1、电力电子技术试题库答案一、填空题（每空 1 分，共 20 分）1、 电力电子技术是利用（电力电子器件）对电能进行（控制、转换和传输）的技术.3 电力电子技术研究的对象是（电力电子器件的应用）、（电力电子电路的电能变换原理）和电力电子装置的开发与应用。.1957 年（美国通用电气（GE）公司）研制出第一只晶闸管，它标志着（电力电子技术）的诞生。6、电力二极管的主要类型有（普通二极管），（快恢复二极管）和肖特基二极管。7、电力二极管的主要类型有普通二极管，（快恢复二极管）和（肖特基二极管）。8、晶闸管是一种既具有（开关作用），又具有（整流作用）的大功率半导体器件。9、晶闸管有三个电极，分别是（阳极
2、），（阴极）和门极或栅极。10、晶闸管有三个电极，分别是阳极，（阴极）和（门极或栅极）。11 、晶闸管的正向特性又有（阻断状态）和（导通状态）之分。12、半控型电力电子器件控制极只能控制器件的（导通），而不能控制器件的（关断）。13 、电流的波形系数 Kf 指（电流有效值）和（电流平均值）比值。14 、电力晶体管是一种（耐高压）、（大电流）的双极型晶体管。15、电力晶体管的安全工作区分为（正偏安全工作区）和（反偏安全工作区）。16 、双向晶闸管有两个（主）电极和一个（门）极。17 、双向晶闸管有(I+ 触发方式)，（I-触发），III+触发和 III-触发。18、IGBT 的保护有（过电流保护
3、），过电压保护和（过热保护）。19、降压变换电路的输出电压与输入电压的关系为（U o=DUd），升压变换电路的输出电压与输入电压的关系为（U o=Ud/(1-D)）。20 、全控型电力电子器件控制极既能控制器件的（导通），也不能控制器件的（关断）。21 、电力器件的换流方式有（器件换流），（电网换流），负载换流和脉冲换流。22、负载换流式逆变电路分为（并联谐振式），（串联谐振式）。23 、按照稳压控制方式，直流变换电路可分为（脉冲宽度调制）和（脉冲频率调制）。24、在脉冲频率调制工作方式下，维持（t on 不变）,改变(T s)。在脉冲宽度调制工作方式下，维持（T s 不变）,改变(t on)
4、。26、降压直流变换电路输出电压为（U o=DUd），输出电流为（I o=Id/D）。27、GTO 在门极（正脉冲电流触发下）导通，在门极（负脉冲电流触发下）关断。28 、晶闸管交流测过电压分为（交流侧操作过电压）和（交流测浪涌过电压）。29 、在单相半波整流电路中，晶闸管所承受的最大电压为（U TM=21/2U2），其最大输出电压为（U d=0.45U2）。30、单相半波可控整流电路当控制角越大，波形系数（越大），输出电压平均值（越小）。31 、在单相全波整流电路中，晶闸管所承受的最大电压为（U TM=221/2U2），其最大输出电压为（U d=0.9U2）。32、单相半波带大电感负载加续流
5、二极管的可控整流电路中，流过晶闸管的电流平均值为（I d=（ ）Id/2）,有效值为（I T=Id【（）/2】 1/2）。33 、单相半波带大电感负载加续流二极管的可控整流电路中，流过续流二极管的电流平均值为（I d=（ ）I d/2）, 有效值为（I T=Id【（）/2】 1/2）。单相桥式大电感负载的可控整流电路，流过每一个晶闸管的电流平均值为（I dT=Id/2），有效值为（I T=Id/21/2）。35 、单相全控桥整流电路电阻性负载整流输出电压平均值为（U d=0.9U2(1+cos)/2），而带大电感性负载时输出电压平均值为（U d=0.9U2cos）。36 单相半控桥带大电感负载
6、接续流二极管时，流过晶闸管的、电流平均值为（I dT=（ ）I d/2）, 有效值为（I T=Id【（）/2】 1/2）。三相全控桥整流电路带大电感负载时，输出电压平均值为（2.34U 2cos），晶闸管承受的最大电压为（6 1/2U2）。38、单结晶体管从截止区转变为负阻区的转折点为（峰点），该点的电压为（U p=Ubb+UD）。在升降压变换电路中，当 0.5900 范围。（3）直流侧串接大电感。5、简述无源逆变电路的分类：答：（ 1）根据输入直流电源特点分：电压型；电流型。（2）根据电路的结构特点分：半桥式；全桥式；推挽式。（3）根据换流方式分：负载换流型；脉冲换流型；自换流型。（4）根据
