电力电子技术考试试题

北京交通大学学生考试试题课程名称：电力电子技术（A卷）2009–2010学年2学期出题：课程组（请考生注意：本试卷共有七道大题）题号一二三四五六七总成绩得分阅卷人一、单选题（每题2分，共20分）1、下列功率器件中，哪种器件最适合于小功率、高开关频率的变换器？①SCR②IGBT③MOSFET④IGCT2、在单相全控桥带大电感负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为：①0.707U2②1.414U2③0.9U2④3.14U23、对三相半波可控整流电路电阻性负载来说，触发脉冲的移相范围是：①0~90②0~120③0~150④0~1804、下列哪个电路不能实现输入输出之间的能量双向流动：①PWM整流电路②无源逆变电路③交交变频电路④BUCK电路5、单端反激变换器是①BOOST变换器的派生电路②BUCK变换器的派生电路③丘克变换器的派生电路④BUCK—BOOST变换器的派生电路6、在谐振变换器中，ZVS表示①零电压开关②零电流开关③硬开关④PWM开关7、采用并联缓冲吸收电路的目的是为了学院班级学号姓名------------------------------------装-------------------------------------------------------------------订--------------------------------------线-----------------①减小导通损耗②减小关断过电压③实现开关器件的并联④实现软开关8、在晶闸管串联电路中，实现动态均压的主要元件是：①二极管②电感③电阻④电容9、晶闸管交流调压电路采用以下哪种控制方式：①相位控制②周期控制③通断控制④斩波控制10、在下列哪个电路中采用晶闸管时，需要加入强迫关断电路：①相控整流电路②有源逆变电路③无源逆变电路④交交变频电路二、判断题，正确的划“√”，不正确的划“×”（每题2分，共10分）（注意：本题共有5个小题。每个小题后面有4个判断，答对4个判断得2分；答对3个判断得1分；其它不得分）1、三相电压型无源逆变器，每相桥臂由上下两个开关器件构成，下列哪些说法正确？①输出电压波形与负载性质有关（）②可以采用同步调制，也可以采用异步调制（）③可以采用方波控制，也可以采用PWM控制（）④桥臂上下两个开关器件换相时，在控制上应的控制需遵循“先断后开”的原则（）2、在带有大电感负载且触发角相同的情况下，单相全控桥电路与单相半控桥电路相比：①全控桥的输出电压平均值低于半控桥（）②全控桥的功率因数低于半控桥（）③全控桥负载电流连续而半控桥负载电流不连续（）④都会存在失控现象（）3、BoostDC—DC变换器：①工作状态（连续或断续）是根据负载电流的情况定义的（）②在连续工作状态下，输入电流是连续的（）③电感的作用是储能和滤波（）④又可称降压斩波器（）4、在谐振变换器中，下列哪些说法是正确的？①零电压开关、零电流开关都属于软开关（）②软开关的开关损耗比硬开关大（）③软开关的开关频率可以比硬开关高（）④软开关的电压、电流应力与硬开关相同（）5、晶闸管相控整流电路，考虑交流侧电抗时存在换相重叠角，其大小与许多因素有关：①直流负载电流越大，换相重叠角越大（）②输入变压器漏抗越大，换相重叠角越大（）③交流输入电压越大，换相重叠角越大（）④触发角α越大，换相重叠角越大（）三、简答题（共20分）1、如图所示交－直－交系统电路图，（1）简要说明图中各个变流器的作用；（2）当负载电机工作在发电状态时，说明该变流系统中的能量传递路径。（5分）α90°～LALBLCABCα90°T1T3D1T4T6D4T2D6D3T5D2D5ABCM～LLd1d2Cd2、交交变频电路主要应用在什么场合？其最高输出频率（输出频率上限）一般取多少？为什么要限制最高输出频率？（5分）3、说出五种带隔离变压器的开关电源常用电路的名称，下图所示电路属于哪一种？（5分）+-dU+-CRDoU1D2DL1NTLiIoN32N4、在电力电子装置中，缓冲电路的作用是什么？说明图示缓冲电路中各元件的作用。（5分）sRsDsC四、三相全控桥式晶闸管整流电路，带阻感负载，当相控角α=30º时，试完成下列要求：（12分）1、画出该电路原理图；2、该电路对触发脉冲形式有何要求？3、若电路中a相上桥臂晶闸管的触发脉冲丢失，试画出此故障下输出电压Ud的波形、并写出其表达式。五、三相半波有源逆变电路，反电势阻感负载，交流输入相电压U2＝100V，频率f=50Hz(ω=100π)，负载电阻R＝1Ω，电感Ld＝∞，负载反电势E=-150V，逆变角β=30°，电源变压器漏感LB=1mH。试求出直流侧平均电压Ud、平均电流Id及换相重叠角γ，并画出直流侧电压ud的波形。