专升本《电力电子学》-试卷-答案.pdf

专专升本升本 电电力力电电子学子学 一、一、（共（共31题题,共共155分）分）1.电力二极管，BJT，SCR，MOSEFT和IGBT中，不可控器件是_，半控器件是_，全控器件是_和_，电压驱动控制型器件是_和_。（6分）.标准答案：1.电力二极管;2.SCR;3.MOSEFT;4.IGBT;5.MOSFET;6.IGBT;2.设输入电压为VD，则在电压型单相半桥方波逆变电路中，其输出电压基波分量有效值为_，在电压型单相全桥方波逆变电路中，其输出电压基波分量有效值为_。（2分）.标准答案：1.0.45VD;2.0.9VD。;3.设占空比为D，Vs为输入电压，Vo为输出电压，变比MVo/Vs，则在CCM工作模式下，BUCK电路的M_，BOOST电路的M=_,BUCK-BOOST电路的M_。（3分）.标准答案：1.D;2.1/(1D);3.D/(1D);4.MOSFET的三个电极G，D和S的名称分别为_，_和_；IGBT的三个电极G，E，C的名称分别为_，_和_。（6分）.标准答案：1.栅极;2.漏极;3.源极;4.栅极;5.发射极;6.集电极。;5.开关管的安全工作区由_，_和_组成。（3分）.标准答案：1.电流限制线;2.电压限制线;3.功率限制线;6.什么是脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM？其优缺点是什么？（5分）标准答案：脉冲宽度调制方式PWM:保持不变（开关频率不变），改变调控输出电压。脉冲频率调制方式PFM:保持不变，改变开关频率或周期调控输出电压。实际应用中广泛采用PWM方式。因为采用定频PWM开关时，输出电压中谐波的频率固定，滤波器设计容易，开关过程所产生电磁干扰容易控制。此外由控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号容易实现。但是在谐振软开关变换器中为了保证谐振过程的完成，采用PFM控制较容易实现。7.简述散热器在开关变换器中的作用。（5分）标准答案：开关器件在工作时会产生功耗，由于开关器件体积小，导致其热容量较小，其温度很容易快速上升。高温时开关器件的电特性变坏，严重过热可能导致器件短时间内毁坏。为防止过热损坏，开关器件必须装有散热器，使开关器件产生的热量由管壳经散热器传至周围空气中。8.简述冲量等效原理及其在SPWM中的应用思路（5分）标准答案：（1）冲量等效原理:大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系统时，只要它们的冲量（面积），即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。（2）应用思路:依据冲量等效原理，将幅值相同但宽度不同的窄脉来逼近理想正弦波，将其作用于惯性系统（滤波电路）后，即可得到正弦输出电压。9.如图1所示的DC-DC升压（Boost）变换电路，请分析（1）设M=Vo/Vi，请推导在电感电流连续的工况下变压比M的计算公式。（2）理想状态下，功率开关管T需要承受的最高瞬时电压与最大瞬时电流是多少？图1（15分）标准答案：（1）电感电流连续的工况下，在T导通期间，在T截止期间，稳态工作时，T导通期间，电感电流的增量等于T截止期间的减小量，可得到升压比:（2）在T关断时，二极管D导通，此时T两端承受电压为Vo，即为最高瞬时电压。通过T的电流最大值与电感电流最大值相等，为:由电源输入功率关系以及变比关系，可得10.SCR是全控型开关器件。（2分）().标准答案：错误11.采用SPWM调制的逆变器，只要调制比越大，输出电压的基波频率就增大。（2分）().标准答案：错误12.在带隔离变压器的半桥DC/DC变换器中，变压器的磁通是双向变化的。（2分）().标准答案：正确13.单极倍频SPWM中，一个载波周期可生成两个驱动脉冲。（2分）().标准答案：错误14.SCR是电压控制型器件，静态时几乎不需输入电流。（2分）().标准答案：错误15.采用SPWM调制时，调制比大于1时，将进入过调制区域，导致谐波频率下降。（2分）().标准答案：正确16.BOOST变换器可以应用于功率因数校正的场合。（2分）().标准答案：正确17.缓冲电路不仅可以减小开关损耗，还可以提高装置的效率。（2分）().标准答案：错误18.在电力电子变换器中，由变压器和电抗器功耗产生的发热问题最为严重。（2分）().标准答案：错误19.