电力电子技术试题样本.doc

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班号

学号

姓名

电力电子技术 试题( A)

题
号
一
二
三
四
五
六
平时
成绩
总分
分
数

评卷人

注: 卷面85分, 平时成绩15分
本题得分

一、 回答下列问题

1、 下列器件的分类表中, 将符合每一类别的全部选项添入表中。( 8分)
器件类别
属于该类别的器件
全控型双极型器件

全控型复合型器件

电压驱动型器件

电流驱动型器件

选项: ( 根据选项填空时, 只需写选项的代号, 如: A,B,….)
A. SCR B.GTO C.GTR D.P-MOSFET E.IGBT
F.电力二极管 G.MCT 。
2、 判断下列各题的正确性, 正确的打”√”, 不正确的打”×” 。( 6分)
（1） 某晶闸管, 若其断态重复峰值电压为500V, 反向重复峰值电压700V, 则该晶闸管的额定电压是700V。( )

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试 题: 电力电子技术 班号: 姓名:
（2） 对于输入接整流变压器的可控整流电路, 变压器存在直流磁化的有三相半波整流电路、 单相半波整流电路和单相全波整流电路。( )
( 3) 单相全控桥式变流电路, ”阻感——反电势” 负载, 已知, , ,电路处于可逆变状态。( )
3、 画出全控型器件RCD关断缓冲电路, 并分析缓冲电路中各元件作用。( 6分)

第 2 页 ( 共 8 页)
试 题: 电力电子技术 班号: 姓名:

本题得分

二、 对于三相全控桥式变流电路, 在不同的负载形式和控制要求下,
回答下列问题。
1、 画出该电路带”阻感——反电势” 负载, 并工作于整流方式时的电路图
( 要标明反电势极性) 。( 5分)

2、 当该电路工作于整流状态时, 设触发角且负载电流连续, 请在图中画出此时整流器
输出电压ud和晶闸管电流在一个周期内的波形。( 5分)

iVT1

ωt
0

3、 设该电路为大电感负载且工作于整流状态, , 负载中E=47V, ,当时, 试计算整流输出平均电压、 负载电流和晶闸管电流
平均值 。( 5分)

第 3 页 ( 共 8 页)
试 题: 电力电子技术 班号: 姓名:

本题得分

三、 H型单极同频模式PWM的功率转换电路如下图( a) 所示。它由四个大功率IGBT和四个续流二极管组成。当控制指令时, 和工作在交替开关状态, 截止关断 , 饱和导通。设该电路工作在轻载情况下( ) , 、 、 和的栅极激励电压如图( b) 所示。
1、 试画出电机电枢电压和电枢电流波形图( 可直接画在图(b) 上) 。( 7分)
2、 分析一个PWM周期内直流电机的工作状态, 并画出相应的等效电路图, 标明电流方向。图中, 为电机绕组电感, 为电枢电阻, 为直流电机反电势。( 8分)

图( a)

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试 题: 电力电子技术 班号: 姓名:

ub4
ub2
t
0
0
t
ia
ub1
ub3
0
T
t1
t
0
0
t

0

t

0

ua

EM

图( b)

t

第 5 页 ( 共 8 页)

试 题: 电力电子技术 班号: 姓名:

本题得分

四、 由两只反并联晶闸管组成的交流调压电路如下图( a) 所
示, 负载为阻感性负载( 阻抗角为φ) , 当输入信号u1
为图(b)所示信号时, 在图(d)和(e)中画出交流调压电路中和的波形图。
( 10分)

图( a)
图( b)
图( c-1)
图( d)
图( e)
φ
φ
图( c-2)

第 6 页 ( 共 8 页)
试 题: 电力电子技术 班号: 姓名:

本题得分

五、 回答下列问题

1、 换流方式有哪几种? 各有什么特点? ( 3分)

2、 无源逆变电路和有源逆变电路有何不同? ( 3分)

3、 逆变电路多重化的目的是什么? 如何实现? 串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合? ( 4分)

本题得分

六、 解答下列问题
1、 什么是异步调制?什么是同步调制?
二者各有何特点? ( 5分)

2、 什么是SPWM的自然采样法和规则采样法? 设正弦调制信号波为, , 为正弦信号波角频率。根据下图利用规则采样法求出脉冲宽度和脉冲两边的间隙宽度δ＇。图中为采样周期, 三角载波幅值为1。( 10分)

第 7 页 ( 共 8 页)
试 题: 电力电子技术 班号: 姓名:

