2012年硕士现代电力电子技术试题及答案

1、开关电源研究热点有哪些？并分别加以说明。

2、现代电力电子技术有哪些典型应用？并分别加以说明。

3、简述无线电能传输系统互感谐振耦合基本原理。

4、简述无功功率对电网的影响，分析目前常用的无功补偿装置特点，并对其进行性能比较。

5、从近3年IEEE TRANSACTIONS （IEEE期刊不是会议文献）中选择一篇有关电力电子与电力传动的论文，阅读全文，翻译题目、摘要、引言和结论；根据引言及其参考文献就其所研究课题进行综述分析。

6、结合本单位工作实际或学习、生活中遇到的有关电力电子技术的装置，介绍其系统组成、功能，简述其工作原理及特点。若系统存在问题，给出改进的初步设想或方案。

所谓“级”指的是级别，数字电路量化一般都是有级别的，模拟电路一般都是无级别的，电热毯的无级调温和

电扇的无级调速在这一层上意思一样，用模拟电路控制可控硅的有效导通时间，从而达到控制速度的目的，楼上的说用电阻的方法不可取，因为那样电阻的耗散功率太大了，用可控硅的话效率比较高，相当于PWM

的效果，可控硅处于开关状态，所以采用这种方式，所以可以把它理解成PWM

电扇无极调速的原理：

目前使用可控硅的调整，使用移相触发原理，1用触发二极管结构，2单晶硅结构，3晶体三极管，三种触发方式控制可控硅在交流电的时间t和交变电压u在相应的点就有相应的脉冲交变电压输出。这种控制电路对周围电路干扰大！需用LC滤波为好，由于电路简单造价低被广泛使用，另一种电路为过零触发时间比例方式，电路多位集成方式，造价高!由于输出的是完整的不连续的交变电压对周围电路干扰小。

无级调速一般采用双向晶闸管作为风扇电动机的开关．利用晶闸管的可控特性，通过改变晶闸管的控制角α，使晶闸管输出电压发生改变，达到调节电动机转速的目的。在电源电压每个半周起始部分，双向晶闸管VS 为阻断状态，电源电压通过电位器RP，电阻R向电容C充电，当电容C上的充电电压达到双向触发二极管VD 的触发电压时，VD导通，C通过VD向VS的控制极放电，使VS导通，有电流流过电机绕组。通过调节电位器RP的阻值大小，可调节电容C的充电时间常数，也就调节了双向晶闸管VS的控制角α，RP

越大，控制角α越大，负载电动机M上电压变小，转速变慢

上世纪60年代，开关电源的问世，使其逐步取代了线性稳压电源和SCR相控电源。40多年来，开关电源技术有了飞迅发展和变化，经历了功率半导体器件、高频化和软开关技术、开关电源系统的集成技术三个发展阶段。

功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GTO)发展为MOS型器件(功率MOSFET、IGBT、IGCT等)，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。

自上世纪80年代开始，高频化和软开关技术的开发研究，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。

上世纪90年代中期，集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展，MTD2002它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。

关注点一：功率半导体器件性能

1998年，Infineon公司推出冷MOS管，它采用“超级结”(Super-Junction)结构，故又称超结功率MOSFET。工作电压600V～800V，通态电阻几乎降低了一个数量级，仍保持开关速度快的特点，是一种有发展前途的高频功率半导体器件。

IGBT刚出现时，电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内，耐压水平限于1200V～1700V，经过长时间的探索研究和改进，现在IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A，高压IGBT单片耐压已达到6500V，一般IGBT的工作频率上限为20kHz～40kHz，基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT，可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。

IGBT的技术进展实际上是通态压降，快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同，IGBT在20年历史发展进程中，有以下几种类型：穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。

碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料，其优点是：禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等，有利于制造出耐高温的高频大功率半导体器件。

可以预见，碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。

关注点二：开关电源功率密度

提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话，数字相机等)尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有：

一是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。

二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。

压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。

三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量，必须设法改进电容器的性能，提高能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。

关注点三：高频磁与同步整流技术

电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求：损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注，纳米结晶软磁材料也已开发应用。

高频化以后，为了提高开关电源的效率，必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。

对于低电压、大电流输出的软开关变换器，进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流SR技术，即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管，代替萧特基二极管(SBD)，可降低管压降，从而提高电路效率。

关注点四：分布电源结构

分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站(如图像处理站)、大型数字电子交换系统等的电源，其优点是：可实现DC/DC变换器组件模块化；容易实现N+1功率冗余，提高系统可*性；易于扩增负载容量；可降低48V母线上的电流和电压降；容易做到热分布均匀、便于散热设计；瞬态响应好；可在线更换失效模块等。现在分布电源系统有两种结构类型，一是两级结构，另一种是三级结构。

关注点五：PFC变换器

由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电的电子设备，电网侧(交流输入端)功率因数仅为0.6～0.65。采用PFC(功率因数校正)变换器，网侧功率因数可提高到0.95～0.99，输入电流THD小于