（13分）六、升压DC-DC变换电路（BOOST电路），输出侧滤波电容很大，输出电压基本恒定，试完成以下工作：（13分）1、画升压DC-DC变换电路原理图，分析其工作原理和能量转移过程；2、画出连续导电模式下电感电压波形uL、电感电流波形iL、开关器件两端的电压波形uS及二极管电流波形iD；3、推导连续导电模式下输出电压Uo与输入电压Ud的关系式。4、此电路负载是否允许开路？为什么？七、下图为单相电压型脉冲整流器的电路原理图（12分）1、试说明各元件LN、Cd、L2和C2的作用；2、该电路正常工作的条件是什么？3、简要分析该电路作为整流电路时的控制目标；4、分别画出逆变工况（＝1）及电源电流超前电源电压30°情况下的基波相量图（忽略线路电阻）；D1D3D4D2T1T3T4T2NINLNusuAB2L2CdC+-du参考答案课程名称：电力电子学（A卷）2009-2010学年2学期出题：课程组第一题：1、③2、②3、③4、④5、①6、①7、②8、④9、①10、③第二题：1、×√√√2、√√××3、×√√×4、√×√×5、√√××第三题：1、答：（1）各个变流器的作用：（3分）上组整流桥：将三相交流电压变换成直流电压；下组整流桥：将直流环节能量变换成交流能量反馈给三相电网；逆变器：将直流电压变换成三相交流电压提供给电机负载。（2）当负载电机工作在发电状态时，能量传递路径：（2分）电机→逆变器→中间滤波环节→下组整流桥→三相交流电网2、答：交交变频电路主要用于大功率、低转速的三相交流电机调速系统中。（1分）最高输出频率受限制，fo/fi1/3；（2分）因为要减小谐波含量，降低负载转矩脉动，应保证fo/fi1/3，即fo16.7Hz。（2分）3、答：带隔离变压器的开关电源常用电路有单端正激式变换器、单端反激式变换器、推挽式变换器、半桥式变换器、全桥式变换器。（3分）图示电路属于单端正激式变换器。（2分）4、答：缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内部过电压、抑制过电流、抑制电力电子器件关断时的du/dt、抑制电力电子器件开通时的di/dt、减小器件的开关损耗。（2分）图示并联RCD缓冲电路中C的作用是限制du/dt，吸收关断过电压；（1分）R的作用是当器件开通时C上的能量经R泄放；（1分）D的作用是使C充电时通过D快速充电，放电时通过R限流放电。（1分）第四题：解：（1）（3分）LdudT1Racb（2）要求宽脉冲（脉冲宽度大于60°）或双窄脉冲（两个窄脉冲相距60°）触发。（3分）（3）0tωuduacuabuacucbuabuacubcubauca（3分）（4）设输入相电压为U2，相控角为α，则输出电压Ud=2/3×2.34U2cosα（3分）第五题：解：xB=100π*LB（1分）Ud=-1.17U2cosβ-3xB*Id/2π=-1.17*100*cos30°-150LB*Id（2分）=-101.3-0.15Id（1分）又：Ud=E+IdR=-150+Id（1分）解上述方程得：Ud=-107.7V（1分）Id=42.3A（1分）109.0623sin2cos)cos(22UxIUIxBddB（2分）解得：γ=17°（1分）直流侧电压ud的波形（3分）第六题：答：1、原理图如右图：（3分）其工作原理是：（2分）当管子T导通时，二极管D承受反电压关断，此时电源给电感蓄能，电感电流上升，同时，电容给负载供电。当管子T截止时，电源和电感同时经过二极管D向负载侧提供能量，电感电流下降。2、各波形如下图：（4）ββ=π/60tωγudLudVtLit0)(odVV)(dVSTontofft)(dLIIGVtSTSut0t0Di(a)(b)(c)(d)(e))(oVL+-Lv+-dVoiC+-0VLiR升压变换器电路TDDiTi3、根据稳态工作时，电感上的平均电压为0，我们可以得出输入输出电压关系：dOUDU11TtDON（2分）4、不能。因为输出电压会急剧上升，最终击穿电容或其他器件。（结论1分+原因1分）第七题：1、元件作用：（2+1+1分）交流侧电感LN：用于实现对PWM整流器交流侧电压us1的调节从而实现对功率因数的调节，同时也限制交流侧谐波电流。支撑电容Cd：用于滤波，使直流侧电压平直。二次滤波回路L2、C2：用于提供2次谐波电流通路，限制直流侧二次谐波电流，从而减小ud中的二次谐波电压，其谐振频率为基波频率的2倍。2、直流侧电压必须大于交流侧电压的峰值。（2分）3、控制目标：交流侧高功率因数，要求iN1与uN保持同相或反相（1分）直流侧电压稳定（1分）4、基波相量图（2+2分）s1uNuN1I1NNNILs1uNuN1I1NNNILjj