26 电力电子技术-模拟试题2－答案.doc

第1页：填空题答案（1-13）

电力电子技术模拟试题2（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）

• GTO的多元结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
• 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。
• GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅,导通时管压降增大。
• GTO最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益,该值一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
• GTR导通的条件是：集电极承受正电压（NPN型）且基极施加驱动电流。
• 在电力电子电路中GTR工作在开关状态,在开关过程中，在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区。
• 电力MOSFET导通的条件是：漏源极间加正电源且在栅源极间加正电压UGS，且大于开启电压。
• 电力MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的截止区、前者的饱和区对应后者的放大区、前者的非饱和区对应后者的放大区。
• 电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数。
• IGBT是由MOSFET和GTR两类器件取长补短结合而成的复合器件
• PWM控制的理论基础是面积等效原理，即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。
• 根据“面积等效原理”，SPWM控制用一组等幅不等宽的脉冲（宽度按正弦规律变化）来等效一个正弦波。
• PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术；直流斩波电路得到的PWM波是等效直流波形，SPWM控制得到的是等效正弦波形。
• PWM波形只在单个极性范围内变化的控制方式称单极性控制方式，PWM波形在正负极性间变化的控制方式称双极性控制方式，三相桥式PWM型逆变电路采用双极性控制方式。

第2页：填空续与简答答案（1-4）

• SPWM波形的控制方法：改变调制信号ur的幅值可改变基波幅值；改变调制信号ur的频率可改变基波频率；
• 得到PWM波形的方法一般有两种，即计算法和调制法，实际中主要采用调制法。
• 根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为同步调制和异步调制。一般为综合两种方法的优点，在低频输出时采用异步调制方法，在高频输出时采用同步调制方法。

二、简答题

（20分，每题2分）

• 什么是电力电子技术？答：电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
• 电能变换电路的有什么特点？机械式开关为什么不适于做电能变换电路中的开关？答：电能变换电路在输入与输出之间将电压、电流、频率、相位、相数中的一相加以变换。电能变换电路中理想开关应满足切换时开关时间为零，使用寿命长，而机械开关不能满足这些要求。
• 电力电子变换电路包括哪几大类？答：交流变直流——整流；直流变交流——逆变；直流变直流——斩波；交流变交流——交流调压、变频。
• 电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没

第3页：简答题答案（4-6）

有反馈二极管？答：电压型逆变电路中反馈二极管是为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道。电流型逆变电路中反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不并联二极管。

• 什么是电流跟踪型PWM变流电路？采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器有何特点？采用三角波比较方式电流跟踪型逆变电路有何特点？答：电流跟踪型PWM变流电路是把希望输出的电流波形作为指令信号，把实际电流波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各功率开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。滞环比较方式的电流跟踪型变流器有何特点：①硬件电路简单；②属于实时控制方式，电流响应快；③不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波分量；④和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐彼含量较多；⑤属于闭环控制。三角波比较方式电流跟踪型逆变电路有何特点：①开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便。②为改善输出电压波形，三角波载波常用三相三角波载波。③和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的谐波少。
• 什么是PWM整流电路？它和相控整流电路的工作原理和性能有何不同？

第4页：简答题答案（6-9）

答：PWM整流电路是把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路中。与相控相比，PWM整流功率因数高，输入电流中的谐波含量少，更接近正弦。

• 交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？答:最高输出频率是电网频率的1/2～1/3，制约输出频率提高的因素是:电压波形的畸变以及由此产生的电流波形的畸变、转矩脉动、电流死区和电流断续。
• IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点？答：IGBT：电压驱动性器件，要求驱动电路具有较小的输出电阻。关断时施加一定幅值的负驱动电压。GTR：开通驱动电流应使其处于准饱和状态。关断时施加负极基电流。GTO：开通触发脉冲的前沿幅值和陡度要高，关断触发脉冲的前沿幅值和陡度要更高。导通期间施加正门极电流，关断后施加一定幅值的负驱动偏压。MOSFET：与IGBT基本相同，只是使其开通的栅源间驱动电压一般10-15V.9.说明电力电子装置中产生过电压和过电流的原因。各举出3种常用的过电压和过电流保护措施，画出它们的配置简图，并说明其工作原理。答：①产生过电压的原因有：操作过电压、雷击过电压、换相过电压和关断过电压。常用的过电压保护措施：阀器件换相过电压抑制用RC电路、阀器件关断过电压抑制用RCD电路、压敏电阻过电压抑制器。②产生过电流原因：电力电子电路运行不正常或发生故障。

第5页：简答答案（9-10）与画图题

常用的过电流保护措施：快速熔断器、直流快速断路器、过电流继电器。快速熔断器作为短路时的部分区段保护、直流快速断路器整定在电力电子电路动作之后实现保护。

• 试画出间接直流变流电路的结构并简述采用这种结构的原因。答：采用这种结构较为复杂的电路来完成直流直流的变换有以下原因：①输出端与输入端需要隔离。②某些应用中需要相互隔离的多路输出。③输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于l。④交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。变压器整流电路滤波器逆变电路变压器整流电路滤波器逆变电路变压器整流电路滤波器直流交流交流脉动直流直流逆变电路间接直流变流电路的结构

三、画图题

（10分）

• 下图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：在题图4-3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。

第6页：画图题答案波形图

ucuruOtug1ug4ug2ug3uoUd-Udttt

四、计算题

（30分，每题10分）

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第7页：计算题（1-2）晶闸管与三相整流

• 流经晶闸管的电流波形如下图所示,其电流最大值为Im。试计算电流波形的平均值、有效值。若取安全裕量为2，问额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流平均值和最大值为多少？
• 三相桥式全控整流电路带电阻负载工作，设交流电压有效值U2＝400V，负载电阻Rd＝10Ω,控制角＝rad,试求：（1）输出电压平均值Ud；（2）输出电流平均值Id。解：

第8页：计算题2解 输出电压与电流

• 桥式可逆斩波电路如题下图所示，电机为正向电动状态。当电机处于低速轻载运行状态（即负载电流较小且正负交变），完成下题：采用双极型控制方式时，画出V1～V4驱动信号的波形，负载上电压和电流的波形；并在此基础上结合电流波形说明在一个周期内的不同区段上负载电流的路径以及在该区段内电机的工作状态。

第9页：计算题3答案 四阶段工作状态

阶段1：电动，V1，V4导通阶段2：L放电，VD1，VD4导通阶段3：反接制动，V2，V3导通阶段4：回馈制动，VD2，VD3导通