电力电子技术1简答题.doc

考试试卷( 1 )卷
三、简答题（共3小题，22分）
1、晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。导通后的晶闸管管压降很小。（3分）
使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－维持电流ＩＨ以下。其方法有二：（1）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压；（2）增加负载回路中的电阻。
2、电压型逆变电路的主要特点是什么？（8分）
(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；（2分）
(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；（3分）
(3) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。（3分）
3、简述实现有源逆变的基本条件，并指出至少两种引起有源逆变失败的原因（7分）
（1）外部条件：要有一个能提供逆变能量的直流电源，且极性必须与直流电流方向一致，其电压值要稍大于Ud；（2分）
（2）内部条件：变流电路必须工作于β<90°区域，使直流端电压Ud的极性与整流状态时相反，才能把直流功率逆变成交流功率返送回电网。这两个条件缺一不可。（2分）
当出现触发脉冲丢失、晶闸管损坏或快速熔断器烧断、电源缺相

五、计算题（共 1 小题，共20分）
1、电路如图所示，单相全控桥式整流电路接大电感负载，R=4Ω，U2=220V。
（1）触发角为60°时，(a) 试求Ud、Id、晶闸管电流平均值IdVT、晶闸管电流有效值IVT、变压器副边电流有效值I2；（b）作出ud、id、iVT2、i2 的波形图（图标清楚，比例适当）。
（2）当负载两端接有续流二极管时，（a）试求Ud、Id、IdVT、IVT、IVD、IdVD 、I2；（b）作出ud、id、iVT2、iVD、i2 的波形图（图标清楚，比例适当）。

1、(1) (a)Ud=0.9U2cosα=0.9×220×cos600=99V （1分）
Id=Ud/R=99/4=24.75A（1分）
I2=Id=24.75A （1分）
IdVT=1800/3600×Id=24.75/2=13.38A（1分）
IVT=（2分）
（b）波形如图1所示（3分）
（2）（a）Ud=0.9U2（1+cosα）/2=0.9×220×（1+cos600）/2=148.5V（1分）
Id=Ud/R=148.5/4=37.13A  IdVT=（1800-α）/3600×Id=（1800-600）/3600×37.13=12.38A（1分）
（1分）
（2分）
IdVD=2α/3600×Id=2×600/3600×37.13=12.38A（1分）
（2分）
（b）波形如图2所示（3分）

图1   波形图 图2 波形图

三、简答题（本题共 4 小题，共30分）
1、电压型逆变电路的主要特点是什么？（7分）
(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；（2分）
(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；（3分）
(3) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

2、某一晶闸管，额定电压为300V，额定电流为100A，维持电流为4mA，使用在下图所示的各电路中是否合理?说明其理由。(不考虑电压、电流裕量)（8分）

答：图a不合理（1分），电流小于维持电流（2分）
图b不合理（1分），最高电压大于额定电压（1分）
图c合理（1分），电流为150A小于100×1.57（2分）

3、下面BOOST升压电路中，电感L、电容C与二极管的作用是什么？（7分）
答：储存电能升压（3分）；保持输出电压稳定（4分）。
4、变压器漏感对整流电路有什么影响？（8分）
答：出现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud降低；整流电路的工作状态增多；（2分）
晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通；（2分）
有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt；
换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路（2分）；
换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。

四、作图题（本题共3小题，共26分）
1、画出三相桥式全控整流电路带阻感负载的原理图，并给图中6个晶闸管写上正确的编号，编号写在晶闸管的正上方或正下方。变压器采用Δ/Y接法。（8分）

2、画出下图对应的Ud、iT1、VT1的波形其中虚线为脉冲信号。（12分）

3、将控制电路、检测电路、驱动电路、主电路填入以下框图中，组成一个电力电子应用系统。（6分）
控
制
电
路
驱动电路
检测电路
主
电
路

六、计算题（本题共1小题，共15分）
1、有一个三相全控桥整流电路。已知电感负载L=0.2H、α=60°、R=1Ω、变压器二次相电压U2=100V。试画出Ud的波形，计算负载端输出的直流电压Ud和负载电流平均值Id，计算变压器二次电流的有效值I2

