电力电子技术试卷及答案

电力电子技术试卷及答案
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一、填空题
1、实现有源逆变的条件为控制电压和电流。

2、在由两组反并联变流装置组成的直流电机的四象限运行系统中，两组变流装置分别工作在正组状态、反组状态、正反组状态、反正组状态。

3、在有环流反并联可逆系统中，环流指的是只流经一个逆变器而不流经负载的电流。

为了减小环流，一般采用αβ状态控制方式。

4、有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能后送给负载。

5、给晶闸管阳极加上一定的电压，同时在门极加上足够的电流脉冲，晶闸管才能导通。

6、当负载为大电感负载时，如不加续流二极管时，在电路中出现触发脉冲丢失时会出现失控现象。

7、三相半波可控整流电路，输出到负载的平均电压波形脉动频率为100Hz；而三相全控桥整流电路，输出到负载的平
均电压波形脉动频率为200Hz；这说明三相全控桥整流电路的纹波系数比三相半波可控整流电路要小。

8、造成逆变失败的原因有过电压、过电流、过温度等几种。

9、提高可控整流电路的功率因数的措施有并联电容、谐
振电路、直流侧串联电感和直流侧串联电容等四种。

10、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于保持电流时，如去掉脉冲，晶闸管又会关断。

二、选择题
1、答案为D。

两对晶闸管的触发脉冲应相差120度。

2、答案为B。

当α=60度时，三相半波可控整流电路，在电阻性负载时，输出电压波形处于连续和断续的临界状态。

3、答案为B。

通常在晶闸管触发电路中，若改变控制电
压的大小时，输出脉冲相位会产生移动，达到移相控制的目的。

4、答案为B。

三相半控桥可控整流电路可以实现有源逆变。

5、答案为A。

逆变角βXXX选取在30~35度时，系统工
作才可靠。

三、问答题
1、逆变失败是指逆变电路不能正常地将直流电能转换为
交流电能，或者转换效率很低，无法满足负载的需求。

造成逆变失败的原因有过电压、过电流、过温度等几种。

例如，过电压会导致晶闸管损坏，过电流会导致晶闸管烧毁，过温度会导致晶闸管失效等。

2、为使晶闸管变流装置正常工作，触发电路必须满足以
下要求：1）控制电压必须大于晶闸管的触发电压；2）控制电流必须足够大，以确保晶闸管能够导通；3）控制脉冲的宽度
和相位必须满足电路的要求。

此外，触发电路还需要具有抑制电磁干扰和保护晶闸管的功能。

五、分析、计算题
1、假设一个三相全控桥逆变器的输入电压为220V，输出电压为380V，输出功率为5kW。

求逆变器的效率和功率因数。

解：逆变器的效率η = 输出功率 / 输入功率 = 输出功率 / (√3 × 输入电压 ×输入电流) = 5000 / (√3 × 220 × 22.73) ≈ 0.79逆变器的功率因数PF = 输出有功功率 / 输出视在功率 =
输出有功功率 / (输出电压 ×输出电流) = 5000 / (380 × 13.16) ≈ 0.98
因此，逆变器的效率为0.79，功率因数为0.98.
2、一个三相半波可控整流电路，输入电压为380V，频率为50Hz，负载电阻为10Ω。

若控制角α=30度，求输出电压、输出电流、输出功率和电路的平均功率因数。

解：输出电压Vo = √2 × 输入电压× sin(α) = √2 × 380 × sin(30°) ≈ 220V
输出电流Io = Vo / 负载电阻= 220 / 10 ≈ 22A
输出功率Po = Vo × Io = 220 × 22 ≈ 4840W
电路的平均功率因数PF = 输出有功功率 / 输出视在功率= 输出有功功率 / (输出电压 ×输出电流) = 4840 / (220 × 22) ≈ 0.98
因此，输出电压为220V，输出电流为22A，输出功率为4840W，电路的平均功率因数为0.98.
变压器一次侧电流波形I1，整波二极管管电流IVD，两只晶闸管电流的波形合成电流IVT，如右图所示。

1.电力电子技术通常可分为功率电子技术和信号电子技术两个分支。

2.按驱动电路信号的性质可以将电力电子器件分为电压型器件和电流型器件两类，晶闸管属于其中的电流型器件。

3.晶闸管单相桥式全控整流电路带反电动势负载E时（变压器二次侧电压有效值为U2，忽略主电路各部分的电感），与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称为触发角，数量关系为δ=arccos(E/U2)。

4.三相桥式全控整流电路的触发方式有自耦触发和光耦触发两种，常用的是光耦触发。

5.三相半波可控整流电路按联接方式可分为星形组和三角组两种。

6.在特定场合下，同一套整流电路即可工作在整流状态，又可工作在逆变状态，故简称变流电路。

7.控制角α与逆变角β之间的关系为α+β=π/2.
单选：
1.采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。

