2026年电力电子技术试题及答案

2026年电力电子技术试题及答案一、选择题（每题3分，共15分）1.以下电力电子器件中，属于全控型器件且驱动方式为电压驱动的是：A.晶闸管（SCR）B.电力晶体管（GTR）C.绝缘栅双极晶体管（IGBT）D.门极可关断晶闸管（GTO）2.三相桥式全控整流电路带阻感负载（电感足够大），交流输入线电压为380V，触发角α=30°时，输出直流电压平均值为：A.2.34×380×cos30°B.1.17×380×cos30°C.2.34×(380/√3)×cos30°D.1.17×(380/√3)×cos30°3.以下关于PWM控制技术的描述，错误的是：A.正弦脉宽调制（SPWM）的载波为三角波，调制波为正弦波B.空间矢量脉宽调制（SVPWM）的目标是使逆变器输出电压矢量轨迹接近圆形C.滞环比较PWM控制的动态响应较慢，开关频率不固定D.多电平PWM控制可降低输出电压谐波含量4.Boost变换器工作于连续导电模式（CCM）时，若输入电压为20V，输出电压为40V，则占空比D为：A.0.25B.0.5C.0.75D.0.65.电力电子电路中，换流方式“器件换流”主要应用于：A.晶闸管组成的电路B.全控型器件组成的电路C.负载为容性的电路D.电网电压过零的电路二、填空题（每空2分，共20分）1.电力电子器件按控制特性可分为不可控型、半控型和________型，其中晶闸管属于________型。2.电压型逆变器的直流侧通常并联大电容，输出电压波形为________；电流型逆变器的直流侧串联大电感，输出电流波形为________。3.单相全波整流电路（带中心抽头变压器）与单相全桥整流电路相比，变压器二次侧绕组电流的有效值________（填“更大”“更小”或“相等”）。4.软开关技术通过引入________或________，使器件在开通或关断时电压或电流为零，从而降低开关损耗。5.三相逆变电路采用双极性SPWM控制时，每个桥臂的开关频率为载波频率的________（填“1倍”“2倍”或“1/2倍”）。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述IGBT的结构特点及其工作原理。2.比较单相半波整流电路与单相全波整流电路（全桥）的优缺点（从输出电压、变压器利用率、二极管承受的最大反向电压等方面分析）。3.分析Boost变换器在连续导电模式（CCM）下的工作过程，并推导输出电压与输入电压的关系（假设电感电流连续，忽略器件压降）。四、分析计算题（共35分）1.（15分）三相桥式全控整流电路带阻感负载（电感L足够大，负载电流连续），交流输入线电压U2l=380V，负载电阻R=10Ω，触发角α=60°。（1）画出整流电路的主电路图；（2）计算输出直流电压平均值Ud；（3）计算负载电流平均值Id；（4）计算晶闸管的电流平均值IT(av)和电流有效值IT。2.（20分）Buck变换器输入电压Vin=48V，输出电压Vo=24V，输出电流Io=5A（连续导电模式），开关频率f=50kHz，电感电流纹波ΔIL=0.5A，电容电压纹波ΔVo=0.1V。（1）计算占空比D；（2）计算所需的最小电感值Lmin（保证CCM的临界电感）；（3）计算输出滤波电容C的最小值；（4）若开关管导通压降为1V，二极管导通压降为0.7V，计算变换器的效率（忽略开关损耗和其他损耗）。答案一、选择题1.C（IGBT是电压驱动的全控型器件；GTR是电流驱动，GTO是电流驱动的全控型，SCR是半控型）2.C（三相桥式全控整流电路输出电压平均值Ud=2.34U2φ，其中U2φ为相电压，即380/√3）3.C（滞环比较PWM动态响应快，开关频率不固定）4.B（Boost变换器CCM时Vo=Vin/(1D)，代入得D=0.5）5.B（器件换流利用全控型器件的自关断能力实现换流）二、填空题1.全控；半控2.矩形波；矩形波3.更大（全波整流变压器二次侧每个绕组仅在半周期导通，电流有效值为Id√(1/2)，全桥整流为Id√(1/2)，但全波需中心抽头，绕组电流为全桥的2倍）4.谐振电感；谐振电容（或谐振网络）5.1倍（双极性控制中，每个桥臂在载波周期内开关一次）三、简答题1.IGBT的结构特点：由P型衬底、N漂移区、P基区和N+发射区组成，是BJT（双极型晶体管）和MOSFET（绝缘栅场效应管）的复合器件。工作原理：当栅极加正向电压时，MOSFET的沟道导通，为BJT提供基极电流，使BJT导通；栅极电压为零时，MOSFET沟道关断，BJT因基极电流消失而关断。2.单相半波整流电路：输出电压平均值低（Ud=0.45U2），变压器利用率低（仅半周期工作），二极管承受的最大反向电压为√2U2。单相全桥整流电路：输出电压平均值高（Ud=0.9U2），变压器利用率高（全周期工作），二极管承受的最大反向电压为√2U2（与半波相同）。3.Boost变换器CCM工作过程分两个阶段：（1）开关管导通时，输入电压Vin向电感L充电，电感电流线性上升，二极管截止，电容C向负载放电；（2）开关管关断时，电感L的感应电动势（左负右正）与Vin叠加，通过二极管向电容C充电并向负载供电，电感电流线性下降。推导：稳态时电感电压伏秒平衡，导通时VL=Vin，关断时VL=VinVo（因Vo>Vin），故Vin×D×T=(VoVin)×(1D)×T，整理得Vo=Vin/(1D)。四、分析计算题1.（1）主电路图：三相电源经6只晶闸管组成全桥，负载为R与大电感L串联。（2）Ud=2.34U2φ×cosα=2.34×(380/√3)×cos60°≈2.34×220×0.5≈257.4V（3）Id=Ud/R=257.4/10≈25.74A（4）晶闸管电流平均值IT(av)=Id/3≈8.58A；有效值IT=Id/√3≈14.86A2.（1）D=Vo/Vin=24/48=0.5（2）临界电感Lmin=Vin×D×(1D)/(2×f×Io)=48×0.5×0.5/(2×50000×5)=6×10^5H=60μH（3）电容C≥(D×Io)/(ΔVo×f)=(0.5×5)/(0.1×50000)=5×10^4F=500μF（4）导通损耗：开关管损耗Psw=Io×Vsw×D=5