山东科技大学 研究生复试 电力电子参考试题

R = 20Ω ，α = 60° 。
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（1）计算输出整流电压与电流平均值。 （2）选择晶闸管电压与电流定额。 （3）绘制电路波形 ud ， id 。 四、论述题（10分） 试述实现有源逆变的条件，并说明有源逆变与无源逆变的异同。 五、分析题（15 分） 画出升压式直流斩波器的电路拓扑，若电子开关采用全控型器件， （1）推导电路的输出电压和输入电压的关系。 （2）说明电子开关的控制方式。 （3）说明电路的优缺点。 一、填空题（每空1分，共15分） 1、维持电流是指室温和门极断开时,元件维持通态所必需的________电流。 2、全控型开关器件：GTR，IGBT，MOSFET中属于电流型驱动的开关管有________，属 于电压型驱动的开关管有 ________、 ________。 3、有源逆变是将________转化为和电网同频率的________的过程。 4、无源逆变是将________转化为负载所需要的________________________。 5、斩波电路电力电子开关的控制方式主要有________、________和 ________。 6、对三相桥式整流电路,要保证晶闸管同时导通可采用以下两种触发方式: ________ 或________触发脉冲。 7、将一个________直流电压变换为________________________直流电压的技术称为直 流斩波技术。 二、简答题（每题5分，共35分） 1、为什么必须限制晶闸管的通态电流临界上升率(di/dt)? 2、什么是IGBT掣住效应？它有什么危害？ 3、简述电力晶体管产生二次击穿的原因。 4、什么是逆变失败？ 如何防止逆变失败？ 5、根据逆变器直流输入端接入滤波器的不同,无源逆变器的基本类型是什么？各有何
分）
(1) 抑制电力电子器件内因过电压，du/dt 或过电流和di/dt， 减少器件的开关损耗。（2.5 分） (2) C限制关断时电压的上升，R限制电流的大小。D利用单向导电性, 关断时起作用。 (2.5分). 2、简述电压型逆变器和电流型逆变器主电路中每一桥臂的结构,并分析二极管的作用。
(1) 电压型逆变器每个桥臂由电子开关和一个反并联的二极管组成， 二极管起续流 作用。 (2.5 分)
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5、MOSFET 具有什么特点？ 6、半控整流电路、带续流二极管的整流回路为什么不能实现有源逆变？ 7、变频器的工作原理是什么？ 8、按电子开关的工作规律分，变频器中逆变器的基本类型是什么？各有何特点？ 二、计算题（15 分） 一阻感负载，ωL》R，电源电压有效值为 220V，采用单相桥式全控整流电路，最小控 制角为αmin = 30° ，要求调压范围为 50V～80V，电压最高时，电流 Id = 10 A 。选择整流 变压器和晶闸管元件定额。 三、计算题（15 分） 三相半波可控整流电路为阻感负载，ωL》R，若变压器次级相电压有效值为 100V， R = 20Ω ，α = 60° 。 （1）计算输出整流电压与电流平均值。 （2）选择晶闸管电压与电流定额。 （3）绘制电路波形 ud ， id ， uVT1 。 四、计算题（15 分） 相控式单相交流调压器的电源电压有效值为 220V,负载为电阻性， R = 10Ω 。求α 分别 为 0， 60° ，120° 时的输出电压和负载电流有效值。 五、分析题（15 分） 画出降压式直流斩波器的电路拓扑，若电子开关采用全控型器件， （1） 推导电路的输出电压和输入电压的关系。 （2） 说明电子开关的控制方式。
考虑安全裕量，Ue = (2 ~ 3) 6U2 = (490 ~ 735) V （2 分）
流过晶闸管的电流的有效值为 IVT =
1 3
Id
=6.8A
则晶闸管的电流定额为
ITa
=
(1.5
~
2) IVT 1.57
=
(6.5
~
8.6)
A。
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（2 分）
可以选用 KP10-8 型晶闸管。（1 分） （3）波形如图。（4 分）
