2022年电力电子技术课件-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复习题一,填空 / 判定 /挑选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有 耗主要为 开关损耗 ；_通态损耗 _,而当器件开关频率较高时,功率损3, 电力二极管的主要类型有 一般二极管 、快复原二极管 、 肖特基二极管 ；4, 肖特基二极管的开关损耗 明显低于 快复原二极管的开关损耗；5, 晶闸管的基本工作特性可概括为 门极 正向有触发就导通、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

2、倍 ；7, 晶闸管断态不重复电压 UDRM与转折电压 Ubo 数值大小上的关系是 UDRMUbo；8, 功率晶体管缓冲爱护电路中的二极管要求采纳 相协作；快复原 型二极管,以便与功率晶体管的开关时间9, 在如下器件：电力二极管（Power Diode）、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,属于不行控器件的是 _电力二极管 ,属于半控型器件的是 _晶闸管 ,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

3、型器件的有 _电力二极管、晶闸管、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 晶闸管 ,工作频率最高的是 电力 MOSFET ,属于电压驱动的是 电力 MOSFET 、IGBT ,属于电流驱动的是 晶闸管、 GTO 、GTR ；电阻负载的特点是 电压和电流成正比且波形相同,在单相半波可控整流电阻性负载电路中,晶闸管掌握角 的最大移相范畴是 0-180 ；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二极管的电路中,晶闸管掌握角 的最大移相范畴是0-180 ,其承担的最大正反向电压均为2U2 ,续流二极管承担的最

4、大反向电压为_2U2 _（设 U2 为相电压有效值）；11, 单相桥式全控整流电路中,带纯电阻负载时, 角移相范畴为 0-180,单个晶闸管所承担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,可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器 ；12, 电阻性负载三相半波可控整流电路中,晶闸管所承担的最大正向电压 UFm等于 _2U2 _,晶闸管掌握角 的最大移相范畴是 _0-150,使负载电留恋续的条件为_a=30_U2 为

5、相电压有效值 ；13, 逆变电路中,当沟通侧和电网连结时,这种电路称为 有源逆变 ,欲实现有源逆变,只能采纳 _全控 电路 ,当掌握角 _0_ _90_ 时,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 _；16, 直流斩波电路完成的是直流到 _直流 _的变换；17, 直流斩波电路中最基本的两种电路是_降压斩波电路 _和_升压斩波电路 _；17, 斩波电路有三种掌握方式：脉冲宽度调制（ PWM）、_频率调制 _和_（ton 和 T 都可调,转变占空比）混合型 _；18, 斩波电路用于拖动直流电动机时,降压斩波电路能使电动机工作于第 _1_象限,升压斩波电路

6、能使电动机工作于第 _2_象限, _电流可逆斩波 _电路能使电动机工作于第 1 和第 2 象限；19, 转变频率的电路称为 _变频电路 _,变频电路有交交变频电路和 者又称为 _周波变流器 _,后者也称为 _矩阵交换器 _；_矩阵式变频 _电路两种形式, 前20, 单相调压电路带电阻负载,其导通掌握角a 的移相范畴为0-180,随 a 的增大, Uo_降低 _,功率因数 _降低 _；21, 把电网频率的沟通电直接变换成可调频率的沟通电的变流电路称为 _交交变频电路 _；22, 换流方式的种类有 _器件换流,电网换流,强迫换流,负载换流 _；23, 电力电子主电路与掌握电路之间电气隔离的基本方法

7、有_光隔离,磁隔离 _；24, 电力电子器件过电压爱护的主要方法有 _RC过电压抑制器,反向阻断式 RC电路,雪崩二极管,金属氧化物压敏电阻,硒堆,和转折二极管（BOD）；25, 电力电子器件过电流爱护的主要方法有 _快速熔断器,直流快速断路器,过电流继电器 _；二, 简答 / 分析1, 电力电子器件是如何定义和分类的？同处理信息的电子器件相比,它的特点是什么？答: 根据器件能够被掌握电路信号所掌握的程度,分为以下三类:a, 半控型器件 ,b 全控型器件c,不行控器件 .；根据驱动电路加在器件掌握端和公共端之间信号的性质,分为两类 : 电流驱动型 ,电压驱动型；根据驱动电路加在器件掌握端和公共