7、负载特点分：非谐振式；谐振式。6、简述逆导晶闸管在使用时应注意的问题。答：（1）逆导晶闸管的反相击穿电压很低，只能适用于反向不需承受电压的场合。（2）逆导晶闸管存在着晶闸管区和整流区之间的隔离区。（3）逆导晶闸管的额定电流分别以晶闸管和整流管的额定电流表示。11、简述交交变频的优缺点。答：优点：（1）只有一次变流，且使用电网换相，提高了变流效率。（2）可以很方便的实现四象限工作。（3 ）低频时输出波形接近正弦波缺点：（1 ）接线复杂，使用的晶闸管数目多。（2）受电网频率和交流电路各脉冲数的限制，输出频率低。（3）采用相控方式，功率因数较低。12、简述变频器的作用：答：（ 1）标准 50Hz 电
8、源，用于人造卫星，大型计算机等特殊要求的电源设备，对其频率，电压波形与幅值及电网干扰等参数有很高的精度要求。（2）不间断电源（UPS），平时电网对蓄电池充电，当电网发生故障停电时将蓄电池的直流电逆变成 50Hz 的交流电，对设备作临时供电。（3）中频装置，用于金属熔炼，感应加热及机械零件淬火（4 ）变频调速，用于三相变频器产生频率、电压可调的三相变频电源，对三相感应电动机和同步电动机进行变频调速。13、简述防止误触发常用的措施。答：（1）脉冲变压器初、次级间加静电隔离。（2 ）应尽量避免电感元件靠近控制电路。（3 ）控制极回路导线采用金属屏蔽线，且金属屏蔽应接地。（4）选用触发电流较大的晶闸管
9、。（5）在控制极和阴极间并接一个 0.010.1F 电容器，可以有效的吸收高频干扰。（ 6）在控制极和阴极间加反偏电压。 14、简述逆变失败的原因。答：（一）交流电源方面的原因：（1）电源缺相或一相熔丝熔断。（2）电源突然断电。（3 ）晶闸管快熔烧断。（4 ）电压不稳，波动很大。（二）触发电路的原因：（1）触发脉冲丢失。（2 ）触发脉冲分布不均匀。（3 ）逆变角太小。（三）晶闸管本身的原因。15、简述 PWM 逆变电路的异步调制控制方式的特点。答：在三相逆变电路中当载波比 N 不是 3 的整数倍时，载波与调制信号就存在不同步的调制称为异步三相 PWM 波形，在调制中通常 fc 固定不变，逆变输
10、出电压频率的调节是通过改变 fr 的大小来实现的。特点：（1）控制相对简单。（2 ）在调制信号的半个周期内，输出脉冲的个数不固定，脉冲相位也不固定，正负半周的脉冲不对称，而且半周期前后 1/4 周期的脉冲也不对称，输出的波形就偏离了正弦波。（3）载波比 N 越大，半周期内调制的 PWM 波形脉冲数越多，正负半周不对称和半周内前后 1/4 周期脉冲不对称的影响就越小，输出波形愈接近正弦波。16、简述“分段同步调制”的方法。答：即（1 ）在输出为高频率段时，取较小的载波比，这样载波频率不致过高，能在功率开关器件所允许的频率范围。（2）在输出频率为低频率段时，取较大的载波比，这样载波频率不致过低，谐
11、波频率也较高且幅值也小，也易滤除，从而减小了对异步电动机的不利影响。分析说明题（15 分）1、试以三相全控桥式反并联电路为例，分析 工作制的主电路的工作原理。答：（1）正转。给 I 组和 II 组晶闸管触发信号， I900，即 IIE，不满足逆变条件，二组晶闸管工作在待逆变状态。（2）调速。当需要速度升高时，使 I 减小， II 减小，输出电压增大，电流增大，电磁转矩增大，电动机转速升高，减速时相反。（3 ）停机。第一组晶闸管的触发脉冲移动到大于 900，在移相过程中，电枢电流迅速下降，电感将产生感应电动势，使一组晶闸管继续导通，工作在有源逆变状态，将电感中储存的能量逆变为交流电能回馈电网，称
12、本桥逆变，由于电流下降很快，转速还来不及变化。当电流下降到零时，将第二组晶闸管的触发脉冲移相到 II0，u o0。电流方向为正，此阶段正组整流器工作，反组整流器被封锁。由于 uo 为正，则正组整流器必须工作在整流状态。（4）、第四阶段： io0，u ouc 时，使 T4 导通，负载电压 uo=Ud；当 uruc 时，使 T3 关断，由于电感中的电流不能突变，负载电流将通过当 D4 续流，负载电压 uo=0。这样就得到 uo 的 SPWM 波形，像这样在 ur 的半个周期内三角波只在一个方向变化，所得到的 PWM 波形也只在一个方向变化的控制方式称为单极性 PWM 控制方式。与单极性 PWM 控