解：1、∵wL=2πfL=62.8≥10R=10
∴此为大电感负载，负载端电流波形平直。（3分）
Ud=2.34U2cosα=117V （3分）
Id=Ud/R=117A 3分）
I2=＝175.5A。
四、简答题（本题共3小题，共32分）
1、试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。（12分）
IGBT Y开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小Q开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及GTO
GTR Y耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低Q开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击
GTO Y电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强Q电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低
电 力MOSFET Y开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题Q电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置
3、软开关电路可以分为哪几类？各有什么特点？（10分）
答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路
准谐振电路：准谐振电路中电压或电流的波形为正弦波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式（2分）。
零开关PWM电路：这类电路中引入辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过程前后，此电路的电压和电流基本上是方波，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式（2分）。
零转换PWM电路：这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功率的交换被消减到最小（2分）。

五、作图题（本题共1小题，共16分）
1、在三相半波整流电路中，如果U相的触发脉冲消失，试绘出在电阻负载下整流电压ud的波形和V相上晶闸管VT2上的管压降波形。设触发角分别为15º和60º。

六、计算题（本题共1小题，共12分）
1、单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R=20Ω，L值极大，反电动势E＝60V。当α＝30°时，要求：
（1）作出ud、id和i2的波形；（3分）
（2）求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2 ；（4分）
（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 （5分）

四、简答题：（本题共4小题，共28分）
1、 什么是逆变失败？逆变失败后有什么后果？形成的原因是什么？（8分）
答：逆变失败指的是：逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件末关断，该导通的器件末导通。从而使逆变桥进入整流状态，造成两电源顺向联接，形成短路。逆变失败后果是严重的，会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流，损坏开关器件（4分）。产生逆变失败的原因：一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等（4分）
3、晶闸管变流装置中为什么在主电路上要加入整流变压器进行降压？（7分）
答：采用整流变压器降压后可以使晶闸管工作在一个合适的电压上，可以使晶闸管的电压定额下降（2分），还可以使晶闸管工作于小控制角，这有利于减少波形系数，提高晶闸管的利用率，实际上也减少的晶闸管的电流定额（3分），另外由于控制角小，这对变流装置的功率因素的提高也大为有利（
4、单相电压型逆变电路中，电阻性负载和电感性负载对输出电压、电流有何影响？电路结构有哪些变化？（7分）
答：电阻性负载时，输出电压和输出电流同相位，波形相似，均为正负矩形波（2分）。
电感性负载时，输出电压为正负矩形波，输出电流近似为正弦波，相位滞后于输出电压，滞后的角度取决于负载中电感的大小（3分）。在电路结构上，电感性负载电路，每个开关管必须反向并联续流二级管
五、作图题：（本题共2小题，共14分）
1、对于下图所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析电路的工作情况，并绘出相应的两条电流流通路径，同时标注电流流向。（8分）

