电力电子技术试卷资料

电力电子技术试题判断题TOC\o"1-5"\h\z7、有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。 （）13、变流装置其功率因数的高低与电路负载阻抗的性质，无直接关系。 （）17、变频调速装置是属于无源逆变的范畴。 （）18、有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。 （）24、电压型逆变电路，为了反馈感性负载上的无功能量，必须在电力开关器件上反并联反馈二极管。 （）26、三相桥式全控整流电路，输出电压波形的脉动频率是150H石 （）29、 提高电力电子装置的工作频率，可以使电力电子装置的体积和重量减小。（）30、无源逆变电路，是把直流电能逆变成交流电能，送给电网， （）32、无源逆变指的是不需要逆变电源的逆变电路。 （）33、直流斩波电路只能实现降低输出直流电压的作用 （）46、变频器总是把直流电能变换成50Hz交流电能。 （）53、有源逆变电路是把直流电能变换成50Hz交流电能送回交流电网。 （）一、 填空题1、 GTO的全称是，图形符号为；GTR的全称是，图形符号为；P-MOSFET的全称是，图形符号为；IGBT的全称是，图形符号为。33、门极可关断品闸管、大功率晶体管、功率场效应管、绝缘门极晶体管。2、GTO的关断是靠门极加出现门极来实现的。33、 负信号、反向电流。3、大功率晶体管简称，通常指耗散功率以上的晶体管。34、 GTR、1W。4、功率场效应管是一种性能优良的电子器件，缺点是和。35、 电流不够大、耐压不够高。二、 判断题对的用”表示、错的用X表示（每小题1分、共10分）TOC\o"1-5"\h\z2、工作温度升高，会导致GTR的寿命减短。 （”）3、使用大功率晶体管时，必须要注意“二次击穿”问题。 （”）5、电力品体管的外部电极也是：集电极、基极和发射极。 （”）6、实际使用电力品体管时，必须要有电压电流缓冲保护措施。 （”）8、电力场效应晶体管属于电流型控制元件。 （X）9、 绝缘栅双极型品体管具有电力场效应晶体管和电力品体管的优点。（”）三、 单项选择题把正确答案的番号填在括号内（每小题1分，共10分）4、 能采用快速熔断器作为过电流保护的半导体器件是（）。A、GTOB、GTR C、IGBT。5、 比较而言，下列半导体器件中开关速度最快的是（）、最慢的是（）。A、GTO B、GTRC、MOSFET6、下列半导体器件中属于电流型控制器件的是。 （A）A、GTR B、MOSFETC、、IGBT。四、问答题（每小题6分，共计24分）6、绝缘门极晶体管的特点有哪些？答：绝缘门极晶体管具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好、驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等特点。五、识图、作图题（10分）1、读出下列图形符号的名称并标出管脚符号。2、画出下列半导体器件的图形符号并标明管脚代号。①普通品闸管；②单结品体管；③逆导品闸管；④可关断品闸管；⑤功率晶体管;⑥功率场效应晶体管；⑦绝缘门极晶体管；⑧双向二极管；⑨双向品闸管；⑩程控单结品体管。2、 PWM逆变电路的常用控制方法有两种，一是计算法；二是调制法。其中调制法又可分为两种，一是异步调制法；二是同步调制法。通常异步调制法是保持载波频率不变，信号频率根据需要而改变时，载波比是变化的。优点是：信号频率较低时载波比较大，一周期内脉冲数较多，输出较接近正弦波。缺点是：正负半周脉冲数不相等，对称性差。因此，希望采用较高的载波频率，以克服在信号频率较高时仍能保持较大的载波比。同步调制时，保持载波比为常数，并在变频时使载波和信号波保持同步变化。优点是：信号波一周内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的，对称性好。缺点是：当逆变频率较低时，载波频率也很低，造成调制谐波不易滤除；逆变频率较高时，调制载波频率也过高，使开关器件的开关频率过高而难以承受。1.3开关型电力电子变换有哪四种基本类型？答：有如下四种电力变换电路或电力变换器，如图所示：（1） 交流（A.C）一直流（D.C）整流电路或整流器；（2） 直流（D.C）一交流（A.C）逆变电路或逆变器；（3） 直流（D.C）一直流（D.C）电压变换电路，又叫直流斩波电路、直流斩波器；（4） 交流（A.C）—交流（A.C）电压和/或频率变换电路：仅改变电压的称为交流电压变换器或交流斩波器，频率、电压均改变的称为直接变频器。