2022年电力电子技术试题答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆电力电子技术复习题用快复原 型二极管, 以便与功率晶体管的开 关时间相协作；题型 9, 在如下器件：电力二极管（Power Diode）、一. 填空题 每 空 2 分,共 20 分 晶闸管（ SCR）、门极可关断晶闸管（ GTO）、电二. 判定题 5 小题,每道题 2 分,共 10 分 力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力 MOSFET）、三. 挑选题 5 小题,每道题 2 分,共 10 分 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中,属于不行控四. 简答题 3 小题,每道题 10 分,共 30 分 器件的是 _电力二极管 ,

2、属于半控型器件的是 _五. 分析题 15 分 晶闸管 ,属于全控型器件的是 GTO, GTR , 电力, 电路分析,电压电流波形,整流电路 +续流二 MOSFET, IGBT；属于单极型电力电子器件的有极管 /二象限斩波电路 +直流电机负载电力 MOSFET ,属于双极型器件的有 _电力二极六. 运算 （15 分）管、晶闸管、 GTO GTR,属于复合型电力电子器整流电路电压电流 /晶闸管的额定参数运算 件得有 IGBT ；在可控的器件中, 容量最大的是晶闸管 ,工作频率最高的是 电力 MOSFET ,总成果 : 平常 作业 +练习 +考勤 15%+试验 考 属于电压驱动的是 电力 MOSFE

3、T 、IGBT ,属于勤+报告 15%+期终 70% . 电流驱动的是 晶闸管、 GTO 、GTR ；电阻负载的特点是 电压和电流成正比且波形复习题 相同 ,在单相半波可控整流电阻性负载电路中,一,填空 / 判定 /挑选 晶闸管掌握角 的最大移相范畴是 0-180 ；1, 电力电子器件一般工作在 _开关_状态；2, 在通常情形下,电力电子器件功率损耗主要10, 阻感负载的特点是 _流过电感的电流不能突 变 ,在单相半波可控整流带阻感负载并联续流有_通态损耗 _,而当器件开关频率较高时,二极管的电路中,晶闸管掌握角 的最大移相功率损耗主要为 开关损耗 ；范畴是 0-180 ,其承担的最大正反向电

4、压均为3, 电力二极管的主要类型有一般二极管 、快恢2U2 ,续流二极管承担的最大反向电压为复二极管 、 肖特基二极管 ；_2U2_（设 U2 为相电压有效值）；4, 肖特基二极管的开关损耗明显低于 快复原11, 单相桥式全控整流电路中,带纯电阻负载二极管的开关损耗；时, 角移相范畴为 0-180,单个晶闸管所承担5, 晶闸管的基本工作特性可概括为门极 正向的最大正向电压和反向电压分别为2U2/2和_2U2_；带阻感负载时, 角移相范畴为 0-90,单个晶闸管所承担的最大正向电压和反向电压 分别为 _2U2 _和_2U2 _；带反电动势负载时,欲使电阻上的电流不显现断续现象,可在主电有触发就导

5、通、反向截止；6, 对同一晶闸管,维护电流IH 与擎住电流 IL在数值大小上的关系是IL约为 IH 的 2 4 倍 ；7, 晶闸管断态不重复电压UDRM与转折电压 Ubo路中直流输出侧串联一个平波电抗器 ；数值大小上的关系是UDRMUbo；12, 电阻性负载三相半波可控整流电路中,晶闸8, 功率晶体管缓冲爱护电路中的二极管要求采 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆管所承担的最大正向电压UFm等于 _2U2_,晶20, 单相调压电路带电阻负载,其导通掌握角a闸管掌握角 的最大移相范畴是 _0-

