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电力电子考试题

华南农业大学期末考试试卷(A 卷)

一、 填空题(每题2分,10题共20分)

1. 通常取晶闸管的断态重复峰值电压 UDRM 和反向重复峰值电压 URRM 中 较小的

标值作为该器件的额定电压。选用时,额定电压要留有一点裕量,一般取额定电压为正常工作时的晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。

2. 晶闸管额定电流为100A ,通过半波交流电时,电流的波形系数为K f =1.57,电流的有

效值计算为/2m I ,则通过电流最大值m I 为 314 A 。

电力电子考试题

3. 单相全波可控整流电路中,晶闸管承受的最大反向电压为 1.41 U 2 。三相半波可

控整流电路中,晶闸管承受的最大反向电压为 2.45U 2 。(电源相电压为U 2) 4. 要使三相全控桥式整流电路正常工作,对晶闸管触发方法有两种,一是用 宽脉

冲 触发;二是用 双窄脉冲 触发。

5. 单相交流调压电阻性负载电路的移相范围在 0度~ 180度 内,在阻感性负载

时移相范围在 功率因素角 ~ 180度 内。

6. 交流调压电路和交流调功电路异同点: 电路结构相同,控制方式不同,(交流调压电路采

用移相触发对一个周期内导通角控制,调功电路对导通周波数与阻断周波数的比值进行控制) 。

7. 电压型逆变电路中的反馈二极管的作用是 给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供

通道 。 8. 变流电路的换流方式有 器件换流 、 电网换流 、 负载换流 、 强迫换流 等四种。 9. 180°导电型三相桥式逆变电路,晶闸管换相是在 同一相上下两个桥臂 元件之间进行;而120o导电型三相桥式逆变电路,晶闸管换相是在 上桥臂或者下桥臂组内 上的元件之间进行的。

10. PWM 逆变电路的控制方法有 计算法 、调制法和 规则采样法 三种。其中调制

法又可分为 同步调制法 、 异步调制法 两种。

二、 判断题 (每题2分,10题共20分,对√、错×)

1. 同一晶闸管,维持电流H I 在数值上一般大于擎住电流L I 。 ( x ) 2. 多个晶闸管串并联使用时,通常采用先串后并的联接方法。 ( √ ) 3. 半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中,电路出故障时会出现失控现

象。 ( √ ) 4. 有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。 ( √ ) 5. 直流斩波电路只能实现降低输出直流电压的作用。 ( x ) 6. 双向晶闸管的额定电流的定义与普通晶闸管不一样,双向晶闸管的额定电流是用电流

有效值来表示的。 ( √ ) 7. 并联谐振负载的逆变器负载必须是呈电容性电路。 ( √ ) 8. 用多重逆变电路或多电平逆变电路,可以改善逆变电路的输出波形,使它更接近正弦

波。 ( √ ) 9. 采用两组反并联晶闸管变流桥的可逆系统,供直流电动机四象限运行时,其中一组逆

变器工作在整流状态,那么另一组就工作在逆变状态。 ( √ ) 10. 设置补偿电容可以提高变流装置的功率因数。 ( √ )

三、 简答题(每题5分,6题共30分)

1. 如下图所示(L 和R 串联后作为负载),说明晶闸管导通的条件是什么?关断时和导通

后晶闸管的端电压、流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?

电力电子考试题

答:晶闸管导通的条件是:阳极承受正向电压,处于阻断状态的晶闸管,只有在门极加

正向触发电压,才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度,应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流,即擎住电流IL以上。导通后的晶闸管管压降很小。

晶闸管的关断时其两端电压大小由电源电压U A 决定,电流近似为零。

导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定,负载上电压由输入阳极电压U A 决定。

2.缓冲电路的作用是什么?关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别,各自的功能是

什么?

答:缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压du/dt或者过电流di/dt,减少器件的开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路是对

du/dt抑制的电路,用于抑制器件的关断过电压和换相过电压,抑制du/dt,减小

关断损耗。开通缓冲电路是对di/dt抑制的电路,用于抑制器件开通时的电流过冲

和di/dt,减小器件的开通损耗。

3.变压器漏抗对整流电路有什么影响?

答:出现换相重叠角 ,整流输出电压平均值U d降低;整流电路的工作状态增多;晶闸管的di/dt减小,有利于晶闸管的安全导通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶

闸管的di/dt。换相时晶闸管电压出现缺口,产生正的du/di,可能使晶闸管误导通,

为此,必须加吸收电路。换相使电网电压出现缺口,成为干扰源。

4.在三相桥式整流电路中,为什么三相电压的六个交点就是对应桥臂的自然换流(相)

点?(请以a、b两相电压正半周交点为例,说明自然换向原理)

答:三相桥式整流电路中,每只二级管承受的是相邻二相的线电压,承受正向电压时导通,反向电压时截止。三相电压的六个交点是其各线电压的过零点,是二级管承受

正反向电压的分界点,所以,是对应桥臂的自然换流点。

5.试述斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式?

答:斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式为:

(1)定频调宽控制模式

定频就是指开关元件的开、关频率固定不变,也就是开、关周期T固定不变,调宽

是指通过改变斩波电路的开关元件导通的时间T on来改变导通比K t值,从而改变

输出电压的平均值。

(2)定宽调频控制模式

定宽就是斩波电路的开关元件的导通时间T on固定不变,调频是指用改变开关元件

的开关周期T来改变导通比K t。

(3)调频调宽混合控制模式

这种方式是前两种控制方式的综合,是指在控制驱动的过程中,即改变开关周期T,又改变斩波电路导通时间T on的控制方式。通常用于需要大幅度改变输出电压数值

的场合.

