电力电子技术-模拟试题5-答案

哈尔滨工业大学远程教育学院 2007年秋季学期电力电子技术模拟试题5（开卷，时间：120分钟）（所有答案必须写在答题纸上）一、填空题（42分，每空1分）1.IGBT导通的条件是：集射极间加正电源且u GE大于开启电压U GE(th)。

2. IGBT的输出特性分为三个区域，分别是：阻断区、有源区和饱和区。

IGBT的开关过程，是在阻断区和饱和区之间切换。

3.IGCT由 IGBT 和 GTO 两类器件结合而成的复合器件，目前正在与IGBT等新型器件激烈竞争，试图最终取代 GTO 在大功率场合的位置。

4.将多个电力电子器件封装在一个模块中，称为功率模块。

5.与单管器件相比，功率模块的优点是：可缩小装置体积、减小线路电感。

6.功率集成电路将功率器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上。

7.功率集成电路实现了电能和信息的集成，成为机电一体化的理想接口。

8.按照载流子参与导电的情况,，可将电力电子器件分为:单极型、双极型和复合型三类。

9.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第 1 象限，升压斩波电路能使电动机工作于第 2 象限，电流可逆斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。

10.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第象限。

11.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个降压斩波电路和一个升压斩波电路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个降压斩波电路并联。

12.T型双极式可逆斩波电路需要2个电源供电，功率管承受的反向电压是电源电压的 2 倍。

13.一个开关周期内，双极式桥式可逆斩波电路所输出的负载电压极性交替变化，故称双极式；单极式桥式可逆斩波电路所输出的负载电压极性单一，故称单极式。

14.把直流电变成交流电的电路称为逆变电路，当交流侧有电源时称为有源逆变，当交流侧无电源时称为无源逆变。

15.电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，从大的方面，换流可以分为两类，即外部换流和内部换流，进一步划分，前者又包括电网换流和负载换流两种换流方式，后者包括器件换流和强迫换流两种换流方式。

适用于全控型器件的换流方式是器件换流。

16.逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧是电压源时，称此电路为电压源型逆变电路，当直流侧为电流源时，称此电路为电流源型逆变电路。

17.半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为1/2Ud，全桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为Ud。

18.单相全桥方波型逆变电路，180度导电角的控制方式下，改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现，改变两组开关切换频率可改变输出交流电频率。

为防止同一桥臂的上下两个开关器件同时导通而引起直流侧电源短路，在开关控制上应采取先断后通的措施。

二、简答题（18分，每题2分）1.电力电子器件是如何定义和分类的？同处理信息的电子器件相比，它的特点是什么？答：电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能变换或控制的电子器件。

按照控制程度：不控型器件，半控型器件，全控型器件。

按驱动电路：电流驱动型，电压驱动型。

特点：处理的功率大，器件处于开关状态，需要信息电子电路来控制，需要安装散热片。

2.使晶闸管导通的条件是什么？答：两个条件缺一不可：（1）晶闸管阳极与阴极之间施加正向阳极电压。

（2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。

3.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是流过晶闸管的电流大于维持电流。

欲使之关断，只需将流过晶间管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极电压反向、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。

4.什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。

采用异步调制方式，希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。

载波比N等于常数，使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。

当逆变电路输出频率很低时同步调制的载波频率也很低，过低时由调制带来的谐波不易滤除。

当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率过高，使开关器件难以承受。

分段同步调制优点：在输出频率高的频段采用较低的载波比，以使载波频率不致过高，限制在功率开关器件允许的范围内。

在输出频率低的频段采用较高的载波比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。

5.什么是SPWM波形的规则化采样法？和自然采样法比规则采样法有什么优点？答：规则采样法是取三角波两个正峰值之间为一个采样周期，使每个脉冲的中点都以相应的三角波中点为对称，在三角波的负峰值时刻对正弦信号波采样得到一点，过该点作一水平直线和三角波交与两点，在这两个时刻控制器件通断。

规则采样法生成的SPWM波形与自然采样法接近，优点是计算量大大减少。

6.交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？答：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。

以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断。

改变通态周期数和断态周期数的比，可以方便地调节输出功率的平均值，这种电路称力交流调功电路。

交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。

交流调功电路常用于电炉的温度控制，像电炉温度这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制。

只要以周波数为单位进行控制就足够了。

7.单相交流调压电路带电阻负载和带阻感负载时所产生的谐波有何异同？答：两种负载时所产生的谐波次数均为3、5、7…次，都随着次数增加，谐波含量减少。

但阻感负载时谐波含量要比电阻负载时小一些，而且控制角相同时，随着阻抗角的增加，谐波含量减少。

8.斩控式交流调压电路带电阻负载时输入输出有何特性？答：斩控式交流调压电路带电阻负载时的输入为正弦波的交流电压，输出基波分量和输入电压同相位，位移因数为1。

且输出负载电流及电压不含低次谐波，只含与开关周期T有关的高次谐波。

9.什么是组合变流电路？答：将AC ／DC 、DC ／DC 、AC ／AC 和DC ／AC 囚大类基本的变流电路中的某几种基本的变流电路组合起来，以实现一定的新功能，即构成组合变流电路。

三、计算题（40分，每题10分）1. 设计下图所示的Buck 变换器。

电源电压Vs=220V ，额定负载电流11A ，最小负载电流1.1A ，开关频率20KHz 。

要求输出电压Vo=110V ； 1）L 值和C 值极大时，采用脉宽调制控制方式，求开关T 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T 的电流i T 以及流过二极管D 的电流i D 的波形。

2) 要求最小负载时电感电流不断流，且输出电压纹波小于1%。

计算输出滤波电感L 和电容C 的最小取值。

题图3-2解：1）首先计算变压比：1100.5220o s V M V αα===⇒=0.5*1/0.5/2000025on T T f usα====s)s)i Ti D2.三相桥式全控整流电路，U2=100V ，带电阻电感负载，R=5Ω，L 值极大，当=60°时，要求：①画出ud 、id 和iVT1的波形；②计算Ud 、Id 、IdT和IVT 。

22.34cos 2.34100cos 60117d U U Vα==⨯⨯=11723.45d d U I AR ===17.83dT d I I A==13.53VT d I I A ==解：②3.设计下图所示的单端正激DC/DC 变换器。

输入直流电压Vs=48V ±10%，开关频率fs=100KHz ，额定负载电流1A ，最小负载电流0.1A ，要求输出电压Vo 恒定为12V ，电压纹波小于1%。

N1＝N3时，确定最大占空比，并确定升压比N2/N1的允许范围？2sV OFmax 113/()0.5N N N α=+=解：最大占空比2200011max 120.548*0.5s s s s N N V V V V N N V V ααα=⋅⇒=>==根据输出电压表达式4.单相桥式全控整流电路，U2＝100V ，负载中R ＝2Ω，L 值极大，当α＝30°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 ，变压器二次电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

20.9cos 0.9100cos3078d U U Vα==⨯⨯=39dd U I A R==239d I I A==2141TM U V==解：②③取安全裕量为2，∴额定电压282V。

0.70727.573VT d d I I I A==()17.561.57VTT AV IA==取安全裕量为2，∴额定电流为35.1A 。

b)u i i VT1VT2VT1解：①。