第1页：填空题答案（1-12）
电力电子技术模拟试题1（开卷，时间：120分钟）（所有答案必须写在答题纸上）
一、填空题
（40分，每空1分）
- 电力电子器件是直接用于主电路电路中，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。
- 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、主电路三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。
- 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：不可控器件、半控型器件、全控型器件。
- 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。
- 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。
- 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。
- 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1KHz以下的整流电路。其反向恢复时间较长，一般在5s以上。
- 快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较长，一般在5s以下。
- 肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。
- 在如下器件：电力二极管（PowerDiode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于不可控器件的是电力二极管，属于半控型器件的是SCR，属于全控型器件的是GTO,GTR,电力MOSFET,IGBT；属于单极型电力电子器件的有电力MOSFET，属于双极型器件的有电力二极管,SCR,GTO,GTR，属于复合型电力电子器件得有IGBT；在可控的器件中，容量最大的是SCR，工作频率最高的是电力MOSFET，属于电压驱动的是电力MOSFET,IGBT，
第2页：填空续与简答答案（1-2）
属于电流驱动的是SCR,GTO,GTR。
- 在正弦波和三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断，这种生成SPWM波形的方法称自然采样法，实际应用中，采用规则采样法来代替上述方法，在计算量大大减小的情况下得到的效果接近真值。
- 正弦波调制的三相PWM逆变电路，在调制度α为最大值1时，直流电压利用率为0.866，采用梯形波作为调制信号，可以有效地提高直流电压利用率，但是会为电路引入低次谐波。
- PWM逆变电路多重化联结方式有变压器方式和电抗器方式，二重化后，谐波地最低频率在2ωc附近。
- 从电路输出的合成方式来看，多重逆变电路有串联多重和并联多重两种方式。电压型逆变电路多用串联多重方式；电流型逆变电路多采用并联多重方式。
- PWM跟踪控制法有滞环比较方式、三角波比较方式和定时比较方式三种方式；三种方式中，高次谐波含量较多的是滞环比较方式，用于对谐波和噪声要求严格的场合的是三角波比较方式。
二、简答题
（16分，每题2分）
- 隔离型Buck变换器在正常工作时为什么要设定最大占空比？解：为了防止变压器磁通饱和。
- 为什么反激式变换器不能在空载下工作？答：在负载为零的极端情况下，由于T导通时储存在变压器电感中的磁能无处消耗，故输出电压将越来越高，损坏电路元件，所以反激式变换器不能在空载下工作。
第3页：简答题答案（3-6）
- 逆变电路多重化的目的是什么？如何实现？串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合？答：逆变电路多重化的目的是为了减少输出电压矩形波中所含的谐波，使之成为接近正弦波的波形。把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来，使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消，就可以得到较为接近正弦波的波形。电压型逆变电路多用串联多重方式，电流型逆变电路多用并联多重方式。
- 多电平逆变电路的优点是什么？适用于什么场合？答：多电平逆变电路输出电压谐波可大大少于两电平逆变电路。多电平逆变电路另一突出优点：每个主开关器件承受电压为直流侧电压的一部分。所以多电平结构多用于高压大功率的逆变电路中。
- 使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？答：1)要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致。其值应大于变流电路直流侧的平均电压。2)要求晶闸管的控制角，使两者必须同时具备才能实现有源逆变。为负值。
- 什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或称为逆变
第4页：简答题答案（6-8）
颠覆。为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。
- 晶闸管的触发电路有哪些要求？答：1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。2触发脉冲应有足够的幅度。3触发脉冲不应超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额。4应有良好的抗干扰性温度稳定性及主电路的电气隔离
- GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？答：GTO对触发脉冲前沿的幅度和陡峭度要求高。且一般需在整个导通器件时加正门极电流。关断时对负脉冲的幅值和陡度要求更高，幅值需达到阳极电流的1/3左右，陡度需达到50A/us,强负脉宽约100us，关断后还应在门阴极时加约5V的负偏压。使GTR开通的基极驱动电流应使其处于准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区。关断GTR时，施加以的负基极电流有利于减少关断时间和关断损耗。关断后同样应在基极射极之间施加一定负值的负偏压，GTR驱动电流的前沿上升时间应小于1us。
第5页：画图题 三相电压型逆变波形
三、画图题
（14分）
- 如题图4-1所示为一个三相桥式电压型逆变电路：当该电路采用输出为方波的180°导电方式时，试画出V1－V6驱动信号的波形以及UUN＇、UUV的波形。
第6页：画图题答案与计算题1
ωtuGE5ωtωtuGE1-uGE40uGE3-uGE60-uGE20uUN’ωt0Ud/2-Ud/2uVN’Ud/20-Ud/2uUVUd0-Ud
四、计算题
（30分，每题10分）
- 晶闸管在单相正弦有效值电压220V时工作,若考虑晶闸管的安全裕量,其电压定额应选多大?解：晶闸管所承受的正、反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值
第7页：计算题1解与计算题2
311V；（注：电压峰值＝1.414*有效值）取晶闸管的安全裕量为2倍，则晶闸管额定电压不低于：2×311V＝622V。
- 下图所示Boost变换器，输入电源电压E=30V，输出电压被控为恒值uo=60V，开关V的频率fs=20kHz，电流Iomax=20A，电流Iomin=2A。1）L值和C值极大时，采用脉宽调制控制方式，求开关V的导通占空比及在1个开关周期中的导通时间。并画出此时流过器件V的电流iV以及流过二极管D的电流iD的波形。2）要求变换器工作时电感电流连续，求最小升压电感L值及输出电压纹波小于1%时的滤波电容C。
第8页：计算题2解与计算题3
解：1）首先计算升压比：
- 设下图中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。
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第9页：计算题3解 脉冲宽度
解：设正弦波幅值为则脉冲幅值为设脉冲宽度为根据面积等效原理：由对称知：
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