2.晶闸管属于全控器件。

3.单相全控桥式整流电路，带阻感负载（L足够大）时的移相范围是120°。

4.对三相全控桥中共阴极组的三个晶闸管来说，正常工作时触发脉冲相位应依次差120度。

5.把交流电变成直流电的是整流电路。

多选：
1.电力电子器件一般具有的特征有：
A。

所能处理电功率的大小是其最重要的参数
B。

一般工作在开关状态
C。

一般需要信息电子电路来控制
D。

不仅讲究散热设计，工作时一般还需接散热器
2.下列电路中，不存在变压器直流磁化问题的有：
A。

单相全控桥整流电路
B。

单相全波可控整流电路
C。

三相全控桥整流电路
D。

三相半波可控整流电路
3.使晶闸管关断的方法有：
A。

给门极施加反压
B。

去掉阳极的正向电压
C。

增大回路阻抗
D。

给阳极施加反压
4.逆变失败的原因有：
A。

触发电路不可靠
B。

晶闸管发生故障
C。

交流电源发生故障
D。

换相裕量角不足
5.变压器漏抗对整流电路的影响有：
A。

输出电压平均值降低
C。

晶闸管的di/dt减小
五．简答（共12分，6分/题）
1.晶闸管的导通条件是加正向阳极电压，同时加上足够的正向门极电压；晶闸管的关断条件是利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流小于维持电流，常采用使阳极电压反向、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。

2.逆变产生的条件是要有直流电动势，其极性须和晶闸管导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压，并要求晶闸管的控制角α>π/2，使Ud为负值。

欲实现有源逆变，只能采用全控电路，半控桥或有续流二极管的电路不能实现有源逆变。

六．计算（共48分，12分/题）
1.整流输出平均电压Ud=0.637U2=140.14V，电流
Id=Ud/R=28.03A，变压器二次电流有效值I2=Id/0.9=31.15A。

考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为Ud/α=2.34kV，额定电流
为Id/0.9=31.15A。

2.输出平均电压Ud=0.637(U2-E)=37.9V，输出平均电流
Id=Ud/R=12.63A，流过晶闸管电流平均值IdVT=Id/π=4.02A，
有效值IVT=IdVT/0.9=4.47A，变压器二次侧电流有效值
I2=IVT√3=7.75A，容量S2=U2I2=775VA。

3.输出平均电压Ud=0.955U2=209.9V，输出平均电流
Id=Ud/R=41.98A，流过晶闸管电流平均值IdVT=Id/π=13.37A，有效值IVT=IdVT/0.9=14.85A，变压器二次侧电流有效值
I2=IVT√3=25.77A，容量S2=U2I2=2835.3VA。

4.当α=90时，Ud=E=30V，Id=(U2-E)/R=23.33A；当
α=120时，Id=0.
此时电路不能工作在有源逆变状态，因为E<U2/2，无法
产生负电压Ud。

