、实现有源逆变必须满足哪些必不可少的条件？

（6分）

答：

实现有源逆变必须外接一直流电源，其方向与晶闸管电流方向相同，其数值要稍大于逆变桥电压，才能提供逆变能量。

另外变流器必须工作在β<90o，（α>90o）区域，使Ud<0，才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。

2、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？

为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？

（6分）

答：

电压型逆变器当交流侧为阻感性负载时，需要向电源反馈无功功率。

直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂开关器件都反并联了反馈二极管。

3、如图为单相桥式SPWM逆变器的主电路，试说明单极性控制方式在调制波ur负半周的控制方法，设负向三角形载波为uc。

（6分）

答:

设ur为正弦调制波，负向三角形载波。

在ur的负半周，关断V1，使V2始终受控导通，只控制V3、V4。

在uruc时，使V3关断，V4导通,输出电压为0V。

四、

分数

评卷人

计算题（共计42分）

1、在图示斩波电路中，已知E=50V，负载电阻R=20Ω，L值和C值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，ton=30μs时，计算输出电压平均值U0，输出电流平均值I0。

（8分）

解：

2、三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当a=60?

时，计算输出平均电压Ud、输出电流Id、晶闸管电流的平均值IdT和有效值IVT。

（8分）

解：

Ud＝2.34U2cosa＝2.34×100×cos60°＝117（V）

Id＝Ud∕R＝117∕5＝23.4（A）

IdT＝Id∕3＝23.4∕3＝7.8（A）

IVT＝Id∕

＝23.4∕

＝13.51（A）

3、（共26分）单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，反电势E=60V，L值极大，当α＝30°时，要求：

（1）作出ud、id和i2的波形；（6分）

（2）求整流输出平均电压Ud、输出电流Id，变压器二次电流有效值I2；（6分）

（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流范围；（8分）

（4）如果考虑变压器漏感LB，如何求输出平均电压Ud，请列出方程组。

（6分）

解：

（1）ud、id和i2的波形如右图：

（2）整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为

Ud＝0.9U2cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97（V）

Id＝（Ud－E）/R＝（77.97－60）/2＝9（A）

I2＝Id＝9（A）

（3）晶闸管承受的最大反向电压为：

U2＝100

＝141.4（V）

流过每个晶闸管的电流的有效值为：

IVT＝Id∕

＝6.36（A）

故晶闸管的额定电压为：

UN＝（2~3）×141.4＝283~424（V）

晶闸管的额定电流为：

IN＝（1.5~2）×6.36∕1.57＝6~8（A）

（4）Ud＝0.9U2cosα－ΔUd

ΔUd＝2XBId∕π

Id＝（Ud－E）∕R

XB=wLB

四

安阳师范学院电气工程及其自动化专业电力电子技术课

2008-2009学年第一学期考试卷（B卷）

一、

分数

评卷人

填空（每空1分，共20分）

1、

（1）电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。

2、

（2）交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。

3、

（2）在同步电压为锯齿波的触发电路中，锯齿波底宽可达?

240o?

度；考虑到线性度，实际使用中间的?

180?

度。

4、（4）变流电路常用的换流方式有?

器件换流?

、?

电网换流?

、?

负载换流?

、?

强迫换流?

四种。

5、

（1）电流源型逆变器的输出电流波形为?

矩形波?

。

6、

（1）三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差120°。

7、

（1）晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是___静态均压_____措施。

8、

（1）SPWM有两种调制方式：

单极性和___双极性___调制。

9、（4）晶闸管的换相重叠角与电路的?

触发角α?

、?

变压器漏抗XB?

、?

平均电流Id?

、?

电源相电压U2?

等到参数有关。

10、（3）正弦脉宽调制（SPWM）技术运用于电压型逆变电路中，当改变调制比可改变逆变器输出电压幅值；改变_调制波频率可改变逆变器输出电压频率；改变_载波频率可改变开关管的工作频率。

二、

分数

评卷人

单项选择题（每小题2分，共20分）

1、对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有（A）。

A、IL大于IHB、IL小于IHC、IL等于IHD、两者大小不一定

2、功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为（?

