建筑工业学院2010-2011-1《电力电子技术》试卷A（答案）

安徽建筑工业学院20 10 —20 11 学年第 1 学期 《 电力电子技术》考试试卷（A卷答案）

（闭卷 时间120分钟）

题 号 得

一 二 三 四 总分 分 一、填空题（每空1分，共20分）

得分 1. 功率电力电子器件的损耗包括两方面，一方面是 开关损耗 ，另一方面是 通态损耗 。 2. 在电力开关管的驱动电路中，一般采用的电气隔离技术是 光 隔离和 电磁 隔离。

3. 单相半控桥整流电路的两只晶闸管触发脉冲依次应相差 180 度。

4. α为 30 度时，三相半波可控整流电路，电阻性负载输出的电压波形处于连续和断续的临界状态。

5. 三相桥式可控制整流电路，若输入电压为u2i?100sin?t，电阻性负载，设控制角??30?，则输出电压Ud= 143.3 。

6. 按逆变器交流侧接入电网还是一般负载，电力电子元件构成的逆变器可分为 有源 逆变器与 无源 逆变器两大类。

7. 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4种。

8. 设DC-DC变换器的升压斩波电路中，Ui=10.0 V，占空比D=0.7，则Uo= 33.3 V 。 9. 正弦脉宽调制（SPWM）技术运用于电压型逆变电路中，当改变 调制波幅值 可改变逆变器输出电压幅值；改变 调制波频率 可改变逆变器输出电压频率；改变 载波频率 可改变开关管的工作频率。 10.

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PWM逆变电路主要控制方法有 计算法 、 调制法 、 跟踪控制法 。

二、简答题（共28分） 得分

1. 晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？（4分） 答：1）晶闸管导通条件：①阴极与阳极之间施加正向阳极电压；

②门极与阴极之间施加适当的正向脉冲电压和电流。

2）晶闸管关断条件：将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极电压反向、减小阳极电压或增大回路阻抗等形式。

2. 图2-1中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值为Im。试计算晶闸管的电流平均值Id、有效值IVT；若选用额定电流IN?100A的晶闸管，计算此种电流波形下能承受的平均电流是多少？对应的电流最大值Im是多少？（8分）

iImO

?3?4?32?7?3?t图2-1

解：1）Id?

???31?Imsin?td(?t)?3Im?0.48Im 2?IVT?1????3(Imsin?t)2d(?t)?1?313(?)Im??Im?0.634Im ?3838?

2）IN?100A，则电流有效值为1.57IN=157A

即IVT?0.634Im?157A?Im?247.6A

3） Id?0.48Im?0.48?247.6?118.86A

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3. 三相交-交变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？（4分）

答：三相交交变频电路有公共交流母线进线方式和输出星形联结方式两种接线方式。 两种方式的主要区别在于：

公共交流母线进线方式中，三组单相交交变频电路输出端必须隔离。为此，交流电动机三个绕组必须拆开，共引出六根线。

输出星形联结方式中，因为电动机中性点不和变频器中性点接在一起，电动机只引三根线即可，但是电源进线必须隔离，三组单相交交变频器要分别用三个变压器供电。

4. 无源逆变电路中电压型逆变器与电流型逆变器各有何特点？（4分）

答：直流侧是电压源称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源逆变电路称为电流型逆变电路。 电压型逆变电路的主要特点是：

①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。 ②交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗 情况的不同而不同。

③逆变桥各臂都并联了反馈二极管。 电流型逆变电路的主要特点是：

①直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。

②交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。

③直流侧电感起缓冲无功能量的作用，没有反并联二极管。

5. 三相桥式 PWM型逆变电路中，设直流侧电压为Ud，则输出相电压（输出端相对于直流

电源中点的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平，分别为多少？（4分）

答：1）三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压有2种电平，分别为?

UdU和?d； 222）三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压有3种电平，分别为?Ud、0和?Ud。

6. 单相半波可控整流电路，电源设为正弦波。如（1）晶闸管内部短路，（2）晶闸管内部开路，在下面的坐标中画出其直流输出电压Ud和晶闸管UT两端电压的波形。（4分）

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三、分析题（三题，共28分）

得分

1. （12分）图3-1（a）为单相全桥逆变电路，带阻感性负载；图3-1（b）为V1、V2、V3、V4的驱动信号。

（1）图3-1（b）所示信号表明逆变电路采用何种调压方式？（2分） （2）对照图3-1（b）驱动信号，画出输出电压、电流波形。（4分）

（3）分别写出（0?t1）、（t1?t2）、（t2?t3）、（t3?t4）电流流通路径。在某些阶段需要分别考虑io?0和io?0情形。（6分）

uG1OuG2OuG3OuG4Oa)?tttt1t2t3t4tb)图3-1

答：（1）表明逆变电路采用移相调压方式；

（2）电压、电流波形如右图；

uoioOiot1t2t3uot

（3）在（0?t1）期间： io?0时，电流路径为 Ud??VD4?RL?VD1?Ud?； io?0时，电流路径为 Ud??V1?RL?V4?Ud?； 在（t1?t2）期间： io?0，电流路径为 V1?RL?VD3；