一、填空题（每空1分，共15分） 1、晶闸管导通的条件是________、________。 2、电子器件据其能被控制信号所控制的程度，可分为三大类: ________、 ________、 ________。 3、擎住电流是指晶闸管刚从________转入________, 移除触发信号使元件保持导通所 需最小阳极电流。 4、绝缘栅晶体管(IGBT)是________和________的复合型器件。 5 、根据无源逆变器直流输入端接入滤波器的不同，可分为 ________ 型逆变器和 ________型逆变器,按电子开关的工作规律分，无源逆变器的基本类型为________和 ________。 6、将一个________直流电压变换为________________________直流电压的技术称为直 流斩波技术。 二、简答题（每题5分，共30分） 1、全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RCD缓冲电路各元件的作用？ 2、简述电压型逆变器和电流型逆变器主电路中每一桥臂的结构,并分析二极管的作用。 3、什么叫逆变失败？有何危害？ 4、什么是IGBT擎住效应？它有什么危害？ 5、简要说明锯齿波垂直移相触发电路中，控制电压、偏移电压各有什么作用？ 6、简述电力晶体管产生二次击穿的原因。
（2 分）
5、简要说明锯齿波垂直移相触发电路中，控制电压、偏移电压各有什么作用？（5 分）
(1) 改变控制电压就可以改变触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的。(2.5 分)
(2) 设置偏移电压的目的是确定控制电压的初始相位。(2.5 分)
6、简述电力晶体管产生二次击穿的原因。（5 分）
(1) 当 GTR 的 C、E 极间施加的电压高于晶体管的电压的额定值时，GTR 的电流雪崩
4、什么是 IGBT 掣住效应？它有什么危害？ （5 分） (1) 在额定集电极电流范围内，在 NPN 管的基极与发射极之间的体内短路电阻 Rs 上
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的偏压很小，对 NPN 管无影响。（1 分）
(2) 如果集电极电流大到一定程度，Rs 上压降上升，相当于加一正偏电压，使 NPN 管
VD
L
S
C
1、 （1）输出电压的平均值为：Ud = 0.9U2 cosα =0.9×200×cos600=90 V（2 分）
输出电流的平均值为:
Id
= Ud R
=4.5 A（2 分）
流过晶闸管的电流的平均值为： IdVT
=
Id 2
=2.25 A （2 分）
有效值为:
IVT =
1 2 Id
=3.2 A
（2 分）
id
ud
Id
0
π
2π ωt
0
π
2π
ωt
四、论述题（10 分） 试述实现有源逆变的条件，并说明有源逆变与无源逆变的异同。
实现有源逆变的条件可归纳如下： （1）负载侧要有一个提供直流电能的直流电动势，电动势极性对晶闸管而言为正向电 压，在整流回路交流电源电压为负期间，提供使晶闸管维持导通的条件。(2.5 分) （2）交流装置必须工作在α > π 区间，使变流器输出电压极性为负，才能将直流功率
导通，进而使 NPN、PNP 两晶体管同时处于饱和状态，造成寄生晶闸管开通 IGBT
栅极失去控制作用，这就是所谓的掣住效应。（2 分）
(3) IGBT 一旦发生掣住效应，器件将失控，集电极电流将增大，早成过高的功耗，将
导致器件损坏。另外，它还关系着 IGBT 的安全工作区的大小，在实际应用中是需
要引以重视的问题。
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特点？ 6、解释单相半控桥式电路的自然续流现象和失控现象，怎样避免？ 7、电力电子电路的基本类型有哪几种？ 三、计算题（每题15分，共30分） 1、一阻感负载，ωL >> R ，电源电压有效值为220V，采用单相桥式全控整流电路，最 小控制角为αmin = 30° ，要求调压范围为20V～50V，电压最高时，电流 Id = 10 A 。 （1）选择整流变压器和晶闸管元件定额。 （2）绘制控制角α = 60° 时的电路波形 ud ， id ， uVT1 。 2、三相桥式全控整流电路为阻感负载，ωL >> R ，若变压器次级相电压有效值为 250V， R = 20Ω ，α = 60° 。 （1）计算输出整流电压与电流平均值。 （2）求晶闸管电流的平均值与有效值。 （3）绘制电路波形 ud ， id 。 四、分析题（每题 10 分，共 20 分） 1、画出降压式直流斩波器的电路拓扑，若电子开关采用全控型器件， （1） 推导电路的输出电压和输入电压的关系。 （2） 说明电路的优缺点。 2、画出三相桥式电压型逆变器的主电路拓扑，若电子开关均采用全控型器件,采用 180O 导电型， （1） 说明逆变电路的换流顺序。 （2） 说明逆变电路开关管的导通顺序（每 60o 区间的导通管号）。 一、问答题（每题 5 分，共 40 分） 1、根据开关特性，电力电子器件可以划分为哪几类？说明其特点，并举例说明。 2、非正弦周期电量的平均值和有效值的定义是什么？分别用数学语言来说明。 3、分别说明晶闸管的维持电流 IH 和掣住电流 IL 的定义。 4、为什么必须限制晶闸管的通态电流临界上升率(di/dt)?
