2025年大学（自动化）电力电子技术进阶阶段测试题及解析

2025年大学（自动化）电力电子技术进阶阶段测试题及解析

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共30分）本卷共10题，每题3分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.以下哪种电力电子器件属于全控型器件？（）A.晶闸管B.二极管C.绝缘栅双极型晶体管（IGBT）D.电力二极管答案：C2.单相桥式全控整流电路，当控制角α增大时，输出直流电压平均值Ud（）A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小答案：B3.三相半波可控整流电路，变压器次级相电压有效值为U2，控制角α=0°时，整流输出电压平均值Ud为（）A.1.17U2B.2.34U2C.0.9U2D.1.35U2答案：A4.逆变电路中，当晶闸管换相重叠角γ增大时，输出直流电压平均值Ud（）A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小答案：B5.降压斩波电路中，已知电源电压Ud=100V，导通比D=0.5，则输出电压平均值Uo为（）A.50VB.100VC.200VD.25V答案：A6.升压斩波电路中，已知电源电压Ud=50V，输出电压平均值Uo=100V，则导通比D为（）A.0.25B.0.5C.0.75D.0.8答案：B7.下列哪种电路不是直流-直流变换电路？（）A.降压斩波电路B.升压斩波电路C.单相桥式全控整流电路D.升降压斩波电路答案：C8.电力电子电路中，为了防止器件因过电压而损坏，通常采用的保护措施是（）A.过电流保护B.过电压保护C.短路保护D.过载保护答案：B9.晶闸管的额定电流是用（）来表示的。A.有效值B.平均值C.最大值D.瞬时值答案：B10.绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的开关速度（）晶闸管。A.高于B.低于C.等于D.远低于答案：A第II卷（非选择题，共70分）二、填空题（每题2分共10分）1.电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，它包括电力电子器件、电力电子电路和______三个部分。答案：电力电子系统2.晶闸管的导通条件是______和______。答案：阳极加正向电压；门极加正向触发脉冲3.三相桥式全控整流电路，当控制角α=60°时，整流输出电压平均值Ud为______。答案：2.34U2cos60°=1.17U24.逆变电路可分为有源逆变和______逆变。答案：无源5.软开关技术主要包括零电压开关和______。答案：零电流开关三、简答题（每题10分共30分）1.简述电力电子器件的分类，并举例说明。答案：电力电子器件可分为以下几类：-不可控器件：如电力二极管，其导通和关断完全由外加电压决定，不能通过控制信号控制其通断。-半控型器件：如晶闸管，通过门极信号可以控制其导通，但不能控制其关断，关断需依靠外部电路条件。-全控型器件：如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、电力场效应晶体管（MOSFET）等，通过控制信号既能控制其导通，又能控制其关断。2.分析单相桥式全控整流电路在阻感负载时的工作原理。答案：在单相桥式全控整流电路阻感负载时，晶闸管在电源电压正半周时承受正向电压，当触发脉冲到来时导通，电流通过负载和电感。电感对电流变化有阻碍作用，使电流不能突变。在电源电压负半周时，晶闸管承受反向电压而关断。负载电流在电感作用下继续流通，通过续流二极管续流。通过控制晶闸管的触发角，可以调节输出直流电压的大小。3.说明有源逆变的工作条件及应用场合。答案：有源逆变的工作条件：-要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。-变流器必须工作在β<90°（α>90°）区域，使Ud为负值。应用场合：主要用于直流电动机的可逆调速系统、绕线式异步电动机的串级调速以及高压直流输电等领域。四、分析计算题（每题10分共20分）1.有一单相桥式全控整流电路，接在220V的交流电源上，负载为电阻性负载，R=10Ω，要求输出直流电压平均值Ud=150V，试求控制角α，并计算晶闸管电流的平均值IT(AV)和有效值IT。答案：-首先根据单相桥式全控整流电路输出直流电压平均值公式Ud=0.9U2cosα，已知U=220V，则U2=220V，Ud=150V，可得：150=0.9×220×cosαcosα=150÷(0.9×220)≈0.758α≈40.7°-负载电流平均值Id(AV)=Ud/R=150÷10=15A晶闸管电流平均值IT(AV)=Id(AV)/2=15÷2=7.5A晶闸管电流有效值IT=Id/√2=15÷√2≈10.6A2.已知降压斩波电路，电源电压Ud=12V，负载电阻R=4Ω，L很大，C=1000μF，采用脉宽调制控制方式，TON=500μs，TOFF=1000μs，求输出电压平均值Uo、输出电流平均值Io以及输出电流的最大纹波系数γ。答案：-导通比D=TON/(TON+TOFF)=500÷(500+1000)=1/3输出电压平均值Uo=Ud/(1-D)=12÷(1-1/3)=18V-输出电流平均值Io=Uo/R=18÷4=4.5A-输出电流的最大纹波系数γ=(TON/2L)×(Ud/2f)×(1-D)/D，其中f=1/(TON+TOFF)=1/(500+1000)×10^-6=10^kHz，L很大可忽略电感电流纹波，γ=(TON/2L)×(Ud/2f)×(1-D)/D≈0.167五、综合应用题（10分）某直流电动机调速系统采用晶闸管-直流电动机调速系统，已知电动机额定电压Un=220V，额定电流In=40A，电枢电阻Ra=0.5Ω，要求调速范围D=10，静差率s=5%。1.计算该调速系统允许的最低转速nmin。2.若采用三相桥式全控整流电路供电，求当α=30°时，电动机的电枢电压Ud。3.说明该调速系统是如何实现调速的。答案：1.首先计算额定转速nN=60f/p（假设极对数p已知），根据调速范围D=nN/nmin，可得nmin=nN/D。静差率s=(n0-nN)/n0（n0为理想空载转速），则n0=nN/(1-s)。已知s=5%，则n0=nN/(1-0.05)=20nN/19。所以nmin=nN/D=nN/(-10)（这里假设调速是降速），又因为n0=20nN/19，可推出nmin=19n0/200。具体数值需结合f和p计算得出。2.对于三相桥式全控整流电路，Ud=2.34U2cosα，已知U2=220V，α=30°，则U