电力电子技术总复习资料12级自动化修改版.docx

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电力电子技术总复习资料12级自动化修改版

（1）卷一、填空题（本题共8小题，每空1分，共20分）

1、按驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为电压型和电流型两类。

2、电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支，通常所说的模电和数电就属于前者。

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，则称为有源逆变，如果接到负载，则称为无源逆变。

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VD1；

（2） t1~t2时间段内，电流的通路为V1；

（3） t2~t3时间段内，电流的通路为VD2；（4） t3~t4时间段内，电流的通路为V2；

（5） t4~t5时间段内，电流的通路为VD1；

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（B）

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（D）

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（C）晶闸管导通。

A、1个B、2个C、3个D、4个

选择题4

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（C）

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（D）

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）

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（C）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（B）

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）

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（B）

A、GTR驱动的MOSFETB、MOSFET驱动的GTRC、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分）

（2）增加负载回路中的电阻。

（2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）

（2）卷一、填空题（本题共6小题，每空1分，共15分）

1、GTR存在二次击穿现象，IGBT存在擎住现象。

2、功率因数由基波电流相移和电流波形畸变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是均压措施。

4、同一晶闸管，维持电流IH与掣住电流IL在数值大小上有IL2~4IH。

5、电力变换通常可分为：

 交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。

6、在下图中，V1和VD1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；V2和VD2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，工作于第2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（D）。

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）

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（B）

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（C）

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（D）

A、U2B、

U2C、2

U2D.

U2

6、晶闸管电流的波形系数定义为（B）

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=（C）

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（C）

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

选择题9

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（D）

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（B）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）

简答题2图

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）。

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：

∵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=

=117A（3分）

I2=

＝175.5A。

（3分）

波形绘制（3分）

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

2、晶闸管对触发脉冲的要求是要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。

3、多个晶闸管相并联时必须考虑均流的问题，解决的方法是串专用均流电抗器。

4、在电流型逆变器中，输出电压波形为正弦波，输出电流波形为方波。

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180°导电型

6、当温度降低时，晶闸管的触发电流会增加、正反向漏电流会下降；

7、常用的过电流保护措施有快速熔断器、串进线电抗器、接入直流快速开关、控制快速移相使输出电压下降。

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（A）度。

A、180°B、60°C、360°D、120°

2、α为（C）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（B）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）。

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）。

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（D）

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（C）

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（C）

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（B）

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（D）

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

四、简答题（本题共3小题，共32分）

1、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）。

2、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）。

六、计算题

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）

图4.2

2、（本题6分）在题图4.2所示的升压斩波电路中，已知E=100V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=50μs，ton=25μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。

解:

输出平均电压

输出平均电流

3、（本题8分）三相全控桥整流电路如图所示。

已知电感性负载L很大、R=1Ω、α=60°，变压器二次相电压U2=100V。

1）计算负载的平均整流电压Ud和负载电流平均值Id；解:

2）选择晶闸管的型号；

3）计算变压器二次电流的有效值I2。

（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 1.57倍IT（AV），如果IT（AV）=100安培，则它允许的有效电流为  157安培。

通常在选择晶闸管时还要留出  1.5—2倍的裕量。

2、三相桥式全控整流电路是由一组共 阴极三只晶闸管和一组共 阳极的三只晶闸管串联后构成的，晶闸管的换相是在同一组内的元件进行的。

每隔 60°换一次相，在电流连续时每只晶闸管导通 120度。

要使电路工作正常，必须任何时刻要有 两只晶闸管同时导通，一个是共  阴极的，另一个是共 阳极的元件，且要求不是 不在同一桥臂上的两个元件。

3、为了减小变流电路的开、关损耗，通常让元件工作在软开关状态，软开关电路种类很多，但归纳起来可分为 零电压电路与 零电流电路两大类。

4、提高变流置的功率因数的常用方法有 减小触发角、 增加整流相数、采用多组变流装置串联供电、

 设置补偿电容 几种。

5、三相半波可控整流电路电阻性负载时，电路的移相范围 0º--150º，三相全控桥电阻性负载时，电路的移相范围  0º--120º ，三相半控桥电阻性负载时，电路的移相范围   0º--180º 。

三、选择题：

（本题共10小题，每题1分，共10分）

1、三相全控桥式整流电路带电阻负载，当触发角α=0º时，输出的负载电压平均值为（D）。

A、0.45U2B、0.9U2C、1.17U2D、2.34U2

2、变流装置的功率因数总是（C）。

A、大于1B、等于1C、小于1大于0D、为负

3、三相全控桥式整流电路带大电感负载时，控制角α的有效移相范围是（A）。

A、0°-90°B、30°-120°C、60°-150°D、90°-150°

4、三相半波可控整流电路在换相时，换相重叠角γ的大小与哪几个参数有关（A）。

A、α、Id、XL、U2φB、α、Id；C、α、U2D、α、U2、XL；

5、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（B）。

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

6、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作用是（D）。

A、增加晶闸管的导电能力B、抑制温漂C、增加输出电压的稳定性D、防止失控现象的产生

7、功率晶体管的安全工作区由以下4条曲线限定：

集电极-发射极允许最高击穿电压，集电极最大允许直流功率线，集电极最大允许电流线和（D）

A、基极最大允许直流功率线B、基极最大允许电压线C、临界饱和线D、二次击穿功率线

8、直流斩波电路是一种_（C）_变换电路。

A、AC/ACB、DC/ACC、DC/DCD、AC/DC

9、三相半波带电阻性负载时，α为 （C）度时，可控整流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。