本题得分

( 注: 卷面80分, 平时成绩20分)
一、 填空题( 11 小题, 每空0.5分, 共 22 分)
1、 电力电子学是由                 、                 和               交叉而形成的边缘学科。
2、 按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度, 能够将电力电子器件分为以下三类;
1) 的电力电子器件被称为半控型器件, 这类器件主要是指 及其大部分派生器件。
2) 的电力电子器件被称为全控型器件, 这类器件品种很多, 当前常见的有 和 。
3) 的电力电子器件被称为不可控器件, 如 。
3、 根据下面列出的电力电子器件参数的定义, 在空格处填写该参数的名称。
参数定义
参数名称
GTR集电极电流与基极电流之比

使IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压

维持晶闸管导通所必须的最小阳极电流

4、 在GTR、 GTO、 IGBT与MOSFET中, 开关速度最快的是_________, 单管输出功率最大的是_____________, 在中小功率领域应用最为广泛的是___________。
5、 电力电子器件的驱动电路一般应具有 电路与 之间的电气隔离环节, 一般采用光隔离, 例如 ; 或磁隔离, 例如
。
6、 缓冲电路又称为吸收电路, 缓冲电路可分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。其中 缓冲电路又称为du／dt抑制电路, 用于吸收器件的 过电压。 缓冲电路又称为di／dt抑制电路, 用于抑制器件 时的电流过冲和di／dt, 减小器件的损耗。
7、 单相半波可控整流电路、 单相桥式全控整流电路、 三相半波可控整流电路和三相桥式全控整流电路, 当负载分别为电阻负载和电感负载时, 晶闸管的控制角移相范围分别是多少( 用角度表示, 如0°～180°) ?
负载
单相半波
单相桥式
三相半波
三相桥式
电阻

阻感

( 注: 有续流二极管)

8、 在单相全控桥式电阻-反电动势负载电路中, 当控制角α大于停止导电角δ时, 晶闸管的导通角θ=_____________。当控制角α小于停止导电角δ时, 且采用宽脉冲触发, 则晶闸管的导通角θ=_____________。
9、 由于器件关断过程比开经过程复杂得多, 因此研究换流方式主要是研究器件的关断方法。换流方式可分以下四种:              , ,
                          ,                        。
10、 正弦脉宽调制( SPWM) 技术运用于电压型逆变电路中, 改变                     _可改变逆变器输出电压幅值; 改变     _           _可改变逆变器输出电压频率; 改变_                _可改变开关管的工作频率。
11、 在SPWM控制电路中, 根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况, PWM调制可分为           与_______ _两种类型, 采用_______ _调制能够综合二者的优点。
本题得分

二、 选择题( 5 小题, 每空0.5分, 共3分)
1、   晶闸管稳定导通的条件(     )
A、 晶闸管阳极电流大于晶闸管的擎住电流  
B、 晶闸管阳极电流小于晶闸管的擎住电流
C、 晶闸管阳极电流大于晶闸管的维持电流  
D、 晶闸管阳极电流小于晶闸管的维持电流
2、 某晶闸管, 若其断态重复峰值电压为500V, 反向重复峰值电压700V, 则该晶闸管的额定电压是(    )
A    500V         B  600V         C  700V       D1200V
3、 (     ) 存在二次击穿问题。
A. SCR   B. GTO   C. GTR   D. P.MOSFET   E. IGBT
4、 下图所示的是(       ) 的理想驱动信号波形。
A. SCR   B. GTO   C. GTR   D. P.MOSFET   E. IGBT

5、 IGBT综合了(   ) 和( ) 的优点, 因而具有良好的特性。
A. SCR   B. GTO   C. GTR   D. P.MOSFET  
F. 电力二极管
本题得分

三、 计算题( 4 小题, 共20分)
1、 单相桥式全控整流电路, U2=200V, 负载中R=2Ω, L值极大, 反电势E=120V。已知控制角的变化范围是: 0°~30°,考虑安全裕量(按1.5倍计算), 确定晶闸管的额定电压和额定电流。( 4分)

2、 单相全控桥式变流电路工作在有源逆变状态下, 已知U2=200V, 电动机反电势E=120V, 负载中R=2Ω, L极大。回答下列问题。(6分)
( 1) 画出变流电路的电路图, 并在图中标出在有源逆变初期电动机反电势的极性和变流电路输出直流电压的极性。

( 2) 逆变角β应限制在什么范围内? 画出β＝60°时的和的波形。

3、 三相桥式全控整流电路, U2=100V, 带阻感负载, R=5Ω, L值极大, 当 α =60°时, 回答下列问题。( 4分) ( 注: 后面有提示)
( 1) 变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波? 其中主要的是哪几次?

