2025年大学（自动化）电力电子技术进阶阶段测试题及解析.doc

2025年大学（自动化）电力电子技术进阶阶段测试题及解析

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共30分）

本卷共10题，每题3分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 以下哪种电力电子器件属于全控型器件？（ ）
A. 晶闸管
B. 二极管
C. 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
D. 电力二极管
答案：C

2. 单相桥式全控整流电路，当控制角α增大时，输出直流电压平均值Ud（ ）
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 先增大后减小
答案：B

3. 三相半波可控整流电路，变压器次级相电压有效值为U2，控制角α = 0°时，整流输出电压平均值Ud为（ ）
A. 1.17U2
B. 2.34U2
C. 0.9U2
D. 1.35U2
答案：A

4. 逆变电路中，当晶闸管换相重叠角γ增大时，输出直流电压平均值Ud（ ）
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 先增大后减小
答案：B

5. 降压斩波电路中，已知电源电压Ud = 100V，导通比D = 0.5，则输出电压平均值Uo为（ ）
A. 50V
B. 100V
C. 200V
D. 25V
答案：A

6. 升压斩波电路中，已知电源电压Ud = 50V，输出电压平均值Uo = 100V，则导通比D为（ ）
A. 0.25
B. 0.5
C. 0.75
D. 0.8
答案：B

7. 下列哪种电路不是直流 - 直流变换电路？（ ）
A. 降压斩波电路
B. 升压斩波电路
C. 单相桥式全控整流电路
D. 升降压斩波电路
答案：C

8. 电力电子电路中，为了防止器件因过电压而损坏，通常采用的保护措施是（ ）
A. 过电流保护
B. 过电压保护
C. 短路保护
D. 过载保护
答案：B

9. 晶闸管的额定电流是用（ ）来表示的。
A. 有效值
B. 平均值
C. 最大值
D. 瞬时值
答案：B

10. 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的开关速度（ ）晶闸管。
A. 高于
B. 低于
C. 等于
D. 远低于
答案：A

第II卷（非选择题，共70分）

二、填空题（每题2分共10分）

1. 电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，它包括电力电子器件、电力电子电路和______三个部分。
答案：电力电子系统

2. 晶闸管的导通条件是______和______。
答案：阳极加正向电压；门极加正向触发脉冲

3. 三相桥式全控整流电路，当控制角α = 60°时，整流输出电压平均值Ud为______。
答案：2.34U2cos60° = 1.17U2

4. 逆变电路可分为有源逆变和______逆变。
答案：无源

5. 软开关技术主要包括零电压开关和______。
答案：零电流开关

三、简答题（每题10分共30分）

1. 简述电力电子器件的分类，并举例说明。
答案：电力电子器件可分为以下几类：
- 不可控器件：如电力二极管，其导通和关断完全由外加电压决定，不能通过控制信号控制其通断。
- 半控型器件：如晶闸管，通过门极信号可以控制其导通，但不能控制其关断，关断需依靠外部电路条件。
- 全控型器件：如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、电力场效应晶体管（MOSFET）等，通过控制信号既能控制其导通，又能控制其关断。

2. 分析单相桥式全控整流电路在阻感负载时的工作原理。
答案：在单相桥式全控整流电路阻感负载时，晶闸管在电源电压正半周时承受正向电压，当触发脉冲到来时导通，电流通过负载和电感。电感对电流变化有阻碍作用，使电流不能突变。在电源电压负半周时，晶闸管承受反向电压而关断。负载电流在电感作用下继续流通，通过续流二极管续流。通过控制晶闸管的触发角，可以调节输出直流电压的大小。

3. 说明有源逆变的工作条件及应用场合。
答案：有源逆变的工作条件：
- 要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。
- 变流器必须工作在β < 90°（α > 90°）区域，使Ud为负值。

应用场合：主要用于直流电动机的可逆调速系统、绕线式异步电动机的串级调速以及高压直流输电等领域。

四、分析计算题（每题10分共20分）

1. 有一单相桥式全控整流电路，接在220V的交流电源上，负载为电阻性负载，R = 10Ω，要求输出直流电压平均值Ud = 150V，试求控制角α，并计算晶闸管电流的平均值IT(AV)和有效值IT。
答案：
- 首先根据单相桥式全控整流电路输出直流电压平均值公式Ud = 0.9U2cosα，已知U = 220V，则U2 = 220V，Ud = 150V，可得：
150 = 0.9×220×cosα
cosα = 150÷(0.9×220)≈0.758
α≈40.7°
- 负载电流平均值Id(AV) = Ud/R = 150÷10 = 15A
晶闸管电流平均值IT(AV) = Id(AV)/2 = 15÷2 = 7.5A
晶闸管电流有效值IT = Id/√2 = 15÷√2≈10.6A

2. 已知降压斩波电路，电源电压Ud = 12V，负载电阻R = 4Ω，L很大，C = 1000μF，采用脉宽调制控制方式，TON = 500μs，TOFF = 1000μs，求输出电压平均值Uo、输出电流平均值Io以及输出电流的最大纹波系数γ。
答案：
- 导通比D = TON/(TON + TOFF) = 500÷(500 + 1000) = 1/3
输出电压平均值Uo = Ud/(1 - D) = 12÷(1 - 1/3) = 18V
- 输出电流平均值Io = Uo/R = 18÷4 = 4.5A
- 输出电流的最大纹波系数γ = (TON/2L)×(Ud/2f)×(1 - D)/D，其中f = 1/(TON + TOFF) = 1/(500 + 1000)×10^-6 = 10^kHz，L很大可忽略电感电流纹波，γ = (TON/2L)×(Ud/2f)×(1 - D)/D≈0.167

五、综合应用题（10分）

某直流电动机调速系统采用晶闸管 - 直流电动机调速系统，已知电动机额定电压Un = 220V，额定电流In = 40A，电枢电阻Ra = 0.5Ω，要求调速范围D = 10，静差率s = 5%。
1. 计算该调速系统允许的最低转速nmin。
2. 若采用三相桥式全控整流电路供电，求当α = 30°时，电动机的电枢电压Ud。
3. 说明该调速系统是如何实现调速的。
答案：
1. 首先计算额定转速nN = 60f/p（假设极对数p已知），根据调速范围D = nN/nmin，可得nmin = nN/D。
静差率s = (n0 - nN)/n0（n0为理想空载转速），则n0 = nN/(1 - s)。
已知s = 5%，则n0 = nN/(1 - 0.05) = 20nN/19。
所以nmin = nN/D = nN/(-10)（这里假设调速是降速），又因为n0 = 20nN/19，可推出nmin = 19n0/200。具体数值需结合f和p计算得出。
2. 对于三相桥式全控整流电路，Ud = 2.34U2cosα，已知U2 = 220V，α = 30°，则Ud = 2.34×220×cos³0°≈4X7.4V（具体数值计算）。
3. 该调速系统通过改变晶闸管的控制角α来调节电枢电压Ud，从而实现调速。当α增大时，Ud减小，电动机转速降低；当α减小时，Ud增大，电动机转速升高。通过控制α的大小，可以在调速范围内获得不同的转速，满足生产工艺对电动机转速的要求。