10、在晶闸管触发电路中，改变  （B）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、整流变压器变比

四、简答题：

（本题共4小题，共28分）

1、什么是逆变失败？

逆变失败后有什么后果？

形成的原因是什么？

（8分）

答：

逆变失败指的是：

逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件末关断，该导通的器件末导通。

从而使逆变桥进入整流状态，造成两电源顺向联接，形成短路。

逆变失败后果是严重的，会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流，损坏开关器件（4分）。

产生逆变失败的原因：

一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等（4分）。

2、下面BOOST升压电路中,电感L与电容C的作用是什么?

（6分）

答：

储存电能升压（3分）；保持输出电压稳定（3分）。

六、计算题（本题共1小题，共18分）

1、三相全控桥式整流电路，L=0.2H，R=4Ω，要求Ud从0~220V之间变化。

试求：

（1）不考虑控制角裕量时的，整流变压器二次线电压。

（3分）

（2）如电压，电流裕量取2倍，计算晶闸管额定电压，电流值。

（8分）

（3）变压器二次电流有效值I2。

（4分）

（4）计算整流变压器二次侧容量S2。

（3分）

解：

（Ω），而Rd=4（Ω），所以，ωL>>Rd，按大电感负载情况计算，三相全控桥式整流电路，相当于最小控制角αmin=0°

计算.整流变压器次级相电压U2（3分）

Ud=2.34U2,，则U2=220／2.34≈94（V）

（2）.计算晶闸管电压、电流值，如果电压、电流按裕量系数2计算，选择晶闸管（8分）

晶闸管承受的最大峰电压为

（V）

按裕量系数2计算，则U=230.25×2=460.5（V），选额定电压500V晶闸管。

（2分）

（A）

（A）（3分）

（A）

则　　

Ａ（3分）

按裕量系数2计算，则20.2×2=40.4（A）,选额定通态平均电流为50A的晶闸管。

（3）.计算变压器次级电流有效值I2（4分）

（A）

（4）.计算整流变压器次级容量S2（3分）

　　　S2=3U2I2=3×94×44.9=12661.8（VA）≈12.66（KVA）

2、（本题6分）在题图4.2所示的降压斩波电路中，已知E=100V，R=10Ω，L值极大，EM=20V，T=50μs,ton=30μs,计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。

解:

输出平均电压

输出平均电流

（5）卷一、填空题（本题共17小题，每空1分，共20分）

1、晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常用的外形有螺栓型与平板型。

2、选用晶闸管的额定电流时，根据实际最大电流计算后至少还要乘以1.5～2。

3、晶闸管的导通条件是阳极和门极同时承受正向电压。

4、晶闸管的断态不重复峰值电压UDSM与转折电压UBO在数值大小上应为UDSM小于UBO。

5、从晶闸管的伏安特性曲线可知，晶闸管具有单向可控导电性的特性。

6、把晶闸管承受正压起到触发导通之间的电角度称为控制角。

7、触发脉冲可采取宽脉冲触发与双窄脉冲触发两种方法，目前采用较多的是双窄脉冲触发方法。

8、三相半波可控整流电路，是三相可控整流电路最基本的组成形式。

9、在三相半波可控整流电路中,电感性负载,当控制角大于300时,输出电压波形出现负值,因而常加续流二极管.

10、三相桥式整流电路中，当控制角α＝300时，则在对应的线电压波形上触发脉冲距波形原点为900。

11、考虑变压器漏抗的可控整流电路中，如与不考虑漏抗的相比，则使输出电压平均值降低。

12、有源逆变器是将直流电能转换为交流电能馈送回电网的逆变电路。

13、有源逆变产生的条件之一是：

变流电路输出的直流平均电压Ud的极性必须保证与直流电源电势Ed的极性成反极性相连，且满足|Ud|<|Ed|。

14、为了防止因逆变角β过小而造成逆变失败，一般βmin应取300～350，以保证逆变时能正常换相。

15、载波比（又称频率比）K是PWM主要参数。

设正弦调制波的频率为fr，三角波的频率为fc，则载波比表达式为K=fc/fr。

16、抑制过电压的方法之一是用阻容电路吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。

17、斩波器的时间比控制方式分为脉冲宽度调制、频率调制、混合调制三种方式。

18、变流电路的换流方式有  器件换流  、 电网换流  、 负载换流  、 强迫换流等四种（写出任意3个均可）。

二、选择题（本题共10小题，每题1分，共10分）

1、晶闸管的伏安特性是指（C）

A、阳极电压与门极电流的关系B、门极电压与门极电流的关系

C、阳极电压与阳极电流的关系D、门极电压与阳极电流的关系

2、晶闸管电流的波形系数定义为（B）

A、

B、

C、Kf=IdT·ITD、Kf=IdT-IT

3、接有续流二极管的单相半控桥式变流电路可运行的工作象限是（D）

A、第二象限B、第三象限C、第四象限D、第一象限

4、电阻性负载三相半波可控整流电路,相电压的有