(2) 电流型逆变器每个桥臂由电子开关串联一个二极管组成， 二极管确保每一个桥 臂的电流单方向流动。 (2.5 分)
3、什么是逆变失败？ 如何防止逆变失败？ （6 分） (1) 逆变运行时,一旦发生换流失败,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为顺向串联,由于逆变电路内阻很小,形 成很大的短路电流,称为逆变失败。（2 分） (2) 防止逆变失败的方法: 采用精确可靠的触发电路,使用性能良好的晶闸管,保证交 流电流的质量,留出充足的换向裕量角等。（3 分）
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一、说明电路的优缺点。填空题（每空 1 分，共 15 分） 1、正向阳极电压、正向门极触发电流 2、不控型、 半控型、全控型 3、断态 通态 4、GTR(或电力晶体管) MOSFET(或功率场效应管或电力场效应管) 5、电压(或电压源)型 电流(或电流源)型 1800 导电型 1200 导电型 6、不可控 适合于负载要求的可控 二、简答题（每题 5 分，共 30 分） 1、全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RCD缓冲电路各元件的作用？ （5
2 逆变为交流功率反送电网。(2.5 分) （3）为了保证交流装置回路中的电流连续，逆变电路中一定要串联大电抗。(1 分)
有源逆变是把工作在逆变状态的变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变 为同频率的交流电反送到电网去。(2 分)
而无源逆变是把变流器的交流侧不与电网连接，而直接接到负载，把直流电逆变 为某一频率或可调频率的交流电供给负载。(2 分) 五、分析题（15 分） 电路拓扑如图所示。
（2）电路波形如图（7 分）
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ud
0
π
2π
3π
4π
ωt
id Id
0
π
uVT 1
(2.5 分)
2π ωt
(2.5 分)
0
π
2π
ωt (2Fra Baidu bibliotek分)
2、（1）输出整流电压为：Ud = 1.17U2 cosα =58.5V，（2 分）
电流平均值 Id
=
Ud R
=11.7A。（2 分）
（2）在电路工作过程中，晶闸管承受的正、反向电压的最大值为 6U2 =245V
三、计算题（每题15分，共30分）
1、单相桥式全控整流电路为阻感负载，变压器次级电压有效值为 200V，ωL >> R ，
R = 20Ω ，α = 60° 。 （1）求输出整流电压与电流平均值，晶闸管电流平均值与有效值。
（2）绘制电路波形 ud ， id ， uVT1 。
2、三相半波可控整流电路为阻感负载，ωL >> R ，若变压器次级相电压有效值为 100V，
式增加，呈现负阻特性，即出现一次击穿现象。（2 分）
(2) 若 GTR 出现一次击穿后继续增大外加反向电压 uce，反向电流将继续增大，元件将
会吸收足够的能量，其工作状态将以极快的速度移向负阻区，形成 二次击穿，结果是
在纳秒或微秒时间内器件永久性损坏。（3 分） 三、计算题（每题 15 分，共 30 分）