8、端之间有效信号的波形,分为两类：脉冲触发型,电平掌握型；根据器件内部电子和空穴两种载流子参加导电的情形分为三类 :单极型器件 , 双极型器件 ,复合型器件 ；2, 使晶闸管导通的条件是什么？维护晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？名师归纳总结 答：使晶闸管导通的条件是晶闸管承担正向阳极电压,并在门极施加触发电流（脉冲）；维第 2 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆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

9、流降到接近于零的某一数值以下；3, 降压斩波电路的结构与工作原理 ;升压斩波电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 L、R、M 供电,在此期间, uoE；然后使 V 关断一段时间V 导通一段时间 ton,由电源 E 向 toff,此时电感 L通过二极管 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,起到降压的作用；升压斩波电路的基本工作原理：假设电路中电感L 值很大,电容 C 值也很大；当 V 处于通态时,电源 E 向电感 L 充电,充电电流基本恒定为 I1,同时电容 C 上的电压向负载 R 供电,因 C 值很大,基本

10、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 上积蓄的能量为 1 on EI t ；当 V 处于断态时 E 和 L共同向电容 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 . 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；沟通调压电路广泛用于灯光掌握（如调光台灯和舞台灯光掌握）及异步电动机的软起动

11、,也用于异步电动机调速；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电路,高电压小电流可控直流电源就需要许多晶闸管串联；同样,低电压大电流直流电源需要许多晶闸管并联；这都是特别不合理的；采纳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、成本低、易于设计制造；沟通调功电路常用于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,没有必要对沟通电源的每个周期进行频繁掌握；5, 画出阻感负载单相桥式全控整流电路

12、图并说明说明续流二极管的作用；U1u2VT1 aVT3idLudVT2Rb VT4 6, 用面积等效原理说明如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦半波；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆面积等效原理：分别将如下列图的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上,如图 a 所示；其输出电流it对不同窄脉冲时的响应波形如图b 所示；从波形可以看出, 在 it的上升段,it的外形也略有不同,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；假如周期性地施加上述脉冲,就响应 it也是

13、周期性的；用傅里叶级数分解后将可看出,各it在低频段的特性将特别接近,仅在高频段有所不同；用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,正弦半波 N 等分,看成N 个相连的脉冲序列,宽度相等,但幅值不等；用矩形脉冲代替,等幅,不等宽,中点重合,面积（冲量）相等,宽度按正弦规律变化 . 7, 用 SPWM波形说明 PWM 掌握的基本原理；8, 电力电子器件的系统组成如题图9-10 所示,试说明其中爱护电路的重要意义？9, 电力电子器件缓冲电路的主要作用是什么？试分析图 9-14 中开通缓冲电路和关断缓冲电路的作用和工作原理；答:其作用是抑制电力电子器件的内因过电压 10, 晶闸管的触发电路有哪些要

14、求？, du/dt 或者过电流和 di/dt,减小器件的开关损耗 ；答：触发电路发 U 的触发信号应具有足够大的功率,即触发电压和电流必需大于晶闸管的掌握极触发电压 UGT、掌握极触发电流 IGT,使掌握极的工作点在掌握极伏安特性的牢靠触发区内,但瞬时功率和平均功率都不能超过掌握极瞬时功率极限和掌握极平均功率线,不该触发时,触发电路因漏电流产生的漏电压应小于掌握极不触发电压 UGT；由于晶闸管的导通需要肯定的时间,不是一触就通,只有当晶闸管的阳极电流即主回路的电流上升到晶闸管的电流 IL以上时,管子才能导通,所以触发脉冲信号应有足够的宽度,一般为 2050 s,电感性负载应加入到 1ms,相当