电力电子开关电路可分为电力电子变换电源和电力电子补偿控制器两大类。（2分）().标准答案：正确20.图1是开关管的安全工作区，在其组成的四条线段中，请标出（1）电流限制线；（2）电压限制线；（3）短时间工作时的功率限制线；（4）长时间工作时的功率限制线；（5）安全工作区。图1（10分）标准答案：如图所示。21.SPWM出现过调制时，其输出电压有哪些特点？（10分）标准答案：SPWM当出现过调制时，对应的调制比，此时正弦调制波幅值超过三角载波幅值，可能在多个载波周期内都和三角波没有交点，开关频率会急剧下降，同时等效调制波不再是原来的理想正弦波，而是在正弦波峰处出现平顶的波形，由于，因此逆变器输出电压波形也是正弦波峰处出现平顶的波形，该波形含有很多低频谐波分量，当然对应的输出电压基波分量比没有过调制时要大一些。22.以图2为例，说明单端反激DC/DC变换器在连续电流模式（CCM）时的工作原理，并推导其变压器MVo/Vs的表达式 图2（15分）标准答案：图2所示的单端反激DC/DC变换器工作原理如下:T导通的期间，电源电压Vs加至N1绕组，电流直线上升、电感L1储能增加，副方绕组N2的感应电势，二极管D1截止，负载电流由电容C提供，C放电；在T阻断的期间，N1绕组的电流转移到N2，感应电势，使D1导电，将磁能变为电能向负载供电并使电容C充电。在T导通期间，变压器的磁通增量为:在T阻断期间，磁通的减少量为:稳态运行时，一个周期内增加的磁通应等于减少的磁通，因此可得到:23.BJT、GTO、SCR属于_驱动型器件，而IGBT、P-MOSFET属于_驱动型器件。（2分）.标准答案：1.电流;2.电压;24.开关器件从断态转变为通态的过程称为_；从通态转变为断态的过程称为_。（2分）.标准答案：1.开通过程;2.关断过程;25.PWM的中文全称为_，而PFM的中文全称为_。（2分）.标准答案：1.脉冲宽度调制;2.脉冲频率调制;26.串联多重结构适用于_应用场合，并联多重结构适用于_应用场合。（2分）.标准答案：1.高电压;2.大电流;27.常用的带隔离变压器的单端直流/直流变换器主要有_和_。（2分）.标准答案：1.单端正激变换器;2.单端反激变换器;28.如图1所示为一种DC-DC变换电路：（1）在电感电流连续工况下，推导该电路的变压比。（2）若电感电流不连续，其变压比M将怎样变化？给出证明。图1（15分）标准答案：29.某工频正弦输出的SPWM单相全桥DC/AC逆变电路如图2所示。（1）简述SPWM的基本原理；（2）画图说明各开关管的触发脉冲如何获得的？（3）如果VD400V，希望输出电压VL的有效值为220V，调制比大约是多大？（4）假如采用单极倍频调制，开关频率10kHz，请问输出电压的最低次谐波频率大约是多少?图2（15分）标准答案：（1）SPWM的基本原理是基于冲量等效原理:大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系统时，只要它们的冲量（面积），即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。将正弦波等分成很多份，如果有一系列等高不等宽矩形电压窄脉冲的的面积（冲量）和它们对应相等，通过惯性系统（LC）它们是等效的。与之冲量等效的序列窄脉冲波通过滤波器以后基本是正弦波。2）采用SPWM控制，开关管开通、关断的时刻确定方法可以如下图所示（图中载波比为9）:（3）调制比2201.414/400=0.78（4）单极倍频SPWM方法中，一个载波周期内功率器件开关一次，将产生两个电压脉冲信号，因此对于输出电压而言，电压脉冲的频率加倍，为20kHz。30.开关型电力电子变换有哪四种基本类型？（5分）标准答案：有如下四种电力变换电路或电力变换器:（1）交流（AC）直流（DC）整流电路或整流器；（2）直流（DC）交流（AC）逆变电路或逆变器；（3）直流（DC）直流（DC）电压变换电路，又叫直流斩波电路、直流斩波器；（4）交流（AC）交流（AC）电压和/或频率变换电路:仅改变电压的称为交流电压变换器或交流斩波器，频率、电压均改变的称为直接变频器。31.列举电力电子变换器的外因过电压与内因过电压并简单说明保护方法（5分）标准答案：电力电子变换器的外因过电压有:（1）雷击过电压；（2）操作过电压；内因过电压有:（1）二极管反向恢复过电压；（2）开关管关断过电压。保护方法有:（1）加避雷针；（2）加过电压抑制电容；（3）加缓冲电路；（4）加非线性压敏电阻等。