6、150,使负的移相范畴为 0-180,随 a 的增大,Uo_降低 _,载电留恋续的条件为 _a=30_U2 为相电压有 功率因数 _降低 _；效值 ；21, 把电网频率的沟通电直接变换成可调频率13, 逆变电路中, 当沟通侧和电网连结时, 这种 的沟通电的变流电路称为 _交交变频电路 _；电路称为 有源逆变 ,欲实现有源逆变,只能采22, 换流方式的种类有 _器件换流,电网换流,用_全控 电路 ,当掌握角_0_ _90_ 时,强迫换流,负载换流 _；电路工作在 _整流 _状态；当掌握角 _90_ 90,使输出平均电压 Ud 为负值 _；1, 电力电子器件是如何定义和分类的？同处理 16, 直流

7、斩波电路完成的是直流到 _直流 _的变 信息的电子器件相比,它的特点是什么？换；答: 根据器件能够被掌握电路信号所掌握 17, 直流斩波电路中最基本的两种电路是 _降压 的程度,分为以下三类 :a, 半控型器件 ,b 全控型斩波电路 _和_升压斩波电路 _；器件 c,不行控器件 .；根据驱动电路加在器件控17, 斩波电路有三种掌握方式：脉冲宽度调制制端和公共端之间信号的性质, 分为两类 : 电流（PWM）、_频率调制 _和_（ton 和 T 都可调,驱动型 , 电压驱动型；根据驱动电路加在器件控转变占空比）混合型 _；制端和公共端之间有效信号的波形,分为两类：18, 斩波电路用于拖动直流电动机

8、时, 降压斩波脉冲触发型,电平掌握型；根据器件内部电子电路能使电动机工作于第_1_象限,升压斩波电和空穴两种载流子参加导电的情形分为三类:单路能使电动机工作于第_2_象限, _电流可逆斩极型器件 , 双极型器件 ,复合型器件 ；波_电路能使电动机工作于第1 和第 2 象限；2, 使晶闸管导通的条件是什么？维护晶闸管导19, 转变频率的电路称为 _变频电路 _,变频电路通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变有交交变频电路和_矩阵式变频 _电路两种形为关断？式,前者又称为 _周波变流器 _,后者也称为 _矩答：使晶闸管导通的条件是晶闸管承担正阵交换器 _；向阳极电压,并在门极施加触发电流（脉冲）

9、；名师归纳总结 第 2 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆维护晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于 能保持晶闸管的最小电流；使晶闸管由导通变 为关断,可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机调速；在供用电系统中,仍常用于对无功功 率的连续调剂；此外,在高电压小电流或低电 压大电流直流电源中,也常采纳沟通调压电路 调剂变压器一次电压；如采纳晶闸管相控整流下；;升压斩波电路,高电压小电流可控直流电源就需要许多3, 降压斩波电路的结构与工作原理晶闸管串联；同样,低电压大电流直流电源需电

10、路的结构与工作原理 ; 答：降压斩波电路工作原理、电路图：在一 个掌握周期中, 让 V 导通一段时间 ton,由电源 E 向 L、R、M 供电,在此期间, uoE；然后使要许多晶闸管并联；这都是特别不合理的；采 用沟通调压电路在变压器一次侧调压,其电压 电流值都不太大也不太小,在变压器二次侧只 要用二极管整流就可以了； 这样的电路体积小、V 关断一段时间toff,此时电感L 通过二极管成本低、易于设计制造；沟通调功电路常用于VD 向 R 和 M 供电, uo0；一个周期内的平均 电压 ；输出电压小于电源电压,起到降压的作电炉温度这样时间常数很大的掌握对象；由于 掌握对象的时间常数大,没有必要对

11、沟通电源用；的每个周期进行频繁掌握；L升压斩波电路的基本工作原理：假设电路5, 画出阻感负载单相桥式全控整流电路图并说中电感 L 值很大,电容C 值也很大；当V 处于明说明续流二极管的作用；通态时,电源E 向电感 L 充电,充电电流基本U1u2VT1 aVT3id恒定为 I1,同时电容 C上的电压向负载R 供电,因 C值很大,基本保持输出电压为恒值Uo；设V 处于通态的时间为ton,此阶段电感 L 上积蓄ud的能量为 1 on EI t ；当 V 处于断态时 E和 L共VT2b VT4 R同向电容 C充电并向负载 R 供应能量；设 V 处于断态的时间为toff,就在此期间电感L 释放的能量为

