中国矿业大学2019-2020学年第2学期电力电子技术线

中国矿业大学（北京）2019-2020学年第2学期本科线上考核

一、填空题（每空1分，共20分）

1、1974年，美国学者W.Newell博士用倒三角形描述了电力电子学由_______、_______、和_______三个学科交叉形成。

2、电力MOSFET和IGBT属于_______型器件，电力MOSFET和肖特基二极管属于_______型器件。

I，则其平均值为，有效值为。

3、若正弦半波电流波形峰值为

m

4、将三组晶闸管三相全控桥式整流电路构成串联三重联接，带阻感负载，该电路为______脉波整流电路、其交流测电流含有_______次谐波、直流侧输出电压含有_______次谐波。

5、隔离型DC-DC变换电路中，_______变换电路必须有使磁芯复位的去磁电路，_______变换电路输出端不应工作在空载状态。

U，则负载相电压的基波幅6、三相电压型逆变电路采用六阶梯波控制，直流侧电压等于d

值等于_______，负载相电压的波形不含有_______次数的谐波。

7、晶闸管单相交流调压电路带阻感负载，当触发角固定时，随着负载阻抗角的变小，导通角会随之_______。

8、三相逆变电路采用SPWM调制，在调制度 为最大值1时，直流电压利用率为。

9、在非正弦电路中，功率因数通常表示为两项的乘积，其中一项称为_______因数；另一项称为_______因数。

10、图1所示为锯齿波同步移相触发电路实验中锯齿波触发电路图，则触发脉冲的宽度由图中_______元件和_______元件的参数决定。

图1

二、问答题（每题6分，共24分）

1、宽禁带半导体材料的禁带宽度通常为多少？目前已研制成功的基于SiC 和GaN 材料的电力电子器件有哪些？当前电力电子技术领域中的研究热点有哪些？（至少写出3项研究热点）（6分）

2、单相串联二重联结整流电路接阻感（大电感）负载如图2所示。已知1R =Ω，45α=o

，

2100u t V π=（）。回答：1）输出电压d u 的平均值d U 等于多少，负载电流平

均值d I 等于多少；2）画出输出电压d u 和交流输入电流i 的波形；（3）当α在全移相范围变化时，d U 的最大值和最小值分别等于多少。（6分）

R

u d

图2

3、单端正激直流变换器输入电压为i U ，变压器原边绕组匝数N 1，以及副边绕组匝数N 2已定，要求功率开关管承受的最高电压不超过2.5i U ，回答：1）去磁绕组匝数N 3应如何取值？2）为保证变压器磁芯可靠复位，若N 3按满足条件的最小值取值，此时导通占空比D 的最大容许取值是多少？（6分）

4、已知电压参考矢量V*如图3所示位于D 扇区，按照SVPWM 算法， 1）问：应当用那几个矢量去合成该电压参考矢量，2）为了满足最小开关损耗，这几个矢量应采用什么样的作用序列，画出对应的三相脉宽调制电压波形。（6分）

Reference voltage

V 4(011)

V 0(000)

V 7(111)

图3

三、综合题（共56分）

1、三相桥式晶闸管变流器工作于有源逆变工作状态如图4所示，整流变压器次级相电压有效值2110U V =，交流测漏感1B L mH =，直流回路中电动势290E V =-，2R =Ω，

L R ω>>，控制角=150αo ，=100ωπ。求：1）不考虑换相过程影响和考虑换相过程影响

时，变流电路直流侧电压d u 平均值d U ，平均电流d I 和回馈电网的平均功率，并求电路换相重叠角γ。2）建立图4所示电路的仿真模型，给出不考虑换相过程影响和考虑换相过程影响时，变流电路直流侧电压d u ，电流d i ，变压器二次侧相电流2i 的波形。3）分别给出考虑换相过程影响时，由于三相电源缺相或逆变角过小而造成逆变失败时的变流电路直流侧电压d u 的波形。（22分）

图4

2、在如图5所示的降压斩波电路中，36E V =，018U V =，6L R =Ω,开关频率

20s f kHz =，1）计算导通占空比α，导通时间on t ，2）如果要求电感电流波动的峰-峰值L

I ∆

等于负载电流0I 的20%，计算电感L 的数值，电感电流的最大值和最小值， 3）如果此时要求输出电压的纹波00/U U ∆小于1%，问电容C 应取多大数值。4）电感L 的数值保持计算出的数值不变，问电阻L R 增大到什么数值时，电感电流将变为不连续，5）电阻6L R =Ω保持不变，问电感L 减小到什么数值时，电感电流将变为不连续，6）建立图5所示电路的仿真模型，给出电感电流连续和不连续时电感电流和直流输出电压波形，验证问题2）3）4）5)理论分析的正确性（根据波形给出相应的解释说明）。（22分）

E

U

图5

3、

在如图6所示的单相桥式PWM 整流电路中，已知电网电压

) s u t V π=，滤波电感5L mH =，稳压电容2200C F μ=，直流侧电阻

50o R =Ω。忽略功率变换中的损耗，在保证输入电流s i 实现正弦化和输出电压稳定在400dc U V =的前提下，求：1）当单相桥式PWM 整流电路工作于单位位移功率因数工况时，

输入电流s i 的基波有效值s I 和s i 的基波表达式；2）当单相桥式PWM 整流电路工作于输入电流s i 的基波滞后电网电压s u 60︒

工况时，输入电流s i 的基波有效值s I 和s i 的基波表达式；3）使用间接或直接电流控制，建立图6所示电路的仿真模型，给出输入电流s i 和输出电压dc U 的仿真波形，验证问题1）2）理论分析的正确性（根据波形给出相应的解释说明，若控制方案中使用载波调制PWM ，可将载波频率设为10s f kHz =）。（12分）

u s

U dc

R o

图6