31哈尔滨工业大学电力电子技术 模拟试题试卷

第1页�共4页�哈尔滨工业大学远程教育学院2007年秋季学期电力电子技术模拟试题1�开卷�时间�120分钟��所有答案必须写在答题纸上�一、填空题�40分�每空1分�1.电力电子器件是直接用于电路中�实现电能的变换或控制的电子器件。2.主电路是在电气设备或电力系统中�直接承担的电路。3.电力电子器件一般工作在状态。4.电力电子器件组成的系统�一般由三部分组成�由于电路中存在电压和电流的过冲�往往需添加。5.按照器件能够被控制的程度�电力电子器件可分为以下三类�。6�按照驱动电路信号的性质�电力电子器件可分为以下分为两类�和。7.电力二极管的工作特性可概括为。8.电力二极管的主要类型有。9.普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为Hz以下的整流电路。其反向恢复时间较长�一般在以上。10.快恢复二极管简称快速二极管�其反向恢复时间较长�一般在以下。11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在之间。12.在如下器件�电力二极管�PowerDiode�、晶闸管�SCR�、门极可关断晶闸管�GTO�、电力晶体管�GTR�、电力场效应管�电力MOSFET�、绝缘栅双极型晶体管�IGBT�中�属于不可控器件的是�属于半控型器件的是�属于全控型器件的是�属于单极型电力电子器件的有�属于双极型器件的有�属于复合型电力电子器件得有�在可控的器件中�容量最大的是�工作频率最高的是�属于电压驱动的是�属于电流驱动的是。第2页�共4页�13.在正弦波和三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断�这种生成SPWM波形的方法称�实际应用中�采用来代替上述方法�在计算量大大减小的情况下得到的效果接近真值。14.正弦波调制的三相PWM逆变电路�在调制度α为最大值1时�直流电压利用率为�采用波作为调制信号�可以有效地提高直流电压利用率�但是会为电路引入。15.PWM逆变电路多重化联结方式有和�二重化后�谐波地最低频率在ωc附近。16.从电路输出的合成方式来看�多重逆变电路有串联多重和并联多重两种方式。电压型逆变电路多用多重方式�电流型逆变电路多采用多重方式。17.PWM跟踪控制法有方式、方式和方式三种方式�三种方式中�高次谐波含量较多的是方式�用于对谐波和噪声要求严格的场合的是方式。二、简答题�16分�每题2分�1.隔离型Buck变换器在正常工作时为什么要设定最大占空比�2.为什么反激式变换器不能在空载下工作�3.逆变电路多重化的目的是什么�如何实现�串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合�4.多电平逆变电路的优点是什么�适用于什么场合�5.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么�6.什么是逆变失败�如何防止逆变失败�7.晶闸管的触发电路有哪些要求�8.GTO与GTR同为电流控制器件�前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同�第3页�共4页�三、画图题�14分�1.如题图4-1所示为一个三相桥式电压型逆变电路�当该电路采用输出为方波的180°导电方式时�试画出V1�V6驱动信号的波形以及UUN�、UUV的波形。四、计算题�30分�每题10分�1.晶闸管在单相正弦有效值电压220V时工作,若考虑晶闸管的安全裕量,其电压定额应选多大?2.下图所示Boost变换器�输入电源电压E=30V�输出电压被控为恒值uo=60V�开关V的频率fs=20kHz�电流Iomax=20A�电流Iomin=2A。1�L值和C值极大时�采用脉宽调制控制方式�求开关V的导通占空比及在1个开关周期中的导通时间。并画出此时流过器件V的电流iV以及流过二极管D的电流iD的波形。2�要求变换器工作时电感电流连续�求最小升压电感L值及输出电压纹波小于1%时的滤波电容C。第4页�共4页�3.设下图中半周期的脉冲数是5�脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍�试按面积等效原理计算脉冲宽度。第1页�共8页�哈尔滨工业大学远程教育学院2007年秋季学期电力电子技术模拟试题1�开卷�时间�120分钟��所有答案必须写在答题纸上�一、填空题�40分�每空1分�1.