15、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晶闸管,要采纳强触发措施；触发脉冲应与主回路同步,且有足够的移相范畴；例如电阻性负载下的三相半波和三相全控桥整流电路,移相范畴务别为0；- 150；和 0；120；,而电感性负载（电留恋续）时,皆为0；90；内容涉及试验,要求结合试验实际电路和内容进行说明三,运算题：作业题的类型第 4 页,共 12 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆2-4, 图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,各波形的电流最大值均为2Im,试运算各波形的电流平均值

16、Id1、Id2、Id3 与电流有效值I1、I2、I3；04a204b5 4202c解： a Id1= 1 I m sin td t = I m 图1-43 21 0.2717 Im2 4 2 2I1= 1 I m sin t 2d t = I m 3 10.4767 Im2 4 2 4 2b Id2 = 1 I m sin td t = I m 21 0.5434 Im 4 2I2 = 1 I m sin t 2d t = 2 I m 3 10.6741I m4 2 4 2c Id3=2 1 0 2 I m d t = 14 ImI3 =2 10 2 I m 2d t = 12 Im 2-5.

17、 上题中假如不考虑安全裕量 ,问 100A 的晶闸管能送出的平均电流 Id1、Id2、Id3 各为多少？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,答应的电流有效值I =157A,由上题运算结果知a Im10I329.35,Id10.2717 Im189.48 . 4767b Im2I .0 6741232.90, Id20.5434 Im2126.56 c Im3=2 I = 314, Id3=1 Im3=78.5 43-1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电,流 Id,并画出 ud 与 id 波形；L20mH,U2100V,求

18、当 0 和 60 时的负载电解： 0 时,在电源电压 u2 的正半周期晶闸管导通时,负载电感 L 储能,在晶闸管开头导通时刻,负载电流为零；在电源电压 u2的负半周期,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,以下方程均成立：名师归纳总结 考虑到初始条件：当Ldid2 U2sintt第 5 页,共 12 页dtt0 时 id0 可解方程得：id2 U21cosL- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆Id1=22 U21costdt20L2 U 2=22.51A Lud 与 id的波形如下图：u20

19、2tud02tid0 2 t当 60时,在 u2 正半周期 60 180 期间晶闸管导通使电感 L 储能,电感 L 贮存的能量在u2负半周期 180 300 期间释放,因此在Ld2 U2sint考虑初始条件：当t60 时 id0 可解方程得：costid2 U21L2其平均值为Id152 U21costd t=2 U 2 =11.25A 2 L323L2此时 ud与 id 的波形如下图：u20+tud+t i dt3-3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；名师归纳总结 求整流输出平均电压Ud、电流 Id,变压器二

20、次电流有效值I2；第 6 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆考虑安全裕量,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 tud输出平均电压OI dttidO i2IdOtUd、电流 Id,变压器二次电流有效值I2分别为Ud0.9 U2 cos 0.9 100 cos3077.97（V）IdUd / R77.97/ 238.99（A）I2Id 38.99（A）晶闸管承担的最大反向电压为：2 U2100 2 141.4（V）考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为：UN（ 23） 141.

21、4283424（V）详细数值可按晶闸管产品系列参数选取；流过晶闸管的电流有效值为：IVTId2 27.57（A）晶闸管的额定电流为：IN（ 1.52） 27.57 1.572635（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,要求：U2=100V,负载中 R=2 ,L 值极大,反电势 E=60V,当 =30 时, 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：名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 12 页精

22、选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆 u 2O t u d整流输出平均电压OtI2分别为i dIdOI dIdti2OtUd、电流 Id,变压器二次侧电流有效值Ud0.9 U2 cos 0.9 100 cos3077.97A Id UdE/ R77.9760/29A 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：UN23 141.4283424（ V）晶闸管的额定电流为：IN1.52 6.361.5768（A）晶闸管额定电压和电流的详