2、设三相桥式可控整流电路工作于有源逆状态，试画出β=60º时的整流输出电压波形（6分）

六、计算题（本题共1小题，共18分）
1、三相全控桥式整流电路，L=0.2H，R=4Ω，要求Ud从0~220V之间变化。试求：
（1）不考虑控制角裕量时的，整流变压器二次线电压。（3分）
（2）如电压，电流裕量取2倍，计算晶闸管额定电压，电流值。（8分）
（3）变压器二次电流有效值I2。（4分）
（4）计算整流变压器二次侧容量S2。（3分）
解：(Ω)，而Rd=4(Ω)，所以 ，ωL>>Rd，按大电感负载情况计算，三相全控桥式整流电路，相当于最小控制角αmin=0°
计算.整流变压器次级相电压U2（3分）
Ud=2.34U2,，则U2=220／2.34≈94(V)
(2).计算晶闸管电压、电流值，如果电压、电流按裕量系数2计算，选择晶闸管（8分）
晶闸管承受的最大峰电压为
(V)
按裕量系数2计算，则U=230.25×2=460.5(V)，选额定电压500V晶闸管。（2分）
　　　　（A）
　　　 (A)（3分）
　　　　(A)
则　　Ａ（3分）
按裕量系数2计算，则20.2×2=40.4(A),选额定通态平均电流为50A的晶闸管。
(3). 计算变压器次级电流有效值I2（4分）
(A)
(4).计算整流变压器次级容量S2（3分）
　　　S2=3U2I2=3×94×44.9=12661.8(VA)≈12.66(KVA)

三、简答题（本题共5小题，每小题5分，共25分）
1答：(1) 维持晶闸管导通的条件是阳极电流大于维持电流IH。（2分）
(2) 要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反压，或者降低正向阳极电压，使通过晶闸管的电流小于维持电流IH。

1、 要实现有源逆变，必须满足什么条件？哪些电路类型不能进行有源逆变？（5分）
2、 答：1)有与通流方向一致的直流电源，电路工作在逆变状态。（3分）
2）不能实现有源逆变的电路有：半控桥电路，带续流二极管的电路。

3、 什么是直流斩波电路？分别写出降压和升压斩波电路直流输出电压U0与电源电压Ud的关系式。（5分）
答：直流斩波电路是将直流电源的恒定直流电压通过电力电子器件的开关作用变换为可调直流电压的装置
降压斩波电路的表达式为：
升压斩波电路的表达式为：

4、简述对触发电路的三点要求。（5分）
答：1触发电路输出的脉冲应具有足够大的功率；（1分）
2）触发电路必须满足主电路的移相要求；（2分）
3）触发电路必须与主电路保持同步。

5、对于正弦脉冲宽度调制（SPWM），什么是调制信号？什么是载波信号？何谓调制比？（5分）
答：在正弦脉冲宽度调制（SPWM）中，把希望输出的波形称作调制信号；（2分）
而对它进行调制的三角波或锯齿波称为载波信号；（2分）
载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr称为载波比。

四、作图题（本题共2小题，每小题10分，共20分）
已知单相全控桥式整流电路，带电阻性负载。试绘出当控制角α = 600时的输出电压波形ud，晶闸管T1的端电压波形UT1。

2、试绘出三相半波共阴极组电路当β=600时的输出电压波形ud，以及晶闸管T1的端电压波形（L=∞）。

五、计算题（本题共1小题，共15分）
三相全控桥式整流电路如图所示，Ld=0..2H， Rd=4Ω，要求Ud从0～220V之间变化，试求：1)、不考虑控制角裕量时，整流变压器二次相电压U2；
2)、如电压、电流裕量取2倍，选择晶闸管型号；3)、整流变压器二次侧容量S2；
4)、电路的功率因数cosΦ；5)、当触发脉冲距对应二次相电压波形原点多少电度角时，Ud已为0。
解：∵＞＞4Ω
∴负载为大电感，流过负载的电流可看为直线（1分）
1）当α=0时，输出电压平均值为220V
由式知（2分）
2）由题知，（1分） 故取额定电压500V（1分）
∵（1分） ∴（1分）
（1分） 故取额定电流50A（1分）
因此，选取晶闸管的型号为KP50-5（1分）
3）（1分）
（1分）
4）∵
∴（1分）
5）当触发脉冲距对应二次相电压波形原点1200电度角时，Ud已为0。

三、简答题（本题共5小题，每题5分，共25分）
1、 什么是可控整流?它是利用晶闸管的哪些特性来实现的?（5分）
2、 答：将交流电通过电力电子器件变换成大小可以调节的直流电的过程称为可控整流。 （3分）
3、 可控整流主要利用了晶闸管的单向可控导电特性。