( 2) 求电路的输入功率因数。

( 提示: 有关电流波形及其傅立叶级数)

4、 降压斩波电路中, 已知电源电压E=16V, 要求输出负载电压平均值Uo=12V, 回答下列问题: (6分)
( 1) 画出用IGBT构成的降压斩波器的主电路原理图, 并推导出理想情况下输入、 输出电压的关系表示式。

2) 若采用脉冲宽度调制方式, 设斩波周期T=1ms, 求开通时间Ton?

3) 若采用脉冲频率调制方式, 设开通时间Ton=1ms, 求斩波周期T?

本题得分

四、 作图题( 4 小题, 共28分)
1、 对于三相全控桥式整流电路, 阻感负载, L极大, 回答下列问题: ( 6分)
1) 画出该电路带阻感负载时的电路图。

2) 当α=π/3时, 在下图中画出整流输出电压ud一个周期的波形( 用阴影线表示) , 并在波头上方标出其余5个线电压的名称; 若整流电路采用双窄脉冲触发, 在图中波形上方的对应位置画出触发脉冲, 并标明所对应的器件号。

2、 由IGBT构成的桥式可逆斩波电路, 负载为直流电动机。电源电压E=200V, 电机为正向电动状态, 反电势EM＝100V, 电机电枢电阻R=5Ω,电枢电流平直连续, 平均值为2A, IGBT的开关频率为10KHz。完成下题: ( 9分)
1) 画出该桥式可逆斩波电路的电路图。

2) 采用单极同频控制方式时, 计算此时的控制占空比, 器件的开关周期, 及每个开关周期内导通的时间。

3) 根据前面计算得出的控制时间画出V1～V4驱动信号的波形, 负载上电压和电流的波形;

3、 下图所示为一个三相桥式电压型逆变电路。当该电路采用输出为方波的180°导电方式时, 试画出V1－V6上驱动电压的波形及 UUN＇、 UVN＇和UWN＇的波形。( 6分)

4、 图1所示的单相全桥逆变电路工作于双极性PWM模式。设载波比N=9要求: (7分)
1) 在图2中画出1个调制信号波周期内的开关控制信号波形和输出电压uO的波形。
2) 分析为什么载波比N选择为奇数而不是偶数。

图1

图2
本题得分

五、 简答题( 共 2 小题, 共7分)
1、 交交变频电路的最高输出频率是多少? 制约输出频率提高的因素是什么?

2、 交流调压电路和交流调功电路有什么区别? 二者各适用于什么样的负载?

( 注: 卷面80分, 平时成绩20分)
本题得分

一、 填空题( 4小题, 每空1分, 共 4 分)
1.晶闸管单相桥式整流电路, 交流电源为工频220V( 有效值) , 考虑2倍的安全裕量, 则晶闸管的额定电压应不小于 V。
2.设GTO的电流关断增益为5, 如果该器件要关断直流500A的电流, 关断时门极负脉冲电流的峰值应不小于 A。
3.IGBT的开启电压一般为 V。
4.驱动电路要实现控制电路与主电路之间的电气隔离, 其中光隔离一般一般采用的元件是 。

本题得分

二、 选择题( 3 小题, 每空1分, 共6分)
1.在电力电子器件中
属于电压驱动的是 ,
属于双极型的是 ,
在可控的器件中, 容量最大的是 ,
A. SCR    B. GTO    C. GTR    D. P.MOSFET    E. IGBT    F. 电力二极管
2.使晶闸管维持导通所必须的最小电流称为 。对同一晶闸管来说, 一般擎住电流约为维持电流的 。
A. 维持电流    B. 擎住电流    C. 2～4倍    D. 1/2～1/4  
3.图1是 的典型驱动电路?
A. SCR    B. GTO    C. GTR    D. P.MOSFET    

图1
本题得分

三、 简答题( 5 小题, 每题3分, 共15分)
1.从晶闸管的物理结构角度, 回答下列问题:
1) 分析为什么晶闸管一旦触发导通之后, 就能够自锁导通, 而不再需要触发电流?
2) 为什么晶闸管导通之后, 门极就失去控制作用, 不能控制器件关断?

2.关于SPWM控制技术, 回答下列问题:
1) 什么是异步调制?
2) 什么是同步调制?
3) 什么是分段同步调制, 与上述两个方式相比它有什么优点?