12、. 6, 用面积等效原理说明如何用一系列等幅不等4, 沟通调压电路和沟通调功电路有什么区分？二者各运用于什么样的负载？为什么？答： 掌握方式不同；前者是在沟通电源的 每个周期对输出电压波形进行掌握；而后者将 负载与沟通电源接通几个周波,再断开几个周 波,通过转变接通周波数与断开周波数的比值 来调剂负载所消耗的平均功率；沟通调压电路宽的脉冲来代替正弦半波；广泛用于灯光掌握（如调光台灯和舞台灯光控面积等效原理：制）及异步电动机的软起动,也用于异步电动分别将如下列图的电压窄脉冲加在一阶惯名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学

13、而不思就惘,思而不学就殆性环节（ R-L电路）上,如图 a 所示；其输出电 的电流上升到晶闸管的电流 IL 以上时,管子才流 it对不同窄脉冲时的响应波形如图 b 所示；能导通,所以触发脉冲信号应有足够的宽度,从波形可以看出, 在 it的上升段, it的外形也 一般为 2050 s,电感性负载应加入到 1ms,略有不同,但其下降段就几乎完全相同；脉冲 越窄,各 it响应波形的差异也越小；假如周期相当于 50Hz正弦波的 18；电角度；触发脉冲前沿要陡,特殊是串并联使用的性地施加上述脉冲,就响应 it也是周期性的；晶闸管,要采纳强触发措施；用傅里叶级数分解后将可看出,各 it在低频段 触发脉冲应

14、与主回路同步,且有足够的移的特性将特别接近,仅在高频段有所不同；用相范畴；例如电阻性负载下的三相半波和三相一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半全控桥整流电路,移相范畴务别为0；- 150；波,正弦半波 N 等分,看成 N 个相连的脉冲序和 0； 120；,而电感性负载（电留恋续）时,列,宽度相等,但幅值不等；用矩形脉冲代替,皆为 0；90；等幅,不等宽,中点重合,面积（冲量）相等,内容涉及试验, 要求结合试验实际电路和宽度按正弦规律变化 . 内容进行说明作业题的类型7, 用 SPWM波形说明 PWM 掌握的基本原理；三,运算题：8, 电力电子器件的系统组成如题图9-10 所示,试说明其中爱护

15、电路的重要意义？2-4, 图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电9, 电力电子器件缓冲电路的主要作用是什么？流波形,各波形的电流最大值均为 Im,试运算试分析图 9-14 中开通缓冲电路和关断缓冲电路 各波形的电流平均值 Id1、Id2、Id3 与电流有效的作用和工作原理；值 I1、I2、I3；答:其作用是抑制电力电子器件的内因过电压, du/dt 或者过电流和di/dt, 减小器件的开关04204b5 4202c损耗 ；a10, 晶闸管的触发电路有哪些要求？解1图1-43：答：触发电路发U 的触发信号应具有足a 够大的功率,即触发电压和电流必需大于晶闸4I msintdt=Im210.2717

16、 ImId1=管的掌握极触发电压UGT、掌握极触发电流2 2 2IGT,使掌握极的工作点在掌握极伏安特性的可I1=1I msint2dt=Im310.4767 靠触发区内,但瞬时功率和平均功率都不能超22424过掌握极瞬时功率极限和掌握极平均功率线,b I mImId2 不该触发时,触发电路因漏电流产生的漏sintdt=Im2= 110.5434 Im电压应小于掌握极不触发电压UGT；2由于晶闸管的导通需要肯定的时间,不是4第 4 页,共 9 页I2 一触就通,只有当晶闸管的阳极电流即主回路名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,

