22 电力电子技术考试指导.docx

第1页：填空题（1-16）器件与变换基础

一、填空题

• 电力电子技术是使用（电力电子）器件对电能进行（变换和控制）的技术。
• 电能变换的含义是在输入与输出之间，将（电压）、（电流）、（频率（含直流））、（相位）、（相数）中的一项以上加以改变。
• 电力变换的四大类型是：（交流变直流）、（直流变交流）、（直流变直流）、（交流变交流）。
• 电力电子器件是直接用于（主）电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
• 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担（电能的变换或控制任务）的电路。
• 处理信息的电子器件一般工作于放大状态，而电力电子器件一般工作在（开关）状态。
• 电力电子器件组成的系统，一般由（控制电路）、（驱动电路）、（保护电路）、（主电路）四部分组成。
• 缓冲电路又称吸收电路，用于抑制器件在开关过程中产生的过电压和（du/dt）、过电流和（di/dt），减小器件的（开关）损耗。
• 在功率变换电路中，为了尽量提高电能变换的效率，所以器件只能工作在（开关）状态，这样才能降低（变换过程中的电能损耗）。
• 电力电子器件按照其控制通断的能力可分为三类，即:（不控型）、（半控型）、（全控型）。
• 电力电子技术的研究内容包括两大分支：（电力电子器件制造）技术和（半导体变流）技术。
• 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：（半控型）、（全控型）和（不控型）。
• 按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：（电流驱动型）和（电压驱动型）。
• GTO的开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极（施加负的脉冲电流）使其关断。
• GTR导通的条件是：（uCE0）且（iB0）。
• 驱动电路要实现控制电路与主电路之间的电气隔离，其中光隔离一般采用（光1

第2页：填空题（17-23）器件导通条件

耦合器）。

• 半导体变流技术包括用电力电子器件构成（电力变换）电路和对其进行控制的技术，以及构成（电力电子）装置和（电力电子）系统的技术。
• 电力电子技术是应用在（电力变换）领域的电子技术。
• 电力电子技术是一门由（电子学）、（电力学）、（控制理论）三个学科交叉形成的新的边缘技术学科。
• 电力MOSFET导通的条件是：（uDS0）且（uGS0）。开关时间的大致范围是：（数十ns～数百ns）。
• IGBT是由（GTR）和（MOSFET）两类器件取长补短结合而成的复合器件。
• IGBT导通的条件是：（uCE0）且（uGE0）。
• 晶闸管串联时，给每只晶闸管并联相同阻值的电阻R是（静态均压）措施，给每只晶闸管并联RC支路是（动态均压）措施。2

第3页：选择题（1-4）器件类型辨识

二、选择题

• 在电力电子器件中属于全控器件的是B，C，D，E属于电压驱动的是D,E,属于电流驱动的是B,C。A.SCRB.GTOC.GTRD.P.MOSFETE.IGBT
• 图1是D的典型驱动电路？A.SCRB.GTOC.GTRD.P.MOSFETF.电力二极管图
• 在全控电力电子器件中容量最大的是B,工作频率最高的是D,属于复合器件的是E,A.SCRB.GTOC.GTRD.P.MOSFETE.IGBT
• 图1是A的典型驱动电路？A.SCRB.GTOC.GTRD.P.MOSFETF.电力二极管3

第4页：选择题（5-6）与驱动电路图

图

• 在电力电子器件中属于不可控器件的是F，属于半控型器件的是A，A.SCRB.GTOC.GTRD.P.MOSFETE.IGBTF.电力二极管VD1AVVS0V
• 图1是C的典型驱动电路？A.SCRB.GTOC.GTRD.P.MOSFET+15V+10VV1VD2VD3VD4V3V2V4V6R1R2R3R4R5C1V5C2图14