13、制方式对应，另一种称为双极性 PWM 控制方式在 ur 的正负半周内，对各晶体管控制规律相同，同样在调制信号ur 和载波信号 uc 的交点时刻控制各开关器件的通断。当 uruc 时，使 T1、T 4 导通，T 2、T 3 关断，此时uo=Ud；当 ur2I IT(AV)2I/1.57=213.95/1.57=17.3A 取 20A2、单相桥式整流电路，U 2=100V，负载中 Rd=4,要求 Id 在 025A 之间变化，求：（1）整流变压器的变比（不考虑裕量）（2 ）连接导线的截面积（取允许电流密度 J=6A/mm2）(3)选择晶闸管型号(4)在不考虑损耗时，选择整流变压器的容量（5）画出输
14、出电压电流波形解：（1）负载上最大输出平均电压为 Udm=IdmRd=254=100V 又因为 Ud=0.9U2(1+cos)/2 当 0 时，Ud 最大，即 Udm=0.9U2，U 2=100/0.9=111V 所以变压器的变比为 K=U1/U2=220/111=2(2)因为 0 时，id 的波形系数为Kf=(22)1/2/4=1.11 所以负载电流有效值为：I=K fId=1.112527.5A 所选导线截面积为：SI/J=27.5/6=4.6mm2，选 BU-70 铜线。（3）考虑到 IT=I/21/2，则晶闸管的额定电流为 IT(AV)IT/1.57=27.5/21/21.57=12.
15、5A,取 30A.晶闸管承受最大电压 UTm=21/2U2=157V，取 400V 选晶闸管型号为KP30-4（4 ）S=U 2I2=U2I=11127.53.08KVA3、单相半波可控整流电路，电阻性负载，要求输出的直流平均电压为 5092V 之间连续可调，最大输出直流平均电流为 30A，直接由交流电网 220V 供电，试求：（1）控制角的可调范围；（2）负载电阻的最大有功功率及最大功率因数；（3）选择晶闸管型号；（4 ）画出输出电压，输出电流及晶闸管承受的电压波形。解：（1） Ud=0.45U2(1+cos)/2，当 Ud=50V 时，代入得 90 0，当 Ud=92V 时，得 30 0
16、的可调范围为：30 090 0。（ 2）当 30 0 时，输出直流电压平均值最大为 92V，这时负载消耗的有功功率也最大，而 R=92/30，Kf=sin2/4+(-)/21/2/0.45(1+cos)/2=1.66，I=1.66I d=50Acos=P/S= sin2/4+(-)/21/2=0.693，P=I 2Rd=7667W(3)因 30 0 时，流过晶闸管的电流有效值最大为 50，I T(AV)=2ITm/1.57=64A取 100A。U Tm=221/2U2=624V，取 700V，即 KP100-74、某电感性负载采用带续流二极管的单相半控桥整流电路，已知：电感线圈的内阻 Rd=5
17、，输入交流电压 U2=220V，控制角 60 0。试求晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值。并画出输出电压，输出电流和晶闸管承受的电压波形。解：U d=0.9U2(1+cos)/2=149V， Id=Ud/Rd=30AIdT=Id(1800-)/3600=10A，I dD=Id/ 10 T=-=1800-1010=790 D=-=1800-1010=2810由于 Ld=2fLd=31.4，故为大电感负载。Id=Ud/Rd=40/2=20AIdT=TId/2=4.4A IT=Id(T /2)1/2=9.4AIdD=DId/2=15.6A ID= Id(D /2)1/2=17.6AUTm=21/
18、2U2=1.414220312V UDm=21/2U2=1.414220312V故：U Tn=(2-3)UTm=624-936V IT(AV)=(1.5-2)IT/1.57=9-12A选择 KP10-7UDn=(2-3)UTm=624-936V IT(AV)=(1.5-2)IT/1.57=16.8-22A 选择 ZP20-711、三相半波可控整流电路，大电感负载， 60 0，已知电感内阻 R=2，电源电压 U2=220V，试计算不接续流二极管与接续流二极管两种情况下的平均电压，平均电流，并选择晶闸管的型号。并画出电压电流波形。解：（1）不接续流二极管时，Ud=1.17U2cos600=128.
