华工电力电子试题答案.pdf

电力电子电力电子技术技术试卷试卷第第 1 1 页页 共共 1010 页页 诚信应考诚信应考,考试作弊将带来严重后果！考试作弊将带来严重后果！ 华南理工大学期末考试华南理工大学期末考试 电力电子技术基础试卷电力电子技术基础试卷 注意事项：注意事项：1. 1. 考前请将密封线内各项信息填写清楚；考前请将密封线内各项信息填写清楚； 2. 2. 所有答案请直接答在试卷上所有答案请直接答在试卷上( (或答题纸上或答题纸上) )； 3 3考试形式：闭卷；考试形式：闭卷； 4. 4. 本试卷共五大题，满分本试卷共五大题，满分 100100 分，分， 考试时间考试时间 120120 分钟分钟。 题题 号号 一一 二二 三三 四四 五五 总分总分 得得 分分 评卷人评卷人 一、一、 单项选择题（单项选择题（将正确答案填在题干后面的括号内，将正确答案填在题干后面的括号内，共共 10 分）分） 1、普通二极管和快速（快恢复）二极管在开关频率上的不同，主要是体现在哪 个参数上的差异：( ) A.开通时间 B.反向恢复时间 C.关断时间 D.反向电流延迟时间 2、晶闸管被触发从断态转入通态就除去触发信号，能维持通态所需要的最小阳 极电流称为： ( ) A.通态平均电流 B.浪涌电流 C.维持电流 D.擎住电流 3、 电压型逆变器中间直流环节贮能元件是( ) A.电容 B.电感 C.电阻 D.电动机 4、不可不可在第一和第四象限工作的变流电路 是( ) A.三相半波可控整流电路 B.单相桥式全控整流电路 C.三相桥式半控整流电路 D.矩阵式变频电路 5、为了保护电力电子装置，需要在装置中加上必要的过流保护措施，以下选项 中不是不是常用的过流保护措施有( ) A、快速熔断器 B、过电流继电器 C、集射极电压识别电路 D、RC 吸收电路 6、 若 SPWM 逆变器的输出频率变化范围很宽，PWM 波的调制方式应采用( ) A、异步调制 B 、同步调制 C、分段同步调制 D、分段异步调制 7、电流型逆变器输出电流波形是( ) A、三角波 B、正弦波 C、矩形波 D、梯形波 8、单相半控桥式整流大电感负载电路中，为了避免出现一个晶闸管一直导通， 另两个整流二极管交替换相导通的失控现象发生， 采取的措施是在负载两端并联 一个 ( ) A、电容 B、电感 C、电阻 D、二极管 9、电压型三相桥式逆变电路，当采用纵向换流时，每个开关管一个周期导通多 少度 ( ) _ _ 电力电子电力电子技术技术试卷试卷第第 2 2 页页 共共 1010 页页 A、60 B、120 C、180 D、240 10、以下的换流方式，哪个不是不是晶闸管的换流方式 ( ) A、电源换流 B、负载换流 C、强迫换流 D、器件换流 二二 、判断题（正确打，错误打，共、判断题（正确打，错误打，共 10 分）分） 11、GTR 一次击穿后，若集电极电流不超过与最大允许耗散功率相对应的限制， GTR 不会损坏。 ( ) 12、电力 MOSFET 一般工作在开关状态，即在截止区和饱和区之间来回转换。 ( ) 13、对于 IGBT，如果集电极电流过大，栅极将失去对集电极电流的控制作用， 这种现象称为动态擎住效应。 ( ) 14、三相全控整流电路输出电压是电源相电压的一部分。( ) 15、 可控整流电路， 当控制角增大时， 功率因数也随之增大。 ( ) 16、凡是负载电流波形超前负载电压即容性负载都可以实现负载换流。 ( ) 17、 交流调功电路和相控交流调压电路的电路形式完全相同， 只是控制方式不同。 ( ) 18、 逆变电路的多重化除了用于调压外，另一个主要的目的是消除输出的高次谐 波。 ( ) 19、 交交变频电路可运行于整流和逆变状态，用于电动机调速可以很容易实现四 象限运行。 ( ) 20、由三角波和正弦波的自然交点产生 SPWM 波形，这种方法称为规则采样法。 ( ) 三、三、 填空题（共填空题（共 24 分，每空分，每空 1.5 分）分） 21、图 1 所示为晶闸管的串联电路，晶闸管串联时 要采用 措施，图 1 中的两个 RP的作用是 ；两个 R、C 串联的作用 是 。 22、 图 2 所示为 电路， 若输入电压为 10V，开关 S 的开关周期为 10mS，一个周期导通时 间为 5 mS，在电流连续、理想的工作情况下，输出 电压为 V。 （图 1） R C R C VT1 VT2 RP RP 电力电子电力电子技术技术试卷试卷第第 3 3 页页 共共 1010 页页 M 电网电网 12 L Em 23、 逆变失败是指工作于逆变状 态的变流器，由于某种原因，出 现了输出平均电压和直流电动 势 的状态，而变 流器内阻很小， 于是产生很大的 短路电流； 造成逆变失败的原因 有： 、 （图 2） 。 （任意写 2 种） 24、晶闸管导通的 2 个条件是： （1） 、 （2） 。 25、 如图 3 所示， 为 IGBT 的缓冲电路， 电路中， LS、 VD 的作用是 缓 冲，RS、VDS、CS的作用是 缓冲。 26、图 4 为两组变流器反并联的可逆线路，工作于正转逆变状态，1 组（正组） 变流器工作于 状态，2 组（反组）变流器工作于 状态， 并在图上标明电动机及反电动势极性，电流 Id的方向，电能传输方向（由变流 器指向电动机或反之） 。 （图 3） （图 4） 四、四、 计算题（共计算题（共 32 分）分） 27、三相半波有源逆变电路，反电动势阻感负载，已知 U2100V，R=1 ,L=， EM = -150V, =30,，求直流侧平均电压和平均电流、晶闸管电压定额（考虑 2 倍冗余） 、电流定额（考虑 2 倍冗余） 、此时送回电网的平均功率是多少。 （共 12 分） （cos17. 1 2 UUd） R UiUo L S D C Vd VD Ls VDs IGBT RL . . . . . Rs Cs 电力电子电力电子技术技术试卷试卷第第 4 4 页页 共共 1010 页页 28、三相桥式全控整流电路，如图 5 所示，反电动势阻感负载，E200V，R=1 ，L 值极大，输入相电压的有效值为 220V， =60，在（1）漏感 LB0 时， 求出直流侧 Ud、Id、 （2）漏感 LB1mH 时，求出直流侧 Ud、Id、换流重叠角 。 （3） 在图 5 中画出考虑漏感时考虑漏感时，输出电压、输出电流和 VT1 电流的波形（共 20 分） (cos34. 2 2 UUd, d B d I X U 3 , 2 6 2 )cos(cos U IX dB ) （图 5） 五、五、 分析题（共分析题（共 24 分）分） 29、图 6 为交直交单相桥式电压型逆变电路， （1）根据给出的 4 个 IGBT 栅极信 号波形，画出稳态时负载电压 uo波形、负载电流 io波形； （2）结合波形分析电 v u w T id ud VT1VT3VT5 VT4VT6VT2 LB LB LB ud uuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuw Ot id ivt1 t t L R E 电力电子电力电子技术技术试卷试卷第第 5 5 页页 共共 1010 页页 路工作过程。 （14 分） 30、图 7 所示，为一个晶闸管和四个二极管组成的单相桥式交流调压电路，电阻 为 1 欧姆，根据输入电压和驱动信号波形，画出输出电压波形、通过二极管 VD1 的电流波形，并分析电路的工作原理。 （10 分） （图 6） 2 t 1G u 2 t t t 4G u 2G u 3G u O u O i 电力电子电力电子技术技术试卷试卷第第 6 6 页页 共共 1010 页页 VD1VD3 VD4 VD2 VT R uo ui 0t1 2 t t t t ui ug uo iVd1 0 0 0 （图 7） 电力电子电力电子技术技术试卷试卷第第 7 7 页页 共共 1010 页页 M 电网电网 12 L Em 电能 Id 06060707 学年学年 电力电子技术基础电力电子技术基础 A A 卷参考答案卷参考答案 一选择题（每题一分） 1. B 2. D 3. A 4. C 5. D 6. C 7. C 8. D 9. B 10. D 二判断题（每题一分） 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 三填空题（每空 1.5 分） 21均压，静态均压，动态均压 22升压斩波，20 23顺向串联，触发电路工作不可靠、晶闸管发生故障、交流电源缺相或者突然消失、 逆变角过小（任选其二） 24阳极阴极之间加有正向电压，门极阴极之间加正向电压和电流（触发脉冲） 25开通 (或者 电流 或者 抑止 di/dt)，关断(或者 电压 或者 抑止 du/dt) 26停止/封锁，逆变 (图 3 分) 四计算题 27解：VUUd32.101cos17. 