1.5开关型电力电子变换器有那些基本特性？答：（1） 变换器的核心是一组开关电路，开关电路输出端电压和开关电路输入端电流都不可能是理想的直流或无畸变的正弦基波交流，含有高次谐波。（2） 要改善变换电路的输出电压和输入电流的波形，可以在其输出、输入端附加LC滤波电路；但是最有效方法是采用高频PWM控制技术。（3） 电力电子变换器工作时，开关器件不断进行周期性通、断状态的依序转换，为使输出电压接近理想的直流或正弦交流，一般应对称地安排一个周期中不同的开关状态及持续时间。因此对其工作特性的常用分析方法或工具是：开关周期平均值（状态空间平均法）和傅立叶级数。3.2脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM的优缺点是什么？答:脉冲宽度凋制方式「删，保持耳不变（开关频率不变）,改变乌调"输出电压F.,脉冲频率调制方式保持上不变，改变开关频率或周期调控输实际应用中广泛采用F啊方式“凶为采用定PO升关时，输出电压中谐良的频率固定，滤波器设计容易,开关过程所产生电磁干扰容易控制」此外由控制系统荻得可变脉宽信号比获得W变.频率信号容易实现是杵谐振软.开美变换器中为了保证谐振过程的完成.采用PFM控制较容易实现。33Buck变换器中电感电流的脉动和输出电压的脉动与哪些因数有关，试从物理上给以解释.答■[1感111流II勺脉动〕I，与电感AlL、开关频率•f、输入电H、输出电尸;％—输出电压的脉动量与电磨量上、电容量6开卖频率尤、输扁电压匕有制电感鼠£、电容最（7越大其滤波效果越好，而开美频率£越高，滤波屯感的交流阻抗3£就很大，它对直流电压的阻抗基本为0,同时滤场电容的交流阻抗%&很小。

3.1图3.2(a).3.5(a)电路稳态时在-•个开关周期中，电感电流的增量瑚项、电感［的磁通增量是否为零，为什么？电容仁的电流平均值为零，电容广端电庶的增量是否为零，为什么？答；电路姓于稳态II寸，在-个开美周期内电感电流的增量刈=气同时电感E的磁通增墙』史=。，因为如果•个周期内电感的磁通增那么电感上的磁通将无法复位，也即电感上的能屋不断累积，最终将达到饱和，其至烧毁电感，所以稳态工作时应使一个开美周期内电感£的磁通增量4^=0°电容。的电流平均值为5那么电容仁端电压的增鼠也为0,因为稳态时一个周期内电容上的充电电荷等于放电电荷，即电容上电荷增量刁。=0,旭电容端电压增量山「=当，故电容。端电EE的增屋也为(:"l^=IO-3OV1l^=IO-3OV1r tVr=£用故3.5Buck变换器中电流临界连续是什么意思？当负载电压％、电流孔一定时在什么条件下可以避免电感电流断流？答：Buck变换器中电感电流临界连续是指处于电感电流连续和电感电流断流两种工况的临界点的一匚作状态，这时在开关管阻断期结束时，电感电流刚好降为零。当负载电压％、电流％-定时增大屯感屈［和提高开关频率厅都W以避免电感电流断流： '3.6开关电路实现直流升压变换的基本原理是什么？答：为了获得高于电源电压片 &札,的直流输出电r+"「J二也心压财-个简单HT54ru而有效的办法 —―是在变换器开关管前端插入一个电感如右图所示，在开关管T关断时，利用图中电感线圈』在其电流减小时所产生的反电势攻(在电感电流减小时，%=-切方,为正值),将此电瞰反电势印与电源电压％串联相加送至负载,则负我就或获得尚「电源电压4的直流电压匕，从而实现直流•升压变换。3,7Boost变换器为什么不宜在占空比。接近1的情况下工作？答：因为在Boost变换器中，•升关管导因时,电源与负载脱离,其能量为部储存在电感中，当开关管美断口寸，能量才从电感中释放到负载』如果占空比三接近于1，那么开美接近于全导通状态，儿乎没有美断■寸间，那么电感在开关管导通期间储存的能屈没有时间释放，将造成电感饱利，口至烧毁。因此Boost换器不宜在占空比心接近1的情况下工作”同时，从此。就变换器在电感电流连续「况时的变压比表达式也=1心-功也W以看出，当占空比刀接近1时，变施比肱接近于.无究大，这显然4实际不符，将造成电路无法正常工作。