）。

A、一次击穿?

B、二次击穿?

C、临界饱和?

D、反向截止

3、当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在（?

B）。

A、导通状态?

B、关断状态?

C、饱和状态?

D、不定

4、单相半控桥电感性负载电路中，在负载两端并联一个续流二极管的目的是（D）

A、增加晶闸管的导电能力B、抑制温漂

C、增加输出电压稳定性D、防止失控现象的产生

5、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

6、三相桥式全控整流电路，相邻序号晶闸管之间的控制脉冲时序相差为（?

B）。

A、30°?

B、60°?

C、90°?

D、120°

7、单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（B）

A、U2B、

C、

D、

8、具有升降压调节功能的电路是（C）。

A、BUCK电路B、BOOST电路C、CUK电路D、正激电路

9.三相全控桥式变流电路工作于有源逆变状态，输出电压平均值Ud的表达式是（A）

A、Ud=-2.34U2cosβB、Ud=1.17U2cosβ

C、Ud=2.34U2cosβD、Ud=-0.9U2cosβ

10.若减小SPWM逆变器输出电压基波幅值，可采用的控制方法是（C）

A、减小三角波频率B、减小三角波幅度

C、减小输入正弦控制电压幅值D、减小输入正弦控制电压频率

三、

分数

评卷人

简答题（共20分）

1、晶闸管的导通条件和关断条件分别是什么？

（6分）

答：

晶闸管的导通条件:

加正向阳极电压，同时加上足够的正向门极电压。

（3分）

晶闸管的关断条件：

利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流小于维持电流，晶闸管即关断，在实际电路中常采用使阳极电压反向、减小阳极电压、或增大回路阻抗等方式。

（3分）

2、逆变产生的条件及对可进行有源逆变的电路的要求？

（8分）

答：

逆变产生的条件：

①要有直流电动势，其极性须和晶闸管导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。

②要求晶闸管的控制角α〉π/2，使Ud为负值。

（6分）

欲实现有源逆变，只能采用全控电路，半控桥或有续流二极管的电路不能实现有源逆变。

（2分）

3、在单相半波可控整流大电感负载有续流二极管的电路中，晶闸管的控制角a的最大移相范围是多少？

晶闸管的导通角、续流二极管的导通与a关系如何？

（6分）

答：

a的最大移相范围1800（2分）

晶闸管的导通角=Л-a（2分）

续流二极管的导通角=Л+a（2分）

四、

分数

评卷人

计算题（共40分）

1、（15分）单相全控桥式整流电路接大电感负载，已知R=10Ω，a=45°，U2=100V，要求：

（1）计算输出整流电压Ud，输出电流平均值Id；（6分）

（2）计算晶闸管电流的有效值IV1；（3分）

（3）按裕量系数2确定晶闸管的额定电流。

（6分）

解：

（1）

（3分）

（2）

（3分）

（3）

（2分）

2×2.85=5.7（A）（2分）

选额定电流为10（A）的晶闸管。

（2分）

2、（8分）在右图所示的斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，EM=30V，T=50μs，ton=20μs，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。

解：

由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为

输出电流平均值为

3、（17分）三相全控桥整流电路，负载中R=2Ω,电感无穷大,a=300,变压器二次相电压U2=220V。

要求：

（1）试计算负载的平均整流电压Ud和负载电流Id；（6分）

（2）计算晶变压器二次电流的有效值I2；（3分）

（3）计算基波电流的有效值为I1、基波因数和电路的输入功率因数。

（8分）

解：

（1）

（2分）

=2.34×220×cos30°=445.83V（1分）

（2分）

（1分）

（2）变压器二次电流的有效值I2

（2分）

（1分）

（3）

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