10电力电子技术考试试题答案

1装订线一、填空题（本大题共20空，每空1.5分，共30分）(1)电力电子技术的两个分支是电力电子器件制造技术和变流技术。(2)举例说明一个电力电子技术的应用实例变频器、调光台灯等。(3)电力电子技术的一个重要特征是为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态，其损耗包括三个方面：通态损耗、断态损耗和开关损耗。(4)在SCR(SiliconControlledRectifier)、GTO(GateTurn-OffThyristor)、GTR(GiantTransistor)、MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)中半控型器件有SCR，全控型器件有GTO、GTR、MOSFET、IGBT，电流驱动器件有SCR、GTO、GTR。(5)单相桥式可控整流电路带电阻性负载，在控制角为a时，其输出的直流电压为1cos0.92。(6)为了避免单相桥式半控整流电路的失控，可以在加入续流二极管来防止失控。(7)带平衡电抗器的双反星型可控整流电路中平衡电抗器的作用是使两组三相半波整流电路能够同时导电。(8)有源逆变最小逆变角min=++′，其每个参数的意义是：晶闸管关断时间，：换相重叠角，′：安全裕量角。(9)单相电压型桥式逆变电路输出给负载的电压波形是方波，电流波形是近似正弦波。(10)三相电流型桥式逆变电路的换流一般为同一组桥臂组内换流，称为横向换流。(11)直流斩波电路的三种控制方式是PWM、频率调制型、混合型。得分2(12)交交变频是一种直接变频，其输出的电压是由多段电网电压拼接而成，决定了其输出频率不高，当采用50Hz工频电压，三相六脉波桥式逆变电路，其输出的上限频率一般不超过20Hz。(13)斩控交流调压电路一般采用全控型器件，电路的功率因数接近1。(14)PWM控制技术的理论基础是面积等效原理。(15)PWM调制中常用的计算法有特定谐波消去法。(16)晶闸管串联使用的动态均压方法是电阻电容串联后并联到晶闸管两端。(17)为了保证三相桥式可控整流电路的可靠换相，一般采用双窄脉冲或者宽脉冲触发。二、判断题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）(1)电力电子技术和信息电子技术的理论基础是相同。(√)(2)逆导晶闸管不能承受反向电压。(√)(3)三相桥式可控整流电路带阻感性负载，其触发角移相范围为120度。(×)(4)直流斩波电路可以实现输出电压的极性反转。(√)(5)电流可逆斩波可以实现降压斩波驱动电机并将电机再生制动的能量通过升压斩波反馈回电源。(√)(6)多重多相斩波不能减少负载侧的电流谐波。(×)(7)PWM逆变电路改变载波的频率可以改变输出正弦信号的频率。(×)(8)在调制信号上叠加3次谐波可以提高直流电压利用率。(√)(9)滞环比较方式电流跟踪PWM控制技术实现的PWM开关频率是固定的。(×)(10)电力MOSFET和IGBT由于具有正温度系数，所以在并联使用时能够实现电流的自动均衡。(√)得分3装订线三、简答题（本大题共6小题，每小题5分，共30分）(1)晶闸管的主要动静态性能参数是哪些？晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断的原因是什么？答：静态性能指标：电压定额：断态重复峰值电压、反向重复峰值电压、通态电压。电流定额：通态平均电流、维持电流、擎住电流、浪涌电流。动态参数：开通时间、关断时间、断态电压临界上升率、通态电流临界上升率。晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断的原因是：a：刚刚导通后电流小于擎住电流，脉冲撤除后晶闸管关断；b：完全导通后，由于电路电流小于维持电流，晶闸管关断。(2)变压器漏感对整流电路的影响是什么？答：a：出现换相重叠角γ,整流输出电压平均值Ud降低。b：整流电路的工作状态增多。c：晶体管的di/dt减小,有利于晶闸管的安全开通。d：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。.e：换相使电网电压出现缺口,成为干扰源。(3)什么是逆变失败，逆变失败的原因是什么？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，造成两电源得分4顺向联接，形成短路。逆变失败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。产生逆变失败的原因：（1）触发电路工作不可靠，造成脉冲丢失、脉冲延迟等。（2）晶闸管发生故障，失去正常通断能力。（3）交流电源发生异常现象，如断电、缺相、或电压过低。（4）换相的裕量角不足，晶闸管不能可靠关断。(4)说明下图单相半桥电压逆变电路中二极管VD1和VD2的作用。答：VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈，VD1、VD2称为反馈二极管,还使io连续，又称续流二极管。(5)下面是三种基本的斩波电路，分别给出其输出电压的计算公式。EVLVDa)Cioi1iGuoEV+-MRLVDioEMuoiGb)VDELc)CVi1i2uLuoIL答：a）1ttTUEEEttonoffooffoffb）ttUEEEttTononoonoff5装订线c）1nttUEEEtTtononooffo(6)简述PWM调制方式的同步调制和异步调制的定义及特点。答：载波频率fc与调制信号频率fr之比，N=fc/fr，根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制。异步调制：通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的。在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小。当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大。同步调制：fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称；为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数。fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除。fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。四、分析计算题（本大题共4小题，共30分）(1)设流过晶闸管的周期电流波形如下图所示，其最大值均为Im，当采用额定电流为200A的晶闸管，当不考虑安全余量时，所能送出的平均电流为多少?相应的电流最大值是多少？(7分)。(在环境温度为40℃和规定的散热冷却条件下，晶闸管在电阻性负载的单相、工频正弦半波导电、结温稳定在额定值125℃时，所对应的通态平均电流值定义为晶闸管的额定电流。22dUIR22202sin1222aUtUIdtRR因此当晶闸管的额定电流为200A时，其允许通过的电流有效值为314A。得分6)232ItIm解：电流平均值:Idb=123023IdtImm()电流有效值Ia=122023()()Idtm=Im3200A的晶闸管允许通过电流的有效值为314A，因此相应的电流最大值为314*3A，所能送出的平均电流IDb=314/3=181A。(2)三相全控桥整流电路，带阻感负载，U2＝100V，R＝10，LR，求当＝时，输出电压平均值Ud，输出电流平均值Id，变压器二次侧电流有效值I2。（8分）解：22.34cos2.34*100*cos30202.6UUVd202.620.2610dUIARd整流变压器二次侧电流为正负半周各宽120°、前沿相差180°的矩形波，7装订线其有效值为：20.8160.816*20.2616.54dIIA(3)分析负载换流的原理。ttttRLCOOOOiit1b)a)图5-2EdLdVT1VT2VT3VT4uoioiduouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4解：由负载提供换流电压称为负载换流（LoadCommutation）。电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性工作状态。4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波。负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦。t1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，uo、io均为正，VT2、VT3电压即为uo。t1时：触发VT2、VT3使其开通，uo加到VT4、VT1上使其承受反压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2。t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成。(4)一台电炉额定功率为1000W，由220V单相交流供电，为了实现电炉功率可变，采用双向可控硅采用移相触发调节电炉的供电电压，请画出电路图，依据下面的波形图和给定的计算公式，计算当电炉需要功率为500W时，双向晶闸管的触发角是多少？此时电炉的电流有效值是多少？2o11112sindsin22UUttU8解：电路图：随便找一个最简单的调光台灯的电路。计算电炉的等值电阻：22220/100048.4URP计算当功率变为500W时需要的电压值：*500*48.4155UPRV计算触发角：1155220sin22电流的有效值：5003.248.4PIAR