第5页：简答题（1-4）换流重叠与有源逆变

GTO

三、简答题

• 画出下面电力电子器件的电气符号：GTO，GTRAGKGTR
• 何为二极管整流器换流重叠现象，产生换流重叠现象的原因是什么？答：换流过程中，两个二极管同时导通的现象称为换流重叠。产生此现象的原因是电源测电感Ls的存在，使换流不能瞬间完成。
• 什么是有源逆变？简述有源逆变产生的条件。答：交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时的逆变（DC→AC）叫有源逆变。有源逆变产生的必要条件为：①直流侧有一个电势源；②变流器输出电压Vd＜0（即α＞900）
• 在SPWM控制技术中，什么是异步调制？什么是同步调制？两者相比较各有何优、缺点？1ff答：同步调制：三角波与控制信号保持同步关系，即mfs为常数。异步调制：三角波频率保持不变，不随控制信号的频率变化。比较：①同步调制优点是：输出SPWM波形对称，谐波含量少。缺点是：低频时输出电压的谐波频率也较低，不易滤除；控制信号频率较高时，三角波频率会过5

第6页：简答题（5-7）开关电源与高频化

高，使开关器件难以承受。②异步调制优点是：三角波频率固定，使器件开关频率固定。且低频时输出脉冲数量多，谐波含量少。缺点是：载波比是变化的，且往往不是整数，使输出SPWM波形不对称。

• 从效率、体积、电路复杂程度和EMI等几个方面，比较直流开关电源与直流线性电源各自的优缺点，并分析为什么开关电源的体积小、效率高？答：开关电源：效率高，体积小，结构复杂，电磁干扰大。线性电源：效率较低，体积大，结构较简单，电磁干扰小。开关电源采用高频隔离变压器，与工频变压器相比，体积大大减小；开关电源的功率器件工作于开关状态，损耗小，所以效率高。
• 电力电子装置高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器的体积和重量？为什么提高开关频率可以减小变压器的体积和重量？高频化之后带来的问题是什么？答：高频化使滤波器、变压器体积和重量减小，使电力电子设备小型化，轻量化。提高开关频率可提高剪切频率，减少电容和电感的值，使滤波器体积和重量均减小。提高开关频率可减少变压器匝数和铁心尺寸，使隔离变压器体积和重量均减小。高频化之后带来的问题：开关损耗增加，电磁干扰增大。
• 画出下面电力电子器件的电气符号：电力二极管，晶闸管电力二极管晶闸管6

第7页：简答题（7-12）整流与变频调速

• 什么是半波整流器？什么是全波整流器？答：交流输入电流极性不变的整流器，称半波整流器。交流输入电流极性正负交变的整流器，称全波整流器。
• 什么是变流器的相位控制方式？答：通过控制器件导通的时刻（相位）来改变输出功率（电压、电流）的控制方式。
• 简述有源逆变与无源逆变的区别，电压源型逆变器与电流源型逆变器的区别。答：有源逆变：交流侧接电网的逆变。无源逆变：交流侧接负载的逆变。电压源型逆变器：逆变器的直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。电流源型逆变器：逆变器的直流侧串有大电感，相当于电流源。
• 关于感应电动机的变频调速，回答下列问题：1什么是变频调速？2什么是直接变频电路？什么是间接变频电路？3什么是VSI变频器，什么是CSI变频器？说明CSI变频器的主要应用场合。答：1通过改变施加在定子上的交流电压的频率，改变交流电机转速方式称为变频调速。2把电网频率的交流电直接变成可调频率的交流电的变流电路，为直接变频电路，又称交交变频器。先把交流变换成直流，再把直流逆变成可变频率交流的变流电路，为间接变频电路。3VSI是电压源逆变器；CSI是电流源逆变器，主要应用于极高功率水平的场合。
• 结合图2说明：有、无RCD缓冲电路时，IGBT器件关断时分别应按照那条电压电流线（工作点轨迹）转移？标出转移的方向，并说明理由。

第8页：简答题（12-15）缓冲电路与UPS

ADCBuCEiCO图213.画出下面电力电子器件的电气符号：P.MOSFET，IGBTIGBTP.MOSFETCGE

• 为什么随着触发角α的增加，晶闸管整流器的功率因数会降低？答：由晶闸管整流器功率因数公式PFvcos，可知，随着α的增加，晶闸管整流器的功率因数会降低。
• 什么是UPS？举例说明UPS适用于什么类型的负载，并结合图2简述其工作原理。答：有RCD缓冲时，沿A→D→C变化，无RCD缓冲时沿A→B→C变化。区别在于，缓冲电路使关断时电压上升缓慢。8关断时，电流下降，电压上升，所以工作点从A转移到C。

