电力电子技术试卷

电力电子技术试卷（考试时长:100分钟）
A01、一、简答题，每题3分，共15分
1.1.简述电力电子技术的定义。

1）有效地使用电力半导体器件应用电路和设计理论以及分析开发工具实现对电能的高效能变换和控制的一门技术。

2.举例说明电力电子技术可以实现四种变换？
2）电压变换、电流变换、频率变换、波形变换
3.试叙述交-交变频器的特点。

3）原理基于可逆整流，工作可靠，可以直接套用成熟的直流可逆调速技术，经验和装置；流过电动机的电流近似三相正弦，附加损耗小，脉动转矩小，负载是普通交流电动机，价格便宜；当电源为50HZ时，最大频率不超过20HZ；主回路复杂，应用器件多小容量时不经济。

4.简述逆变的分类，说明其逆变的应用场合。

4）有源逆变和无源逆变；有源逆变应用在高压直流输电、直流调速的电力机车；供给要求变频调速的负载.
5.电力电子器件在变流装置是作为开关应用的，所谓的软开关是怎样实现的？
5）利用串联或并联谐振时阻抗最大或最小的特性，在谐振时（负载电流为零时或负载电压为零时）接通或关断负载，这时对应的电流（或电压）为零。

具体实现是用电力电子器件控制来完成的。

A02、二、计算题，15分
如图所示的中小型发电机采用的单相半波自激稳压可控整流电路，当发电机满负荷运行时，相电压为220伏，要求的励磁工作电压为40伏。

已知励磁线圈的电阻为2Ω，电感量为0.1H。

试求：
（1）晶闸管及续流二极管的电流平均值和有效值
（2）晶闸管及续流二极管承受的最大电压
（3）试选择晶闸管和续流二极管 解：由2cos 145.02α+=U U d 可得192.01220
4045.02cos -=-⨯=α α=arcos(-0.192)=1010=100
0 晶闸管导通的角度： θT =π-α=1800-1000=800
续流二极管导通角度：θD =π+α=1800+1000=2800
由于ωL=2πf=2*3.14*50*0.1=31.4Ω>>2Ω所以负载为大电感负载，且回路有续流二极管，按纯电阻负载的方法计算。

I d =U d /R=40/2=20A
流过晶闸管的平均电流I dT =[（180-α）/360]I d =[（180-100）/360]*20=4.4A 流过晶闸管电流有效值A I I d T 4.920*360
1001802180=-=-=πα 流过二极管的平均电流I dR =[（180+α）/360]I d =[（180+100）/360]*20=15.6A 流过二极管电流有效值A I I d D 6.1720*360
1001802=+=+=παπ 加在晶闸管电压峰值:U Tm =V U U Tm 312220*222===
续流管最高电压 312V
A03、三、计算题，15分 电路如图3所示：
1.
1）试叙述电路工作在逆变工作状态下的工作过程
2）在右图中画出β=600时的输出电压U d的瞬时值波形
3）晶闸管D T1两端电压波形
4）计算β=600、U2=110伏时电路的输出平均电压U
5）当E M=110V时，回路总电阻为2Ω时，计算平均电流
I d
答：在β=60度前，DT5导通，输出电压U C的瞬时值，
且大部分负压，当β=60度时，触发DT1导通，输出电
压U A的瞬时值，且U A大部分在交流电的负半周，故导通
使DT5承受负压而关断。

从自然换相点3开始，B相的电位最高，但由于EM
提供电势，仍能使A相的晶闸管DT1承受正压而维持导
通，直到自然换相点后β=60时，控制B相的晶闸管DT3
导通，输出电压U B的瞬时值，且BT3导通给DT1施加一
个负电压Uab，使DT1关断截止，实现换相；
从自然换相点5开始，C相的电位最高，但由于EM
提供电势，仍能使B相的晶闸管DT1承受正压而维持导
通，直到自然换相点后β=60时，控制C相的晶闸管DT5
导通，输出电压U C的瞬时值，且BT5导通给DT3施加一
个负电压Ubc ，使DT3关断截止，实现换相。

