电力电子技术期末考试卷和答案

2009—2010学年第一学期期末考试卷

课程名称 电力电子技术 试卷编号 A 考试方式 闭卷 满分分值 100分 考试时间 120分钟

1. 将直流电变为交流电称为逆变。当交流侧接在电网上,即交流侧接有电源时, 称为 ;当交流侧直接和负载相连时,称为 。 2. PWM逆变电路根据直流侧电源性质的不同,也可分为 和 两种。目前实际应用的PWM逆变电路几乎都是 电路。

3. 三相桥式全控整流电路,若整流变压器副边电压u2tV,带反电动

势阻感负载,30,则整流输出平均电压Ud= 。

4. 按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度,可以将电力电子器件

分为以下三类: 、 和 。

5.电力半导体器件由于承受过电压、过电流的能力太差,所以其控制电路必须

设有 和 保护电路。

6. 晶闸管导通的条件有二:一是 ,

二是 。

7. 电力电子器件驱动电路的任务是将

。 驱动电路还要提供 。 8. 若晶闸管电流的有效值是314A,则其额定电流为 A。若该晶闸管 阴、阳极间所加电压为100sintV,则其额定电压应为。(不考 虑晶闸管电流、电压的安全裕量。)

9. 电力变换通常可分为四大类,即交流变直流、 、 和 。

10. 电子技术包括 和 两大分支。 11. 在电压型逆变电路的PWM控制中,同一相上下两个桥臂的驱动信号是 的。但实际上为了防止上下两个桥臂直通而造成短路,在上

下两臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的 。 12. 在三相全控桥整流电路中,触发脉冲可采用 触发与

二、单项选择题(每小题2分,共10分)

13. 下列电力半导体器件中,( )最适合用在小功率、高开关频率的电力电

子电路中。

a. 晶闸管 b. GTR c. 电力MOSFET d. IGBT

14. 三相桥式全控整流电路带大电感负载,则电路中晶闸管的触发角的移相范

围是( )。

a. 1800 b. 1500 c. 1200 d. 900

15. 有两组三相半波可控整流电路,一组是共阳极接法,一组是共阴极接法,

如果它们的触发角都是,那么共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉 冲对同一相来说,在相位上相差( )。 a. 900 b.1800 c.1500 d. 1200

16. 对于晶闸管可控整流电路,无论其工作在整流状态还是有源逆变状态,其

换流方式都属于( )。

a. 器件换流 b. 电网换流 c. 负载换流 d. 强迫换流 17. 下列电力电子器件中,属于电压控制型器件的是( ) a. GTO b. GTR c.晶闸管 d. IGBT

三、问答题(每小题6分,共24分)

18. 全控型器件的缓冲电路的作用是什么?试分析图1中RCD缓冲电路中各元件的作用。

图1

19. 使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么?

20. 什么是PWM控制?简述PWM控制的基本原理。

21. 什么是电压型逆变电路?有什么特点?

四、计算题(每小题10分,共30分)

22. 单相桥式全控整流电路如图2,U2100V,负载中R2,L值极大,

当60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和变压器二次电流有效值I2。

23.一单相交流调压电路,电源为工频220V,电阻性负载,R=5Ω,延迟角=300。试求:①负载电压有效值U0;②负载电流有效值I0;③电源侧的功率因数。

24. 在图3的升压斩波电路中,已知E=50V,L值和C值极大,R10,采用脉宽调制控制方式,当T=40s,ton15s时,计算输出电压平均值Uo和输出电流平均值Io。

图3

五、波形分析题(10分)

25. 在图4所示三相半波整流电路中,如果b相的触发脉冲消失,试绘出在电阻

负载和阻感负载下整流电压ud的波形(300)。

图4

2009—2010学年第一学期期末考试卷答案

课程名称 电力电子技术 试卷编号 A 专业 电气

一、 填空题(每空1分,共25分)

1.有源逆变 无源逆变 2.电压型 电流型 3.117

4.半控型器件 不控型器件 全控型器件 5.过电压保护 过电流保护 6.有正向阳极电压 门极有足够大的触发电流 7.按控制目标的要求施加开通或关断的信号,对半控型器件提供开通控制信号,对全控型器件则既要提供开通控制信号,又要提供关断控制信号。提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节

8. 200A 100V 9. 直流变交流 交流变交流 直流变直流

10. 信息电子技术 电力电子技术 11. 互补 死区时间 12. 双窄脉冲 单宽脉冲

二、单项选择题(每小题2分,共10分) 13. c 14. d 15. b 16. b 17. d 三、问答题(每小题5分,共25分)

18. 缓冲电路的作用是抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt,减小器件的 开关损耗。(3分)

RCD缓冲电路中各元件的作用是:开通时,Cs经Rs放电,Rs起到限制放电电流的作用;关断时,负载电流经VDs从Cs分流,使du/dt减小,抑制过电压。(2分)

19. 使变流器工作于有源逆变状态的条件有二:一是有直流电动势,其极性和晶闸

管导通方向一致,其值大于变流器直流侧平均电压(3分);二是晶闸管的控制角 >π/2,使Ud为负值(2分)。

20. 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的波形(含形状和幅值)。(1分)

采样控制理论中有一条重要的理论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,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。把正弦分成N等分,就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列组成的波形。这些脉冲宽度相等,都等于π/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相等,就得到PWM波形。各

PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等等效原理,PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周,也可以用相同的方法得到PWM波形。可见,所得到的PWM波形和期望得到的正弦波是等效的。(3分)

21. 直流侧电源为电压源的逆变电路称为电压型逆变电路。(2分) 电压型逆变电路的特点如下:

(1) 直流侧为电压源或并联大电容,直流侧电压基本无脉动。(1分) (2) 输出电压为矩形波,输出电流因负载阻抗不同而不同。(1分) (3) 阻感负载时需提供无功功率,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,逆变桥各臂并联反馈二极管。(1分)

22. 在电力电子电路中,在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件,构成辅助换流网络(2分),在开关过程前后引入谐振(1分),开关开通前电压先降为零,或关断前电流先降为零,消除电压、电流的重叠。可降低甚至消除开关损耗和开关噪声。这样的电路称为软开关电路。具有这样开关过程的开关称软开关(1分)。 四、计算题(每小题10分,共30分) 22 解:①ud、id、和i2的波形如下图:

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=0.9 U2 cosα=0.9×100×cos60°=45(V)

Id=Ud /R=45/2=22.5(A)

I2=Id =22.5(A)

③晶闸管承受的最大反向电压为:

2U2=1002=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∕2=15.91(A)

晶闸管的额定电流为:

IN=(1.5~2)×15.91∕1.57=15.2~20.27(A)

具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 23 解

负载电压有效值U0

U0220*0.9855=216.81(V) 负载电流有效值I0

U0216.81= =43.362(A) R5

电源侧的功率因数为 I0



PU0I0U0=0.9855 SU1I0U124 解

输出电压平均值Uo

U0

T40

E50=80(V)

Tt0n4015

输出电流平均值Io

U080= =8(A) R10

五、波形分析题(10分)

I0


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