在（t2?t3）期间： io?0时，电流路径为 Ud??VD2?RL?VD3?Ud?； io?0时，电流路径为 Ud??V3?RL?V2?Ud?； 在（t3?t4）期间： io?0，电流路径为 VD4?RL?V2；

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2. （10分）图3-2是三相桥式PWM逆变电路，采用双极性控制方式，三相调制信号ura、urb、

urc公用一个三角载波uc，三相调制信号ura、urb、urc依次相差120?。a、b、c三相输出点接三

相对称阻感负载。

（1）以a相为例，当ura>uc时，给哪个器件加导通信号？a相相对于直流电源假想中点0的

输出电压为多少？当ia?0和ia?0时，对于a相分别是哪个器件导通。当ura

（2） 实际中怎样避免同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源短路？它对

输出的PWM波形有影响吗？（2分）

PVd20Vd2uraurburcuc调制电路T1D1iaaD4T3D3ibbT5D5iccT4T6D6T2D2Q

图3-2

答：（1） ura>uc时，给T1加导通信号；ua0?Ud2；

当ia?0时，T1导通；当ia?0时，D1导通。 ura

（2）为了防止上下两个臂直通造成短路，在上下两臂通断切换时留死区时间。

这个死区时间将会给输出的PWM波形带来一定影响，使波形稍稍偏离正弦波。

3. （6分）图3-3为升降压斩波电路（Boost-buck Chopper）原理图，设电路稳定工作时电感

L的电流iL连续。电路稳定工作时，问：⑴ V导通期间，电路中有几条电路的通路，各流过哪些元件；⑵ V关断期间，电路中有几条电路的通路，各流过哪些元件。

Vi1i2VDiLuLELCuoR

图3-3

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四、计算题（共24分）

1． （12分）（12分）单相桥式全控整流电路，如图4-1（a）。知U2=100V，R=2Ω，α=30°, L=∞。

（1）在图4-1（b）中作出ud、id、i2和uVT1的波形；（4分）

得分 已

（2）求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2；（6分）

（3）电流安全裕量取2，电压安全裕量取3，确定晶闸管的额定电压和额定电流。（2分） 解：（1）ud、id和i2的波形如下：

u2OudOidOi2uVTO1,4?t?tId?tIdId?t?tb)图4-1（a）

O

（2）输出平均电压Ud：Ud?0.9U2cos??0.9?100?cos30??77.97（V） 平均电压Id：Id?UdR?77.972?38.99（A） 变压器二次电流有效值I2：I2?12??2?02[Id?(?Id)2]d??Id?38.99（A）

（3）晶闸管承受的最大反向电压为 2U2?2?100?141.4（V） 考虑安全裕量晶闸管的额定电压为：141.4?3?424.2(V) 流过晶闸管电流有效值为：Ivt?Id2?38.992?27.57（A）

考虑安全裕量晶闸管的额定电流为：2?

Ivt27.57?2??35.13（A） 1.571.57《电力电子技术》试卷 第 6 页 共 7 页

2． （12分）三相半波可控整流电路如图4-2（a）所示，带续流二极管，负载为直流电动机，

串入足够大的平波电抗器。U2=220V，流过电动机负载电流Id?40A，电枢回路总电阻为0.2?。

（1）在图4-2（b）中画出输出电压ud、负载电流Id、晶闸管电流IVT1、流过续流二极管电流IVDR波形。（4分）

?（2）当??60时，求流过晶闸管与续流二极管的电流平均值、有效值及电动机反电动势值。

（8分）

uaubucVT1VT2VT3VDRuduaubucO?tIdIVT1O?t?t?tIdMRUdLIVDR

解：（1）如图4-2（b）所示

（2）流过晶闸管VT1电流平均值：

图4-2（a） 图4-2（b）

IdVT11?2????2Idd(?t)?1?1?(??)Id???40?10(A) 2?22?2流过晶闸管VT1电流有效值：

1?(???2)12(I)d(?t)??I??40?20(A) dd2???22?2流过续流二极管电流平均值：

1?23??3?IdVDR?Id(?t)?(?)I???40?10(A) dd2?3??32?232?6流过晶闸管VT1电流有效值：

1?23?12IVDR?(I)d(?t)???I??40?20(A) dd??32?32?62IVT1?求电动机反电动势：

1??Ud?2Usin?td(?t)1??22?3??6????Ud???22U2sin?td(?t)?148.6(V) 2?3????3?Ud?ED?IdR?ED?Ud?IdR?ED?148.6?40?0.2?140.6(V)

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OO

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