2）当β=60度时、U2=110伏时的输出电压U d值；
U d= —1.17*U2*COSβ==--64.35伏
3）当回路电阻R=2Ω时输出平均电流I d。

I d=(EM-Ud)/2=(110-64.35)/2=22.825安
A04、四、计算题，20分
如图4-1所示的三相桥式整流电路：
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1.
（1）试叙述电路工作在工作状态下的工作过程
（2）在左图中画出α=30度时，输出电压U d的波形，晶闸管DT1两端的电压波形；
（3）计算当U2=110伏时的输出电压U d值
（4）回路总电阻R=2Ω时，求逆变的平均电流I d
答：在自然换相点1后30度处控制DT1导通，并给DT6加控制脉冲，输出电压为Uab；在自
然换相点2后30度处控制共阳极的DT2导通，并给共阴极的DT1加控制脉冲，输出电压为Uac，DT2导通关断了DT6；在自然换相点3后30度处控制共阳极的DT3导通，并给共阳极的DT2加控制脉冲，输出电压为Ubc，DT3导通关断DT1；
在自然换相点4后30度处控制DT4导通，并给DT3加控制脉冲，输出电压为Uba；在自然换相点5后30度处控制共阴极的DT5导通，并给共阳极的DT4加控制脉冲，输出电压为Uca，DT5导通关断了DT3；在自然换相点6后30度处控制共阳极的DT6导通，并给共阳极的DT5加控制脉冲，输出电压为Ucb，DT6导通关断DT4；这样在一个周期中电路输出6个波头。

当α=30度时、U2=110伏时的输出电压U d值；
U d=2.34*U2*COSα==2.34*110*COS300=222.91493893411450767698234415181伏当回路电阻R=2Ω时输出平均电流I d：I d=Ud/2=222.9/2=111.45安
A05、五、计算题，10分
如图5所示的电流可逆斩波器
1.
（1）讲叙降压斩波的工作原理，并画出流过负载的电流波形
（2）试述电路的升压原理，并画出电流的方向和电流波形
（3）说明两种工作方式的应用场合
1）降压斩波电路由E-DT1-L-R-E M-D1构成；当控制DT1导通后，
电源E经DT1-L-R-E M再回到电源负端，形成电机的驱动电流I0，
电机运动，产生反向电势E M，其电流为（E-EM）/R=I0；当需要
减速时关断DT1，通过D1续流。

通过调节导通和关断DT1的时
间，控制回路的电流，达到调节直流电机速度的目的。

2）升压斩波电路由E-DT2-L-R-E M-D2等构成；当电力机动车辆
下坡时，控制DT2导通后，电机由于下坡产生的电势EM经R -L-
DT2构成回路，电动机工作在发电状态，给L中储能，当关断
DT2时，D2导通，电流从E M出发经R-L-D1-E后，再回到EM
电源负端，形成充电电流I0，其电流为（EM -E）/R=I0；在升
压的过程中，电机消耗了动能，转换成电能，使运动的车辆平稳下坡，起到了制动的目的。

3）降压斩波电路应用在车辆的直流调速上；升压斩波应用在直流调速车辆下坡时的制动上。

A06、六、计算题，10分
如图6所示的PWM控制波形
1.
1）PWM波形的特点；其中调制信号为
2）输出的PWM波为
3）其极性为
1）在ｕC的一个周期内，输出的PWM波只有±Uｄ两种
电平，而不象单极性控制时还有零电平。

在调制信号ｕC和
载波信号ｕr的交点时刻控制各开关器件的通断。

在ｕC的正
负半周，对各开关器件的控制规律相同。

调制信号为正弦波。

2)输出的PWM波为SPWM波（正弦调制规律的PWM）
3）双极性（正负极性的）PWM波。

A07、七、问答题，10分
如图7所示的变频器通用电路结构，试说明各部分的作用和系统对各部分的要求
1.
1、整流电路：把交流电变成直流电，采用三相桥式不可控整流电路，功率因素高。

2、逆变电路：把直流电变成交流电，采用GTR的三相桥式逆变电路，前面有大电容器，是电压型逆变器，输出三相交流电U、V、W。

3．控制电路：：产生SPWM波，控制6个GTR按照三相电的要求规律导通。

当电流检测电路检测到输出电流大于最大限制电流时，控制电路1不输出SPWM波，GTR全部关断，起到了过电流保护的作用
4．保护电路：检测设备的温度是否在正常工作范围内，当温度超出正常工作范围，自动关断设备电源。

A08、八、画图题，5分
1.
图8所示的单结晶体管脉冲形成电路，在右边给出在图中画出各点波形。

答：同步电压经桥式全波整流再经并联稳压成梯形波，用此梯形波作为同步信号；
用梯形波给电容器充电，形成一个个锯齿波，当锯齿波电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管进入负阻区，导通一次，电容器放电，输出一个尖脉冲；
当放电到达谷点电压VV时，单结晶体管关断，电容器又重新开始充电。