1 2 (2 分) A R EU I Md d 68.48 1 )150(32.101 (2 分) 晶闸管承受的最大正反向电压为线电压峰值 )3(2 2 U244.95V (2 分) 所以，晶闸管的电压定额为 489.90V (1 分) 流过晶闸管的电流有效值为 A I I d VT 11.28 3 (2 分) 晶闸管的电流定额为 A I I VT AVT 80.35 57. 1 2 )( (1 分) 送回电网的平均功率是 WIUIERIP dddMd 26.4932 2 (2 分) 电力电子电力电子技术技术试卷试卷第第 8 8 页页 共共 1010 页页 28、 （1）漏感为 0 时 输出平均电压为 VUUd4 .25760cos22034. 2cos34. 2 2 （1 分） 输出平均电流为 A R EU I Md d 4 .57 1 2004 .257 （2 分） （2）漏感为 1mH 时 直流电压平衡方程为 Mddd ERIUU （2分） 其中 Ud 为不考虑漏感时的输出电压，由前面结果可知为 257.4V， 漏感上的电压 dBd IXU 3 （1 分） 由以上 2 式可以得出 AId15.44 （2 分） VIU dd 25.133 . 0 （2 分） 所以，此时直流侧平均电压为 VERIUU Mddd 15.244 （1 分） 换流重叠角计算公式为 051. 0 6 2 )cos(cos 2 U XI Bd （1 分） 所以， 换流重叠角 32. 3 （2 分） （三个图 得分依次为 3 分、1 分、2 分） ud uuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuw Ot id ivt1 Id Id Id t t 电力电子电力电子技术技术试卷试卷第第 9 9 页页 共共 1010 页页 五分析说明题 29开关器件 4, 1 V与 3 , 2 V的栅极信号在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，二者互补。 （1 分） （1）第一阶段 在 1 tt 时， 1 V 4 V导通，此时负载电流为零。当 1 tt 时，负载电流按指数规律上升。 电流方向如图中 21 tt段，此阶段输出电压为 do UU 。 （2 分） （2）第二阶段 在 2 tt 时， 1 V 4 V关断，同时给 2 V 3 V栅极信号，但感性负载中的电流不能立刻改变方 向，于是 2 VD、 3 VD导通，电流继续按原方向流动，将电感电能向电源回馈，而 2 V 3 V承受 反压不能导通。此阶段直到 3 tt 时，电流0)( 3 tio，此时 2 VD、 3 VD关断。此阶段输出 电压为 do UU。 （2 分） （3）第三阶段 在 3 tt 时， 2 V 3 V导通， do UU，电流方向相反，变换规律与第一阶段相同，时 间延后半个周期， 2 13 T tt。 （2 分） （4）第四阶段 在 4 tt 时， 2 V 3 V栅极信号为零而关断， 1 VD、 4 VD在负载电感电势作用下而导通， 1 V 4 V不能导通。此时 do UU ，电流反向，变换规律与第二阶段相同，时间延后半个周期。 （2 分） 总之，负载电压为方波，与 1 V、 4 V和 2 V 3 V的栅极信号变换一致。电流为两端指数衰减 曲线构成的正负半波对称的交流。 （1 分） 电力电子电力电子技术技术试卷试卷第第 1010 页页 共共 1010 页页 4, 1GE U 2 t 0 4 t t 3 , 2GE U 2 t 0 4 t t d U 0 o u d U 2 t 4 t 0 2 V 3 V o i 2 t 4 tt 2 D 3 D 1 D 4 D 1 t 3 t 1 V 4 V t （此图 4 分，每个波形 2 分） 0t1 2 t t t t ui ug uo iVd1 0 0 0 （此图 4 分，每个波形 2 分） 30、此电路为交流调压电路 （1）当输入电压为正半波期间，VD1、VT、VD2 串联回路承受正向电压，晶闸管具备导通 的第一个条件；在 t1 时刻，给晶闸管触发脉冲，晶闸管又具备了导通的第二个条件，因此， 从 t1 时刻开始，晶闸管导通，电流经过 VD1、VT、VD2、R 形成回路，负载上边的电压即 为输入电压。此时，通过晶闸管的电流、通过 VD1、