17、思而不学就殆=14I msint2dt=2Im310.6741IIdu2id2 U2 1costtt242Lm122 U2 1costdc 20LId3=12I md t=1Im=2 U 2=22.51A L2 40I3 =12I m2dt=1 Im 2ud与 id的波形如下图：2022-5. 上题中假如不考虑安全裕量,问 100A 的晶0tud闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3 各为多少？20这时,相应的电流最大值Im1、Im2、Im3 各为多少 .解：额定电流 I TAV =100A的晶闸管,答应的电id流有效值 I =157A,由上题运算结果知a Im10I329.35,. 47

18、6702t当 60 时,在 u2 正半周期 60 180 期Id10.2717 Im189.48 间晶闸管导通使电感L 储能,电感L 贮存的能b Im2I232.90, 量在 u2 负半周期 180 300 期间释放,因此在.0 6741Id20.5434 Im2126.56 u2 一个周期中60 300 期间以下微分方程成c Im3=2 I = 314, 立：Id3=1 Im3=78.5 4Ldid2 U2sintdt3-1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电,L考虑初始条件：当t60 时 id0 可解方20mH,U2100V,求当 0 和 60 时的负 载电流 Id,并画出 ud 与 i

19、d 波形；程得：id2 U21cost解： 0 时,在电源电压u2 的正半周期晶闸L2管导通时,负载电感L 储能,在晶闸管开头导其平均值为通时刻,负载电流为零；在电源电压u2 的负半Id152 U21cost dt=2 U 2 =11.22 L323L2周期,负载电感 L释放能量,晶闸管连续导通；因此,在电源电压u2的一个周期里,以下方程5A 此时 ud 与 id的波形如下图：均成立：Ldid2 U2sintdt考虑到初始条件：当t0 时 id0 可解方程得：名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就

20、殆u 2+tUN（ 23） 141.4283424（V）0详细数值可按晶闸管产品系列参数选取；ud+t流过晶闸管的电流有效值为：IVTId2 27.57（A）i dt晶闸管的额定电流为：IN（1.52） 27.571.57 2635（A）详细数值可按晶闸管产品系列参数选取；例 3-1单相桥式全控整流电路,U2=100V,负3-3单相桥式全控整流电路,U2100V,负载中 R2 ,L值极大,当 30 时,要求：作出 ud、id、和 i2的波形；求整流输出平均电压 Ud、电流 Id,变压器二次电流有效值 I2；考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流；解： ud、id、和 i2的波形如下图：u

21、2载中 R=2 ,L值极大,反电势 E=60V,当 =30 时,要求： 作出 ud、id 和 i2的波形； 求整流输出平均电压 Ud、电流 Id,变压 器二次侧电流有效值 I2； 考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流；解： ud、id和 i2的波形如下图：u2O tOtududOIdIdtOIdIdI dtidi dttOOi2i 2OtO t输出平均电压 Ud、电流 Id,变压器二次电流有效值 I2 分别为Ud 0.9 U2 cos 0.9 100 cos3077.97（V）IdUd / R 77.97/ 238.99（A）I2Id 38.99（A）晶闸管承担的最大反向电压为：2 U

22、2100 2 141.4（V）考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为：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 Ud0.9 U2 cos 0.9 100 cos3077.97A Id UdE/ R 77.9760/2 9A I2Id 9A 闸管承担的最大反向电压为：2 U2100 2 141.4（V）ki 流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVTId 2 6.36（A）故晶闸管的额定电压为：名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆UN 23 141.4283424（V）i

23、VT2的波形 ；晶闸管的额定电流为：解：考虑 LB时,有：IN1.52 6.36 1.5768（A）晶闸管额定电压和电流的详细数值可按晶闸管Ud1.17U2cos Ud Ud3XBId 2产品系列参数选取；Id（ UdE）R3-14单相全控桥, 反电动势阻感负载, R=1 ,解方程组得：L=,E=40V,U2=100V,LB=0.5mH,当 =60 时Ud（ R 1.17U2cos 3XBE）（2 R3XB）求 Ud、Id 与 的数值,并画出整流电压ud 的波94.63（V）6 U2形； Ud6.7（V）解：考虑 LB时,有：Id44.63（A）Ud0.9U2cos Ud又 Ud2XBIdco