电力电子器件是直接用于主电路电路中�实现电能的变换或控制的电子器件。2.主电路是在电气设备或电力系统中�直接承担电能的变换或控制任务的电路。3.电力电子器件一般工作在开关状态。4.电力电子器件组成的系统�一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成�由于电路中存在电压和电流的过冲�往往需添加保护电路。5.按照器件能够被控制的程度�电力电子器件可分为以下三类�不可控器件、半控型器件、全控型器件。6�按照驱动电路信号的性质�电力电子器件可分为以下分为两类�电流驱动型和电压驱动型。7.电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。8.电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。9.普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1KHz以下的整流电路。其反向恢复时间较长�一般在5µs以上。10.快恢复二极管简称快速二极管�其反向恢复时间较长�一般在5µs以下。11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10�40ns之间。12.在如下器件�电力二极管�PowerDiode�、晶闸管�SCR�、门极可关断晶闸管�GTO�、电力晶体管�GTR�、电力场效应管�电力MOSFET�、绝缘栅双极型晶体管�IGBT�中�属于不可控器件的是电力二极管�属于半控型器件的是SCR�属于全控型器件的是GTO,GTR,电力MOSFET,IGBT�属于单极型电力电子器件的有电力MOSFET�属于双极型器件的有电力二极管,SCR,GTO,GTR�属于复合型电力电子器件得有IGBT�在可控的器件中�容量最大的是SCR�工作频率最高的是电力MOSFET�属于电压驱动的是电力MOSFET,IGBT�第2页�共8页�属于电流驱动的是SCR,GTO,GTR。13.在正弦波和三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断�这种生成SPWM波形的方法称自然采样法�实际应用中�采用规则采样法来代替上述方法�在计算量大大减小的情况下得到的效果接近真值。14.正弦波调制的三相PWM逆变电路�在调制度α为最大值1时�直流电压利用率为0.866�采用梯形波作为调制信号�可以有效地提高直流电压利用率�但是会为电路引入低次谐波。15.PWM逆变电路多重化联结方式有变压器方式和电抗器方式�二重化后�谐波地最低频率在2ωc附近。16.从电路输出的合成方式来看�多重逆变电路有串联多重和并联多重两种方式。电压型逆变电路多用串联多重方式�电流型逆变电路多采用并联多重方式。17.PWM跟踪控制法有滞环比较方式、三角波比较方式和定时比较方式三种方式�三种方式中�高次谐波含量较多的是滞环比较方式�用于对谐波和噪声要求严格的场合的是三角波比较方式。二、简答题�16分�每题2分�1.隔离型Buck变换器在正常工作时为什么要设定最大占空比�解�为了防止变压器磁通饱和。2.为什么反激式变换器不能在空载下工作�答�在负载为零的极端情况下�由于T导通时储存在变压器电感中的磁能无处消耗�故输出电压将越来越高�损坏电路元件�所以反激式变换器不能在空载下工作。3.逆变电路多重化的目的是什么�如何实现�串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合�答�逆变电路多重化的目的是为了减少输出电压矩形波中所含的谐波�使之成为接近正弦波的波形。把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来�使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消�就可以得到较为接近正弦波的波形。电压型逆变电路多用串联多重方式�电流型逆变电路多用并联多重方式。第3页�共8页�4.多电平逆变电路的优点是什么�适用于什么场合�答�多电平逆变电路输出电压谐波可大大少于两电平逆变电路。多电平逆变电路另一突出优点�每个主开关器件承受电压为直流侧电压的一部分。所以多电平结构多用于高压大功率的逆变电路中。5.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么�答�1)要有直流电动势�其极性须和晶闸管的导通方向一致。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�使为负值。