二．填空（共15分，1分/空）
1.电力电子器件制造技术变流技术。

2.电流驱动型电压驱动型。

3.停止导电角δ=arcsin(E/2U2)。

4.双脉冲触发、宽脉冲触发、双脉冲触发。

5.共阴极组、共阳极组。

6.整流状态、逆变状态。

7.α+β=π（或β=π-α或α=π-β）。

三．（共10分）
1.B；
2.C；
3.B；
4.C；
5.A。

一、填空（30分）
1、为了减小变流电路的开、关损耗，通常让元件工作在
软开关状态，软开关电路种类很多，但归纳起来可分为两大类。

2、对异步电动机实施变频调速控制，通常的控制方式有
电压源逆变器、电流源逆变器、空间矢量调制逆变器、直接转矩控制等四种。

3、PWM逆变电路的控制方法有脉宽调制法、电平控制法、频率调制法三种。

其中脉宽调制法又可分为基本脉宽调制和三角载波比例调制两种。

四、简答题（20分）
1.请简述电流源逆变器的工作原理。

电流源逆变器是将直流电源转换为交流电源的一种逆变器。

其工作原理是通过将直流电源接入到一个电感和一个电容组成的滤波电路中，使得电流源逆变器的输出电压呈现出类似正弦波的形态。

同时，电流源逆变器还通过控制输出电流的大小和相位来实现对交流电源的控制。

2.请简述PWM逆变电路的优点和缺点。

PWM逆变电路的优点是输出电压的纹波小，输出电压和
频率稳定，输出电压的调节范围大，适用于大功率变频调速系统。

缺点是控制电路复杂，需要高精度的控制电路和高速开关
器件，成本较高。

同时，PWM逆变电路还会产生高频噪声和电磁干扰，需要采取一定的抑制措施。

五、计算题（48分）
1.解:
①因为L足够大，所以Ud=0.9U2cosα=99V
Id=Ud/R=19.8A
②晶闸管正常工作时所承受的峰值电压为2U2，考虑安全裕量，则其额定电压UTN=(2～3)2U2=(2～3)311V
流过晶闸管的电流有效值为IVT=Id/2=14A，考虑安全裕量，则其额定电流IT(AV)=(1.5～2)IVT/1.57=(1.5～2)8.9A
2.解:
因为L足够大，所以Ud=0.9U2cosα=77.94V
Id=(Ud-E)/R=5.98A
IdVT=Id/2=2.99A，IVT=Id/2=4.22A
I2=Id=5.98A，S2=U2I2=598VA
3.解:
因为L足够大，所以Ud=2.34U2cosα=257.4V
Id=Ud/R=51.48A
IdVT=Id/3=17.16A，IVT=Id/3=29.72A
I2=2/3Id（或2IVT）=42.03A，S2=3U2I2=.57VA 4.解:
L足够大，α=90时Ud=1.17U2cosα=0V，Id=(Ud-E)/R=(0-(-30))/1=30A
α=120时，Ud=1.17U2cosα=-58.5V，因为|Ud|>|E|，不满足产生逆变的条件，所以电路不能工作在有源逆变状态。

此时
Id=0.
普通晶闸管的符号为三个电极：阳极A、阴极K和门极G。

它的导通条件是阳极加正电压，阴极接负电压，门极接正
向电压，形成足够的门极电流时晶闸管导通；关断条件是当晶闸管阳极电流小于维持电流IH时，导通的晶闸管会关断。

绝缘栅双极型晶体管的栅极是电力场效应晶体管栅极，由电力晶体管集电极和发射极组合而成。

在电力晶闸管电路中，常用的过电流保护方法包括快速熔断器、电路串电抗器、过流时快速移相、直流快速开关等。

晶闸管的换相重叠角与电路的触发角α、变压器漏抗XB、平均电流Id、电源相电压U2等参数有关。

单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为
6U2（电源相电压为U2）；三相半波可控整流电路中，晶闸
管承受的最大反向电压为2U2.
要使三相全控桥式整流电路正常工作，可以采用两种晶闸管触发方法：一是用大于60度小于120度的宽脉冲触发；二
是用脉冲前沿相差60度的双窄脉冲触发。

带平衡电抗器的双反星形电路中，变压器绕组同时有两相相导电，晶闸管每隔60度换一次流，每只晶闸管导通120度。

变压器同一铁心柱上的两个绕组同名端相反，因此两绕组的电流方向相反，变压器的铁心不会被磁化。

三相桥式全控整流电路由一组共阴极三只晶闸管和一组共阳极的三只晶闸管串联后构成，晶闸管的换相在同一组内的元件进行。

每隔60度换一次相，在电流连续时每只晶闸管导通120度。

要使电路工作正常，必须任何时刻要有两只晶闸管同
时导通，一个是共阴极的，另一个是共阳极的元件，且要求不在同一桥臂上的两个元件。

晶闸管承受正向电压起到导通之间的电角度称为控制角，用α表示。

常见的过电压保护方法包括阻容保护和非线性电阻保护，后者包括压敏电阻和硒堆。

交流零触发开关电路利用过零触发方式来控制晶闸管的导通与关断。

型号为KS100-8的元件是双向晶闸管管，额定电压为
800V，额定电流为100A。

5、在一般可逆电路中，最小逆变角βmin的合理范围是A，即30º-35º。

6、不能实现有源逆变的电路有BCD三种，即三相半波
可控整流电路、三相半控整流桥电路和单相全控桥接续流二极管电路。

7、在有源逆变电路中，逆变角β的最佳移相范围应选B，即35º-90º。

11、变流的功能不包括C，即变压器降压。

12、三相半波可控整流电路的自然换相点是B，即本相相电压与相邻相电压正、负半周的交点处。

13、根据正向阻断重复峰值电压和反向重复峰值电压，该晶闸管的额定电压应为B，即750V。

14、在单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是D，即0º-180º。

15、在单相全控桥整流电路中，两对晶闸管的触发脉冲应依次相差120度。

16、可实现有源逆变的电路为A，即单相全控桥可控整流电路。

17、由晶闸管构成的可逆调速系统中，逆变角βmin选A 时系统工作才可靠，即30~35度。

18、当α=60度时，三相全控桥式整流电路带电阻负载电路，输出负载电压波形处于连续和断续的临界状态。

19、变流装置的功率因数总是小于1.
20、变流器工作在逆变状态时，控制角α必须在90°-150°范围内。

角的移相范围为90°~180°。

在整流电动机状态下，电流从上到下流动，直流输出电压Ud的方向为正下负上，反电势ED的方向为正上负下，电流id的方向为从正极流向负极。

ED的大小一般大于Ud。

在逆变发电机状态下，电流从上到下流动，直流输出电压Ud的方向为负上正下，发电机电势E的方向为负下正上，电流id的方向为从负极流向正极。

Ud的大小一般小于E。

当α与β的最小值均为30度时，控制角α的移向范围为60°~150°。