24、scos2IdXBId（ UdE）R即得出解方程组得：cos30=0.752 Ud（ R 0.9U2cos 2XBE）（ R2XB）换流重叠角44.55（V） 41.28 30 =11.28 Ud0.455（V）ud、iVT1和 iVT2的波形如下：Id4.55（A）u2uaubuc又coscos2Id XBU2OI dR=5t即得出=0.4798 uduaubuccos 60O换流重叠角 61.33 60 =1.33iVT1I dt最终,作出整流电压Ud的波形如下：Ou2OtiVT2tOu dOt16三相桥式不行控整流电路,阻感负载,15三相半波可控整流电路,反电动势阻感负 载,U2=100

25、V,R=1 ,L=,LB=1mH,求当 =30 时、 E=50V 时 Ud、Id、 的值并作出 ud 与 iVT1和 ,L=, U2=220V,XB=0.3 ,求 Ud、Id、IVD、I2 和 的值并作出 ud、iVD和 i2 的波形；解：三相桥式不行控整流电路相当于三相桥式名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆可控整流电路 0时的情况；Ud2.34U2cos Ud Ud3XBId IdUd R解方程组得：Ud2.34U2cos （ 13XB/ R）486.9（V）Id97.38（ A）又平均值

26、 Io；解：由于 L 值极大,故负载电留恋续,于是输出电压平均值为Uo=tonE=20200=80V T50输出电流平均值为Io =Uo-EM=8030=5AR105在图5-2a 所示的升压斩波电路中,已知E=50V,L 值和 C 值极大, R=20 ,采纳脉宽调coscos2IdXB6 U2制掌握方式,当T=40 s,ton=25 s 时,运算即得出输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io；cos=0.892 解：输出电压平均值为：Uo =TE=402550=133.3V 换流重叠角 26.93toff40二极管电流和变压器二次测电流的有效值输出电流平均值为：分别为Io =U o = R133

27、.3=6.667A 20IVDId 397.38332.46（A）例 5-2 在图5-1a 所示的降压斩波电路中,I2a2Id79.51（A）3ud、iVD1和 i2a的波形如下：u2uaubucE=100V, L=1mH,R=0.5 ,EM=10V,采纳脉宽 调制掌握方式, T=20 s,当 t on=5 s 时,运算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io,运算输出电流的最大和最小值瞬时值并判定负载电Ot1t流是否连续 ；第 8 页,共 9 页解：由题目已知条件可得：ud uab uac ubc uba uca ucbuabuacm=E M = E10 =0.1 100Ot =L = R0

28、.001=0.002 i VD1Id0.5当 ton=5 s 时,有 =T=0.01 O i 2aI dtOt=ton=0.00255-2在图 5-1a 所示的降压斩波电路中,已知E=200V,R=10 ,L 值极大, EM=30V,T=50由于s, t on=20 s, 运算输出电压平均值Uo,输出电流名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆e1=0 e.00251=0.249me1e.0 011所以输出电留恋续；此时输出平均电压为Uo =tonE=1005=25V T20输出平均电流为Io =Uo-EM=2510=

29、30A R0 5.输出电流的最大和最小值瞬时值分别为I max=1emE=1e.00025.01100=31eR1e0. 010 . 50.19A I min=e1mE=0 e. 002510 1.100=29.e1R.0 e0110 5.81A 例 5-3 在图 5-2a 所示的升压斩波电路中,已知 E=50V,L 值和 C值极大, R=20 ,采纳脉宽调制掌握方式,当T=40 s,ton=25 s 时,计第 9 页,共 9 页算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io；解：输出电压平均值为：Uo=TE=4050=133.3V toff4025输出电流平均值为Io =U o = R1333.=6.667A 20名师归纳总结 - - - - - - -