19、7V，I d=Ud/R=128.7/2=65.35A，I T=1/31/2Id=37.15AITn=(1.5-2)IT/1.57=35.5-47.3A，取 50AUTn=(2-3)61/2U2=1078-1616V，取 1200V，晶闸管为 KP50-12。（2）接续流二极管时，Ud=0.675U21+cos(300+)=148.5VId=Ud/R=148.5/2=74.25A，I T=Id【(150 0-600)/3600】1/2=37.13AITn=(1.5-2)IT/1.57=35.5-47.3A，取 50AUTn=(2-3)61/2U2=1078-1616V，取 1200V 晶闸管为K
20、P50-12。12、三相半波可控整流电路，含反电动势的大电感负载， 60 0，已知电感内阻 Ra=0.2，电源电压U2=220V，平均电流 Id=40A，试计算不接续流二极管与接续流二极管两种情况下的反电动势 E。并画出电压电流波形。解：（1）不接续流二极管时，U d=1.17U2cos=128.7V，I d=(Ud-E)/Ra=40A，E=120.7V(2)接续流二极管时，Ud=1.17U21+cos(300+)/31/2=148.5V，I d=(Ud-E)/Ra，E=140.5V13、三相半波可控整流电路，大电感负载，60 0，已知电感内阻 R=4，电源电压 U2=220V，试计算不接续流
21、二极管与接续流二极管两种情况下的平均电压，平均电流，并选择晶闸管的型号。并画出电压电流波形。解：（1）不接续流二极管时，Ud=1.17U2cos600=128.7V，I d=Ud/R=128.7/4=32.675A，I T=1/31/2Id=18.575AITn=(1.5-2)IT/1.57=17.75-23.67A，取 30AUTn=(2-3)61/2U2=1078-1616V，取 1200V，晶闸管为 KP30-12。（2 ）接续流二极管时，U d=0.675U21+cos(300+)=148.5VId=Ud/R=148.5/4=37.15A，I T=Id【(150 0-600)/3600
22、】 1/2=18.AITn=(1.5-2)IT/1.57=17.5-23.65A，取 30AUTn=(2-3)61/2U2=1078-1616V，取 1200V 晶闸管为 KP30-12。14、调压范围为 2-15V 的直流电源，采用三相半波可控整流电路带电阻负载，输出电流不小于 130A，求：（1）整流变压器二次侧相电压有效值，（2 ）试计算 9V 时的 角（3）选择晶闸管的型号，（4）计算变压器二次侧的容量。解：（1）因是电阻负载，且 Udmax=15V，可视为 00，U d=1.17U2cos，U 2=15/1.17=12.8V(2)当 300 时，U d=1.17U2cos=12.97
23、V，因此 Ud=9V 时，30 0，故 Ud=1.17U21+cos(300+)/31/2，=57.7 0（3)当 =57.70 时， IT=0.5125U2/Rd，I d=1.17U2/Rd1+cos(300+)/31/2=130A，故IT=0.733Id=95.34A，I T(AV)=IT/1.57=60.72A，U Tm=61/2U2=31.4V 晶闸管型号：KP100-1(4)因为I2=IT，S 2=3I2U2=3*80.4*12.8=3.08KVA。15、已知三相半波可控整流电路电感负载，Ld=0.2H，Rd=2，U2=220V。当 600 时，试求：画出这两种情况的 ud，uT1，iT1 及 iD 波形，计算不接续流管与接续流管两种情况下的负载电流平均值、流过晶闸管的电流平均值和有效值。解：由于 Xd=Ld=3140.262.82，是大电感负载，id 波形可视为平稳的直线。不接续流管 接续流管Ud=1.17U2cos=117V Ud=0.675U21+cos(300+)=135VId=Ud/Rd=117/2=58.5A Id=Ud/Rd=135/2=67.5AIdT=Id/3=58.5/3=19.5A IdT=(1500-)Id/2 =16.9A IT=(1/3)1/2Id=33.5A IT=Id (1500-) /21/2=33.8A