3.图2中画出了有、 无RCD缓冲电路时, 晶体管关断过程中的电压电流变化轨迹。当有RCD缓冲电路时, 回答下列问题:
1) 晶体管关断时应按照那条电压电流线( 工作点轨迹) 转移? 并说明理由。
2) 在该轨迹线上标出工作点转移的方向, 并说明理由。

图2
4.关于单相交流电能变换电路, 回答下列问题:
1) 从电路结构方面, 比较交流调功电路与交流调压电路的异同之处;
2) 从控制方式方面, 比较交流调功电路与交流调压电路的异同之处;
3) 说明交流调功电路适用于什么样的负载。

5.关于交交变频器, 回答下列问题:
1) 什么是交交变频器?
2) 结合图3所示的单相交交变频器, 说明其改变输出电压频率和幅值的方法。

图3

本题得分

四、 作图题( 4 小题, 共21分)
1.图4为晶闸管三相桥式整流电路, 输入为三相工频电源, 负载电流连续, 当α=π/6时, 回答下列问题: ( 本题4分)
1) 在图5中工频线电压波形的基础上, 画出整流输出电压ud一个工频电周期的波形。
2) 若整流电路采用双窄脉冲触发, 在整流输出电压波形上方的对应位置, 画出VT1和VT2的触发脉冲( 应标明脉冲所对应的器件号) 。

图4 图5
2.图6为全桥DC－DC变换器, E＝200V, EM=80V, R＝1Ω, L值极大, 采用双极性PWM控制, 开关周期Ts=100μs, 器件V1的导通占空比为0.75,回答下列问题: ( 本题4分)
1) 画出一个开关周期上, 器件V1和V2驱动信号的波形( 高电平表示开通, 低电平表示关断) , 及变换器输出电压uo的波形。( 波形图时间轴上应有准确的时间标注)
2) 计算输出电压平均值Uo

图6

3.三相桥式逆变器如图7所示, 方波控制方式( 180º导电方式) 。负载为三相平衡的纯阻性负载, Y形连接。在图8中画出稳态时一个开关周期内, 下列电压的波形( 幅值应符合图中的要求) : ( 本题5分)

图7

图8
4.图9所示的单相全桥逆变电路工作于双极性SPWM模式。设载波比N=9要求: 在图10中画出1个调制信号波周期内下列电压的波形: ( 本题8分)
1)V1的开关控制信号波形ug1( 高电平表示开通, 低电平表示关断)
2)V2的开关控制信号波形ug2( 高电平表示开通, 低电平表示关断)
3)输出电压uo的波形。

图9

图10

本题得分

五、 计算题( 4 小题, 共34分)
1.单相桥式整流电路如图11所示, 交流电源为工频220V, Ls＝0;负载中rd =2Ω, Ld值足够大( 使输出电流平直连续) , 反电势Ed=100V。回答下列问题: ( 本题12分)
1) 电路启动时(负载电流从零开始增加), 计算使晶闸管能触发导通的最小触发角a。
2) 当a=30°时, 计算整流输出平均电压Vd 、 平均电流Id。
3) 在一个工频电周期上, 画出输出电压vd的波形及输入电流is的波形。
( 两个波形的相位应彼此对应)
4) 计算输入电流有效值Is, 和整流电路的功率因数PF。

图11

( 提示: 有关电流波形及其傅立叶级数)

2.在图12所示的升压斩波电路中, 已知E=100V, L值和C值极大, R=20Ω, 采用脉宽调制控制方式, 当Ts=100μs, ton=50μs时, 回答下列问题: ( 本题12分)
1) 计算输出电压平均值Uo, 输出电流平均值Io, 输入电流平均值I1。
2) 在1个开关周期上, 画出如下波形: 器件V上电流iv和电压uv。
( 时间轴上应有准确的时间标注)
3) 计算器件V上电流平均值IdV和有效值IV。

图12

3. 图13为单相交流调压电路, 电源u1为工频220V, 负载参数为R=0.5Ω, L=2mH, 回答下列问题: ( 本题5分)
1) 计算控制角α的移相范围。
2) α＝π/2时, 在一个相同的交流电周期内, 画出下列波形: 负载电压uo, 负载电流io, 晶闸管VT2电流iVT2( 各波形的相位应彼此对应)

图13

4.图14为反并联的晶闸管变流器,负载为直流电动机。设电网线电压VLL＝380V, 50Hz, 负载中电枢电阻R＝2Ω, 与电机串联的平波电抗器足够大, 使电机电流平直连续。假设电机处于正向制动状态, 电枢的制动电流被控制为Io＝10A, 当反电势EM＝200V时( 方向如图中所示) , 回答下列问题: ( 本题5分)
1) 说明此时哪组变流器工作?
2) 计算此时工作变流器的触发控制角α。

图14