第9页：简答题（15-16）UPS原理与驱动电路

图2答：UPS指不间断（交流）电源。在电网停电时，可持续为负载提供交流电源，在电网受干扰时，仍可提供稳定交流电源。UPS适用于对供电品质有很高要求的负载，如重要系统中的计算机，医疗设备等。工作原理：在电网正常时，由整流器给逆变器提供直流电源，并为电池组充电；在电网停电时，由电池组为逆变器提供直流电源，逆变器输出电压经滤波后为负载提供稳定标准的正弦电源。

• 电力电子器件驱动电路的作用是什么？为什么驱动电路对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义？答：作用：按控制目标的要求，向电力电子器件器件施加开通或关断的驱动信号。重要意义在于：它是主电路与控制电路之间的接口，用来控制器件通断，实现控制电路与主电路隔离，一些保护措施也往往在驱动电路内。9

第10页：计算题（1-3）整流斩波与调功

四、作图题、计算题

• 单相桥式晶闸管变流电路如图3所示，交流电源电压有效值Vs=100V，负载中rd=2Ω，Ld值极大，反电势Ed=60V，假定Ls＝0。当=30°时，求整流输出平均电压Vd、平均电流Id。图3ds解：V0.9Vcos0.91000.86678V9AVdEddIR
• 在图4所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当Ts=40μs，ton=25μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，输入电源的电流平均值Iin。图
• 交流调功电路如图5所示，电源u1为工频220V，负载电阻R＝5Ω，电感L＝0。控制方式为晶闸管导通20个电周期，关断40个电周期。试计算负载平均功率Po。图5解：P0R3.2KW2040U220·Ts解：Dton0.62511DE133.3VoU0R20IU0133.36.67A1101DinoI17.78AI

第11页：计算题（4）双极性SPWM波形

• 图6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7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。图6ucuruOtug1ug4ug2ug3uoUd-Udttt图711

第12页：计算题（5-6）整流与斩波波形

tO

• 图2为简化的单相晶闸管变流电路（Ls=0），交流电源电压有效值为Vs，负载为电阻Rd。试在图3基础上，画出α＝90º时，变流电路中输出电压vd，输出电流id的波形。vs-vsvdid90°t图2图
• 在图4所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大（表示电感电流连续平直），EM=30V，Ts=50μs,ton=20μs。画出如下波形：输出电压uo，器件V上电流iv。图412

第13页：计算题（7-8）开关频率与移相范围

• 单相全桥逆变器如图5所示，双极性SPWM控制方式。输出交流电基波频率为30Hz，载波比为101，求此时功率器件的开关频率？图5解：mf1sf1ffsfmf101303030Hz
• 图6为单相交流调压电路，电源u1为工频220V，负载电阻R＝0.5Ω，电感L＝2mh。计算控制角α的移相范围。图6解：计算控制角α的移相范围；阻抗角arctan(L/R)arctan(2502mH)51.500.5移相范围是：51.5018013

第14页：计算题（9-10）波形与斩波计算

• 图3为简化的单相晶闸管变流电路（Ls=0），交流电源电压有效值为Vs，负载电流为Id。试在图4基础上，画出α＝45º时，变流电路中输出电压vd，晶闸管T1中电流iT1的波形：图3图410.在图5所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大（表示电感电流连续平直），EM=30V，Ts=50μs,ton=20μs。计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，输入电源的电流平均值Iin。图5sT50o解：Dton200.4，UD•E0.420080Vo14RIUoEM5AIinD•Io2A

第15页：计算题（11）交流调压波形

• 图7为单相交流调压电路，电源u1为工频220V，负载电阻R＝5Ω，电感L＝0。设VT1和VT2的控制角为α1＝α2＝π/3。在一个相同的交流电周期内，相位对应地画出下列波形：负载电压uo，晶闸管VT2电流iVT2图715