4、 什么是逆变失败？导致逆变失败的原因是什么？（5分）
5、 答：1）在逆变电路中，使电源瞬时电压与直流电源E顺极性串联，出现很大的短路电流流过晶闸管与负载，称为逆变失败或逆变颠覆。（3分）
6、 2）逆变失败的原因主要有：晶闸管损坏；触发电路不可靠或快速熔断器烧断；电源缺相以及逆变角过小。（2分）

7、 将右表格中空缺的部分按要求填好，变压器二次相电压为U2，对于电感负载满足大电感负载的条件。
答：输出电压可调范围：0~1.17U2 （2分）
最大移相范围：900 （1分）
整流输出平均值

4、电压源型变频器和电流源型变频器的区别是什么？（5分）
答：电流型变频器的直流环节是电感器，而电压型变频器的直流环节是电容器。（3分）
电压型变频器不能工作于再生制动状态，因为电容两端电压不能跃变。（

5、试说明SPWM控制的基本原理。（5分）
答：PWM控制技术是控制半导体开关元件的导通和关断时间比，即调节脉冲宽度的或周期来控制输出电压的一种控制技术。（2分）
用正弦基波电压作为调制电压，对它进行调制的三角波称为载波电压，当正弦基波与三角波相交时，通过比较二者之间的大小来控制逆变器开关的通断，从而获得一系列等幅不等宽正比于正弦基波电压的矩形波，这就是正弦脉宽调制方法（SPWM）。

四、作图题（本题共2小题，每小题10分，共20分）
1、已知单相全控桥式整流电路，电感性负载不接续流二极管。试绘出当α=450时输出电压波形ud和晶闸管T1的端电压波形。

2、三相桥式全控整流电路，电阻性负载，试画出当α=600时输出电压ud的波形、晶闸管的端电压uT1的波形。

五、计算题（本题共1小题，共15分）
三相全控桥整流电路如图所示。已知电感性负载L =0.2H、R =1Ω、α =75°，变压器二次相电压U2=100V。
1) 计算负载的平均整流电压Ud和负载电流平均值Id；
2) 选择晶闸管的型号；

3) 计算变压器二次电流的有效值I2。
解：1）（2分）
（1分）
2）由题知， （1分） 故取额定电压1200V（1分）
∵ （2分） ∴ （2分） 故取额定电流100A（1分）
因此，选取晶闸管的型号为KP100-12（2分）
3）（
三、简答题（本题共5小题，每题5分，共25分）
3、 试简述三相半控桥式整流电路与三相全控桥式整流电路的特点。
答：三相全控桥式整流电路采用6只晶闸管构成，而三相半控桥式整流电路采用三只晶闸管和三只二极管构成；（2分）
三相全控桥可以工作在有源逆变状态，而三相半控桥只能工作在整流状态；（2分）
三相半控桥可能会出现失控现象，而全控桥不会。

3、举出三种常用过电流保护电器，并指出其动作时间的典型值。
1）快速熔断器，在流过6倍额定电流时熔断时间小于20ms（2分）
2）直流快速开关，动作时间只有2ms（1分）
3）电流检测和过电流继电器，开关动作几百毫秒。（
5、对于正弦脉冲宽度调制（SPWM），什么是调制信号？什么是载波信号？何谓调制比？
答：在正弦脉冲宽度调制（SPWM）中，把希望输出的波形称作调制信号，而对它进行调制的三角波或锯齿波称为载波信号。（3分）
载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr称为载波比。

四、作图题（本题共2小题，每小题10分）
1、如图所示电路，试画出α=450时
输出电压波形ud和晶闸管V11的电流波形iv11。

五、计算题（本题共1小题，共15分）
三相全控桥式整流电路大电感负载，不接续流二极管，U2=220V，R=4Ω，α=600，试求：
(1)、输出电压平均值Ud和电流平均值Id；
(2)、晶闸管电流平均值Idt和有效值It；
(3)、变压器副边电流有效值I2和容量S2。
解：1）（2分）
（1分）
2） （2分） （2分）
3）（1分）
（2分）