23、细数值可按晶闸管产品系列参数选取；3-14单相全控桥,反电动势阻感负载,R=1 ,L=,E=40V,U2=100V,LB=0.5mH,当 =60 时求Ud、Id 与 的数值,并画出整流电压 ud 的波形 ；解：考虑 LB时,有：Ud0.9U2cos Ud Ud2XBId Id（UdE）R解方程组得：Ud（ R 0.9U2cos 2XBE）（ R2XB） 44.55（V） Ud0.455（V）Id4.55（ A）又名师归纳总结 coscos2IdXBU2第 8 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆 即得出cos60

24、=0.4798 换流重叠角最终,作出整流电压 61.33 60 =1.33Ud的波形如下：u2O t udO t15三相半波可控整流电路,反电动势阻感负载,U2=100V,R=1 ,L=, LB=1mH,求当 =30 时、 E=50V时 Ud、Id、的值并作出 ud 与 iVT1和 iVT2的波形 ；解：考虑 LB时,有：Ud1.17U2cos Ud Ud3XBId2 Id（UdE）R 解方程组得：Ud（ R 1.17U2cos 3XBE）（ 2 R3XB）94.63（V） Ud6.7（V）Id44.63（A）又coscos2IdXB6 U2即得出cos30=0.752 换流重叠角 41.28

25、 30 =11.28ud、iVT1和 iVT2的波形如下：名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆u2uaubucOuduaubuctOi VT1I dI dtOi VT2tO16三相桥式不行控整流电路,阻感负载,和 的值并作出 ud、iVD和 i2 的波形；R=5 ,L=, U2=220V,XB=0.3 ,求 Ud、Id、IVD、I2解：三相桥式不行控整流电路相当于三相桥式可控整流电路 0时的情形；Ud2.34U2cos Ud Ud3XBId IdUdR 解方程组得：Ud2.34U2cos （

26、13XB/ R）486.9（V）Id97.38（A）又coscos2IdXB6 U2即得出 cos =0.892 换流重叠角26.93二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 IVDId397.38332.46（A）I2a2Id 79.51（A）3ud、iVD1和 i2a的波形如下：名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆u 2t 1uaub ucauc ucbuabuactOud uac ub c ub at uabOi V D 1IdtO i2 aIdOt5-2在图 5-1a 所示的降压

27、斩波电路中, 已知 E=200V,R=10 ,L 值极大, EM=30V,T=50 s, ton=20 s, 运算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io；解：由于 L值极大,故负载电留恋续,于是输出电压平均值为Uo=t onE=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 ,采纳脉宽调制掌握方式,当 T=40 s,ton=25 s 时,运算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io；解：输出电压平均值为：Uo =tTE=402550=133.3V off40输出电流平均值为：

28、Io =U o = R133 .3=6.667A 20例 5-2 在图 5-1a 所示的降压斩波电路中,E=100V, L=1mH,R=0.5 ,EM=10V,采纳脉宽调制控制方式, T=20 s,当 ton=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流是否连续；解：由题目已知条件可得：名师归纳总结 m=E M = E10 =0.1 100第 11 页,共 12 页 =L = R0 .001=0.002 05.- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆当 ton=5 s 时,有

29、e =T=0.01 1=0.249m=ton=0.0025 由于1=e.0 0025e1e.0011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=30A R05.输出电流的最大和最小值瞬时值分别为I max=1e1mE=1e0.0025.01100 0 5.=30.19A 1eR1e.001I min=emE=.0 e002510 . 1100=29.81A e1R0 e. 011.05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,t on=25 s 时,运算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io；第 12 页,共 12 页解：输出电压平均值为：Uo =tTE=40402550=133.3V off输出电流平均值为Io =U o = R133.3=6.667A 20名师归纳总结 - - - - - - -