4.2图4.2(a)和4.3(a)中的二极管起什么作用，在一个周期中二极管和晶体管导电时间由什么因素决定，在什么情况下可以不用二极管D,纯感性负载时，负载电流为什么是三角形。务TT务TT图"单相桥式逆变电路及电压、电流彼形图43单相半析逆变电路及电压旭流波形答：图中二极管起续流利箝位作用，在一个周期中二极管利晶体管导电时间由二极管盟动信号和负载电流《的方向共同决定，在纯阻性负载时可以不用二极管队上也=1，纯电感负载时， 由七在期间，对于全桥逆变电路有%=匕，X寸半-桥电路匕i,线性上升：在期间，个桥电路褊=-《，半桥TT々二一匕也，L线性下降；故也流^是三角波口如果右都是300矶半桥和令桥电路断态时开关器件两端最高电压都是么即300V。4.4正弦脉宽调制$P微的基本原理是什么？载波比N、电压调制系数N1的定义是什么？改变高频载波电压幅值^-和频率儿为什么能改变逆变器交流输出基波电压匕的大小和基波频率£?答：北弦脉宽调制SFWM的基本原理是冲量等效原理：大小、波形不相同的窄变星作用于惯性系统时，1!要其冲机即变至对时间的积分相等，其作用效果基本相同-如果将正弦波周期分成多个较小的。寸间段，使PWM屯压波在每-时间段都与该段的正弦电压冲景相等「则不连续的按正弦规律改变宽度的多段波电床就等效「正弦电压。载波比N定义为二角载波频率£和正弦调制波频率兀之比：N=X/A:电玉调制系数M是正弦调制波幅值乙和二角波幅值吃之比改变调制比虬即可成比例的调控输出电压的基波大小.乂因为h=L,所以改变调制波频率Z,即可调控输出电压的基波频率兀5-2三相桥式不控整流任何瞬间均有两个二极管导电，整流电压的瞬时值与.三相交流相电压、线电压瞬时值有什么关系？答：共阴连接的泠二极管中，［相交流相电压瞬时值最正的那一相自然导通,把最正的相电压接到负载的一端；共阳连接的二个二极管中，三相交流相电压瞬时值最负的那一相门然导通，把域负的相电压接到负载的另一端，因此，仃:何时刻负载得到的整流旭氐瞬时值是线电压的最大瞬时伯.。7.4有光耦隔离的驱动器优、缺点是什么？答：有光耦隔高的醐动器两侧的电磁干扰小，但光情器件需要承受主电路的高压,有时还需要增加额外的电源和脉冲电流放大器。7,5并联缓冲器和串联缓冲器功能是什么？线路杂散电感或串联缓冲电感在开关电器开通、关断过程中起什么作用？答：并联缓冲器的作用是延缓关断过程中开关管电压的上升速度和限制其数值。串联缓冲器的作用屋使升美傍电在开关关断过程中缓慢卜JK减小了美断时的dv/dt,血旦改善了K断时的开艾轨迹，确保开美器件的安全运行°线路杂散电感上可以使开关管开通时两端屯压*减小，改善开通特性，弁可减小开通时的所以有时乂人为地甲联一个数值不大的缓冲电感右.但是较大的串联缓冲电感在关断过程中又会引起母较多的超过丹，为此可在右:两端并联二极管以:和电阻阻尼电路，抑制关断过程中二极管的过lUko7.7输入滤波器（电源侧滤波器），输出滤波器（负载侧滤波器）的主要功能是什么？其滤波效果与哪些因素有关，为什么？答；电力电「升美电路的输入电流，在直流电源供电时不可能是平直的直流电流而含有交流谐波电流,在交流电源供电时不可能是正弦电流而含有高次谐波电流『因此，输入滤波器的主破功能就是史抑制电力电子变换电路输入电流中的谐波电流流入供电电源,改善供电电源的供电质量,电力电子开关电路输出的直流电压不可能是平直的直流电压，输出的交流电压也不可能是正弦交流电压，输出滤波器的功能就是将开关电路输山邙流电压中的交流分虻滤除，只将平点的白流平均伯，电压输给负载，或将开美电路输出交流电压中的谐波电压沌除，只将.正弦基波电压供给负载，所以，输出滤波器的主要功能就是改善电力电广变换寄输出到负载上的供电电压质量。滤波效果与滤波器的电感值.电容值和谐波的阶次有美＜■电容电抗与频率成反比，并联在电路中滤除高频谐波；电感阻抗为频率成正比，串联在电路中滤除高频谐波.六、民六为膏见电力电于如沆电路，域•说明百六L北电峰可迸和那典金振;M分别说叫工祥原珥并啻出柏反校制血揄出电压渡型【网会】第1章电力电子器件电力电子器件一般工作在—开关—状态。在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为—通态损耗__,而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为—开关损耗__。电力电子器件组成的系统，一般由—控制电路_、_驱动电路_、_主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路_。电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导