三、简答题（本题共5小题，每小题5分，共25分）
1、在晶闸管可控整流电路的直流拖动中，当电流断续时电动机的机械特性有哪些特点？
答：在晶闸管可控整流电路的直流拖动中，当电流断续时，电动机的理想空载转速将抬高；机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化

2、在三相半波可控整流电路中，如果控制脉冲出现在自然换流点以前，可能会出现什么情况？能否换相？
答：在三相半波可控整流电路中，如果每只晶闸管采用独立的触发电路，那么控制脉冲出现在自然换流点以前，电路将停止工作；如果三只晶闸管采用同一个触发电路（对共阴极连接），则控制脉冲出现在自然换流点以前，电路仍然能正常换相，但此时的控制角较大，输出电压较低。

3、在三相全控桥式有源逆变电路中，以连接于A相的共阳极组晶闸管V14为例说明，在一个周期中，其导通及关断期间两端承受电压波形的规律。
答：共阳极组三只晶闸管轮流导通1200，其顺序是VT4àVT6àVT2。所以，当VT4导通时，两端电压为零；当VT6导通时，VT4两端电压为线电压uvu；当VT2导通时，VT4两端电压为线电压uwu。

5、试说明功率晶体管(GTR)的安全工作区SOA由哪几条曲线所限定?
答：功率晶体管(GTR)的安全工作区SOA由以下条曲线所限定：最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM以及二次击穿临界线。

五、计算题（本题共1小题，共15分）
某晶闸管电镀电源，调压范围2～15V，在9V以上最大输出电流均可达130A，主电路采用三相半波可控整流电路，试计算：
(1)整流变压器二次侧相电压。
(2)9V时的控制角。
(3)选择晶闸管
(4)计算变压器容量。
解：1）∵ 由题知当α=0时，输出电压最大为15V
∴
2） 所以α=530
3）因为输出电最大值为130A，故

∴ 所以取额定电流100A
所以取额定电压100V
因此，晶闸管的型号可选为KP100-1
4）

六、分析题（本题共1小题，共10分）
如图所示的有源逆变电路，为了加快电动机的制动过程，增大电枢电流,应如何调节角？为什么？电枢电流增大后，换相重叠角是否会加大？这是否会造成逆变失败？
答：图示的有源逆变电路，只要增大角，就能加快电动机的制动过程，增大电枢电流。因为增大角后，将减小逆变电压，提高回路中的电压差，即增大电枢电流。当电枢电流增大后，换相重叠角会加大，但不会造成逆变失败。

三、简答题（本题共6小题，每小题5分，共30分）
1三相半控桥与三相全控整流电路相比有哪些特点？
答：三相半控桥式整流电路是把全控桥中共阳极组的3个晶闸管换成整流二极管，其显著特点是共阴极组元件必须触发才能换流；共阳极元件总是在自然换流点换流。一周期中仍然换流6次，3次为自然换流，其余3次为触发换流，这是与全控桥根本的区别（3分）。改变共阴极组晶闸管的控制角α，仍可获得0~2.34U2Φ的直流可调电压。三相半控桥式整流电路只需三套触发电路、不需要宽脉冲或双脉冲触发、线路简单经济、调整方便。电路结构比三相全控桥更简单、经济，而带电阻性负载时性能并不比全控桥差。所以多用在中等容量或不要求可逆拖动的电力装置中

2、什么是晶闸管交流开关？交流调压器的晶闸管常用哪些方式控制？
答：如果令交流调压器中的晶闸管在交流电压自然过零时关断或导通，则称之为晶闸管交流开关（1分）。交流调压器中的晶闸管有两种控制方式：(1)相位控制在电源电压的每一周期，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的时刻即可达到调压的目的，即相控方式（2分）；(2)通-断控制将晶闸管作为开关，使负载与电源接通若干周波，然后再断开一定的周波，通过改变通断的时间比达到调压的目的。有全周波连续式和全周波间隔式两种形式（2分）。