两者必须同时具备才能实现有源逆变。6.什么是逆变失败�如何防止逆变失败�答�逆变运行时�一旦发生换相失败�外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路�或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联�由于逆变电路的内阻很小�形成很大的短路电流�这种情况称为逆变失败�或称为逆变颠覆。为了防止逆变失败�不仅逆变角不能等于零�而且不能太小�必须限制在某一允许的最小角度内。7.晶闸管的触发电路有哪些要求�答�1�触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。2�触发脉冲应有足够的幅度。3�触发脉冲不应超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额。4�应有良好的抗干扰性温度稳定性及主电路的电气隔离8.GTO与GTR同为电流控制器件�前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同�答�GTO对触发脉冲前沿的幅度和陡峭度要求高。且一般需在整个导通器件时加正门极电流。关断时对负脉冲的幅值和陡度要求更高�幅值需达到阳极电流的1/3左右�陡度需达到50A/us,强负脉宽约100us�关断后还应在门阴极时加约5V的负偏压。使GTR开通的基极驱动电流应使其处于准饱和导通状态�使之不进入放大区和深饱和区。关断GTR时�施加以的负基极电流有利于减少关断时间和关断损耗。关断后同样应在基极射极之间施加一定负值的负偏压�GTR驱动电流的前沿上升时间应小于1us。第4页�共8页�三、画图题�14分�1.如题图4-1所示为一个三相桥式电压型逆变电路�当该电路采用输出为方波的180°导电方式时�试画出V1�V6驱动信号的波形以及UUN�、UUV的波形。第5页�共8页�uGE1ωt0uGE5ωt0uGE3ωt0-uGE4-uGE6-uGE2uUNωt0Ud/2-Ud/2uVN0Ud/2-Ud/20Ud-UduUV四、计算题�30分�每题10分�1.晶闸管在单相正弦有效值电压220V时工作,若考虑晶闸管的安全裕量,其电压定额应选多大?解�晶闸管所承受的正、反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值311V��注�电压峰值�1.414*有效值�第6页�共8页�取晶闸管的安全裕量为2倍�则晶闸管额定电压不低于�2×311V�622V。2.下图所示Boost变换器�输入电源电压E=30V�输出电压被控为恒值uo=60V�开关V的频率fs=20kHz�电流Iomax=20A�电流Iomin=2A。1�L值和C值极大时�采用脉宽调制控制方式�求开关V的导通占空比及在1个开关周期中的导通时间。并画出此时流过器件V的电流iV以及流过二极管D的电流iD的波形。2�要求变换器工作时电感电流连续�求最小升压电感L值及输出电压纹波小于1%时的滤波电容C。解�1�首先计算升压比�120.51oUMEαα===⇒=−0.5*1/0.5/2000025onTTfusα====t(µs)02550t(µs)02550iViD第7页�共8页�3.设下图中半周期的脉冲数是5�脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍�试按面积等效原理计算脉冲宽度。第8页�共8页�mU(1,2,3,4,5)ixi=5110sin()20.095mmUtdtUxxπωω=⇒=∫25225sin()20.250mmUtdtUxxππωω=⇒=∫352335sin()20.309mmUtdtUxxππωω=⇒=∫420.250xx==510.095xx==解�设正弦波幅值为设脉冲宽度为根据面积等效原理�由对称知�则脉冲幅值为2mUmU(1,2,3,4,5)ixi=5110sin()20.095mmUtdtUxxπωω=⇒=∫25225sin()20.250mmUtdtUxxππωω=⇒=∫352335sin()20.309mmUtdtUxxππωω=⇒=∫420.250xx==510.095xx==解�设正弦波幅值为设脉冲宽度为根据面积等效原理�由对称知�则脉冲幅值为2mU第1页�共4页�哈尔滨工业大学远程教育学院2007年秋季学期电力电子技术模拟试题2�开卷�时间�120分钟��所有答案必须写在答题纸上�一、填空题�40分�每空1分�1.GTO的