6. SPWM 调制方式是怎样实现变压功能的?又是怎样实现变频功能的?

答:改变调制比M 可以改变输出电压u O 基波的幅值,所以,SPWM 调制是通过改变调

制波u r 的幅值实现变压功能的。

改变正弦调制波的频率时,可以改变输出电压u 0的基波频率,所以,SPWM 调制是通过改变调制波u r 的频率实现变频功能的。

四、 分析计算题(每题6分,5题共30分)

1. 在下图中,E =50V ,R =0.5Ω,L =0.5H ,晶闸管擎住电流为15mA 。要使晶闸管导通,

门极触发电流脉冲宽度至少应为多少?(提示:对于小t ,可取 t e t -≈-1)

电力电子考试题

解:晶闸管导通后,主回路电压方程为:

E Ri dt di L

d d =+ 主电路电流d i 按下式由零上升

()

L tR d e R E i /1--= 晶闸管要维持导通,i d 必须上升达到擎住电流值以上,在此期间,门极脉冲应继续维持,将I d =15mA 代入,得

()3101515.050--?≥-t e 取t e t -≈-1,

t ≥150μs 。

所以,门极触发电流脉冲宽度至少应大于150μs 。

2. 某一电热装置(电阻性负载),要求直流平均电压为75V ,电流为20A ,采用单相半波

可控整流电路直接从220V 交流电网供电。计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值,

解:(1)整流输出平均电压

Ud =?παωωπ

22).(.sin 221t td U =?παωωπ).(.sin 2212t td U =2cos 145.02cos 12

22ααπ+≈??? ??+U U cos α=5152.01220

45.0752145.022=-??=-U U d 则 控制角α≈60° 导通角θ=π-α=120°

(2).负载电流平均值

I d =R

U d =20(A) 则 R =U d /I d =75/20=3.75Ω

负载电流有效值I ,即为晶闸管电流有效值I V1,所以

I =I V1=()????? ??παωωπt d t R U 22sin 221=π

απαπ22sin 412-+R U =37.6(A) 3. 分析下图示升压斩波电路原理并计算,已知E=50V ,负载电阻R=20Ω,L 值和C 值

极大,采用脉宽调制控制方式,当T=40μs ,t on =25μs 时,计算输出电压平均值U 0,输出电流平均值I 0。

电力电子考试题

解:

开关元件导通(模式1)时,电感L 储能,负载R 上的电压u o 和电流i o 由电容器C 上的电压u c 提供。

开关元件关断(模式2)时,直流电源U d 和电感L 储能向负载R 和电容器C 提供能量,电容器C

充电。

因此,可达到输出平均直流电压高于电源输入的直流电压。输出电压平均值U o 为

t

d on d o K U T T T U U -=-?=1 其中,T on 为导通时间,T 为开关周期,K t 为导通比。

50*40133.34025

d o on U T U V T T ?===-- 0133.3 6.6720o U I A R =

== 4. 请从VT1向VT3换流的过程分析入手,说明题图所示串联二极管式晶闸管逆变

电路的换流过程。

电力电子考试题

解:假设以从VT1向VT3换流的过程进行分析:

假设换流前VT1和VT2导通,C 13电压U C0左正右负。如图a 所示。换流阶段分为恒流放电和二极管换流两个阶段。

t 1时刻触发VT3导通,VT1被施以反压而关断。

I d 从VT1换到VT3,C13通过VD1、U 相负载、W 相负载、VD2、VT2、直流电源

和VT3放电,放电电流恒为I d ,故称恒流放电阶段。如图b 所示。

电力电子考试题

u C13下降到零之前,VT1承受反压,反压时间大于t q就能保证关断。

t2时刻u C13降到零,之后C13反向充电。忽略负载电阻压降,则二极管VD3导通,电流为i V,VD1电流为i U=I d-i V,VD1和VD3同时通,进入二极管换流阶

段。

随着C13电压增高,充电电流渐小,i V渐大,t3时刻i U减到零,i V=I d,VD1承受反压而关断,二极管换流阶段结束。

t3以后,VT2、VT3稳定导通阶段。

5.绘制单相桥式SPWM逆变电路产生单极性SPWM波形图和双极性SPWM

波形图并说明其调制原理

电力电子考试题

解:首先画出逆变电路产生单极性SPWM波形图:

电力电子考试题

在u r和u c的交点时刻控制IGBT的通断

ur正半周,V1保持通,V2保持断。

当u r>u c时使V4通,V3断,u o=U d 。

当u r

画出逆变电路产生双极性SPWM波形图

电力电子考试题

在u r和u c的交点时刻控制IGBT的通断。

在u r的半个周期内,三角波载波有正有负,所得PWM波也有正有负,其幅值只有±U d两种电平。

同样在调制信号u r和载波信号u c的交点时刻控制器件的通断。

u r正负半周,对各开关器件的控制规律相同。

当u r >u c时,给V1和V4导通信号,给V2和V3关断信号。

如i o>0,V1和V4通,如i o<0,VD1和VD4通,u o=U d 。

当u r

如i o<0,V2和V3通,如i o>0,VD2和VD3通,u o=-U d 。