3、3、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？
答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压与电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压与电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道（3分）。在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的控开关器件流通，因此不需要并联二极管（2分）

4、什么是组合变流电路？一般的开关电源是怎样组合的？为什么要这样组合？
答：组合变流电路是将某几种基本的变流电路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC）组合起来，以实现一定新功能的变流电路（2分）。开关电源通常采用交-直-交-直方式组合（1分）。由于开关电源采用了工作频率较高的交流环节，变压器和滤波器都大大减小，因此同等功率条件下其体积和重量都远小于相控整流电源。除此之外，工作频率的提高还有利于控制性能的提高。由于这些原因，在数百KW以下的功率范围内，开关电源正逐渐取代相控整流电源

5、如何区分电压源型和电流源型变频器？
答：电压源型变频器：交-直-交变频器中，直流部分采用大电容器滤波，理想情况下直流电压波形为一直线，可看作是一个内阻为零的电压源，再经逆变器输出交流电压波形；交-交变频器虽无滤波电容器，但是交流电源系统的阻抗很低。（2分）电流源型变频器：交-直-交变频器中采用大电感滤波，其直流电流波形较平直，可看作是一个电流源；交-交变频器在输出端接有电抗器。（2分）两种类型变频器的区别在于滤波器形式的不同，于是在用途上也各不相同：电压源型变频器因电容器上的电压不能突变，所以对电压控制响应慢，对调整型负载动态响应慢，适于多台电动机同步运行的电源，且无快速加减速的负载；电流型变频器因滤波电感上的电流不能突变，虽对负载变化反应慢，但对系统调速的动态响应灵敏，因而适于单台变频器配用单台电动机的系统，可满足快速起动、制动和可逆运行的要求。如果将不可控整流改成可控整流，还可实现电动机的回馈制动。（1分）

6、什么是触发延迟角？什么是导通角？
从晶闸管开始承受正向电压起，到触发脉冲出现时的电角度,称为触发延迟角；移相触发就是改变晶闸管每周其导通的起始点即触发延迟角的大小，达到改变输出电压,功率的目的。移相触发的主要缺点是使电路中出现包含高次谐波的缺角正弦波, 在换流时刻会出现缺口“毛刺”，造成电源电压波形畸变和高频电磁波辐射干扰。大触发延迟角运行时,功率因数较低（3分）。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称导通角，导通角的最大值与电路的结构形式和负载性质有关（2分）。

四、作图题：（本题1小题，共10分）
1、在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘出在a = 0°时电阻性负载和电感性负载下整流电压ud的波形。
阻性负载时

电感性负载时

五、计算题（本题共2小题，每题15分，共30分）
1、单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中，R=2Ω，L值极大，反电动势E=60V，当α=30o时，求：（15分）
（1）作出ud、id和i2的波形图；
（2）求整流输出平均电压Ud、平均电流Id和I2；
（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流，并选择晶闸管的型号。
解：（1）ud、id和i2的波形如下图：（5分）

（2）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
Ud＝0.9 U2 cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)（1分）
Id ＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)（2分）
I2＝Id ＝9(A) （2分）
（3）晶闸管承受的最大反向电压为：U2＝100＝141.4（V）
流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT＝Id ∕＝6.36（A）
故晶闸管的额定电压为：UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）（2分）
晶闸管的额定电流为：IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）（3分）
2、一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。求：（15分）
（1）开通角α的变化范围；
（2）负载电流的最大有效值；
（3）最大输出功率及此时电源侧的功率因数。

三、简答题：（本题共6小题，每小题5分，共30分）
1、晶闸管实现导通的条件是什么？关断的条件及如何实现关断？
答：在晶闸管阳极——阴极之间加正向电压，门极也加正向电压，产生足够的门极电流Ig，则晶闸管导通，其导通过程叫触发。关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。
　 实现关断的方式：1减小阳极电压。2增大负载阻抗。3加反向电压。
4、 简述对触发电路的三点要求。
答：（1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠通电。 （2分）
（2）触发脉冲应有足够的幅度。 （2分）
5、 （3）不超过门级电压，电流和功率定额，且在可能触发区域之间。

4、什么叫过电流？过电流产生的原因是什么？
答：当流过晶闸管的电流大大超过其正常工作电流时，称为过电流。产生的原因有：
（1）直流侧短路；
（2）机械过载；
（3）可逆系统中产生环流或者逆变失败；
（4）电路中管子误导通及管子击穿短路等。

5、IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点?。
IGBT驱动电路的特点是:驱动电路具有较小的输出电阻,ⅠGBT是电压驱动型器件,IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。 （1分）
GTR驱动电路的特点是:驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿,并有一定的过冲,这样可加速开通过程,减小开通损耗,关断时,驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流,并加反偏截止电压,以加速关断速度。 （1分）
GTO驱动电路的特点是:GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度,且一般需要在整个导通期间施加正门极电流,关断需施加负门极电流,幅值和陡度要求更高,其驱动电路通常包括开通驱动电路,关断驱动电路和门极反偏电路三部分。（2分）
电力MOSFET驱动电路的特点:要求驱动电路具有较小的输入电阻,驱动功率小且电路简单。
6、试说明PWM控制的基本原理。
PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制 来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。 （1分）
在采样控制理论中有一条重要的结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯蚌的 环节上时,其效果基本相同,冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理。 （1分）
以正弦pWM控制为例。把正弦半波分成Ⅳ等份,就可把其看成是N个彼此相连的脉 冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等,都等于/n,但幅值不等且脉冲顶部不是水平直 线而是曲线,各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按下弦规律变化的。根据面积等效原理,PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。可见,所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。

四、计算题：（本题共4小题，每小题10分，共40分）
1、单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=20,L值极大当=时,
要求:①作出Ud、Id、和I2的波形;
②求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2;
③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解：（1）解:①Ud、Id、和I2的波形;如下图:
（4分）
②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=0.9U2cos=0.9×100×cos＝77.97（V）
Id＝Ud/R=77.97/2=38.99(A)
I2=Id=38.99(A) （3分）
③晶闸管承受的最大反向电压为:
U2=100=141.4(V) -
考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为:
UN=(2~3)×141.4=283~424(V)
具体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:
IVT=Id/=27.57(A)
晶闸管的额定电流为:
IN=(1.5~2)×27.57/1.57=26~35(A)
具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 （3分）

2、光台灯由单相交流调压电路供电,设该台灯可看作电阻负载,在=O时输出
功率为最大值,试求功率为最大输出功率的80%,50%时的开通角。
解: O时的输出电压最大,为
Uomax=
此时负载电流最大,为
Iomax= （3分）
因此最大输出功率为

输出功率为最大输出功率的80%时,有:
Pmax=Uomax Iomax=
此时,
Uo=
又由
Uo=U1 （3分）
解得

同理,输出功率为最大输出功率的50%时,有:
Uo=
又由
Uo=U1
（4分）

3、三相半波可控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=50,L值极大,当＝时,要求:①画出Ud, Id和IVT1的波形; ②计算Ud、Id、IdT和IVT
解: ①Ud, Id和IVT1的波形如下图:
（5分）

②Ud、Id、IdT和IVT分别如下

Ud=1.17U2cos=1.17×100×cos=58.5(V)
Id＝Ud/R=58.5/5=11.7(A)
IdvT=Id/3=11.7/3=3.9(A)
IVT=Id/=6.755(A) （5分）

4、某一电阻负载，要求输出直流电压Ud=0～24v,最大负载电流Id=30A。采用单相半波可控整流电路。用220V直接供电或用变压器降压到60V供电。计算两