电力电子技术A卷答案

一、填空题（本题满分15分，每空1分）

1、门极可关断晶闸管（GTO）和电力晶体管（GTR）均属于 全（电流） 控制型器件。 2、在晶闸管额定电流的定义中，通态平均电流IVT(AV)与同一定义条件下的有效值IVT之间的关系是IVT= 1.57 IVT(AV)。

3、三相桥式全控整流电路中6个晶闸管的触发脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序触发，相位依次差 60度 ；共阴极组VT1、VT3、VT5的触发脉冲依次差 120度 。 4、 有源逆变 电路是把逆变电路的交流侧接到电网上，把直流电逆变成同频率的交流反送到电网去。 无源逆变 电路的交流侧直接接到负载，将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。

5、直流斩波电路中常用的控制模式是 PWM控制方式 。 6、升降压斩波电路呈现降压状态的条件为 0<α<1/2 。

7、根据输入直流电源特点，逆变电路分为 电压 型和 电流 型逆变电路。

8、适用于全控型器件的换流方式是 器件换流 ，由换流电路内电容直接提供换流电压的换流方式称为 负载换流 。

9、间接交流变流电路主要分两类，一类是输出电压和频率均可变的交直交变频电路，主要用作 变频器 。另一类是输出交流电压大小和频率均不变的恒压恒频变流电路，主要用作 不间断电源 。间接直流变流电路主要用作 开关电源 。

二、简答题：（本题满分30分，每小题5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？

答：使晶闸管导通的条件是晶闸管承受正向电压且门极有触发电流。（3分） 关断的条件：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值即维持电流IH以下。（2分）

2、交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？ 答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。（1分）交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。（1分）

而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。（1分）

1

交流调压电路广泛用于灯光控制、异步电动机软启动和调速、无功功率的连续调节、变压器一次侧调压等。（1分）

交流调功电路常用于电炉温度控制。（1分）

3、对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变状态，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。说明有源逆变电路必须具备什么条件才能进行逆变工作？ 答：条件有二：

1）直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；（3分）

2）要求晶闸管的控制角α>π/2，使Ud为负值。（2分）

4、电压型逆变电路各桥臂并联二极管的作用是什么？电流型逆变电路中有没有这样的二极管？为什么？

答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。（3分）

在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。（2分）

5、脉冲宽度调制的原理是什么？正弦脉宽调制信号是怎样产生的？

答：脉冲宽度调制的原理是采用面积等效原理，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形。（2分）

把正弦半波分成N等分，看成由N个彼此相连的脉冲序列组成，它们宽度相同，幅值按正弦规律变化。根据面积等效原理，把上述脉冲利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，就得到PWM波形。（3分）

2

6、什么是硬开关？什么是软开关？

答：开关过程中，电压、电流均不为零，出现了重叠，导致开关损耗；而且电压和电流的变化很快，波形出现了明显的过冲，导致开关噪声的产生。具有这样的开关过程的开关称为硬开关。（2分）

通过在原来的开关电路中增加很小的电感、电容等谐振元件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，开关开通前电压先降为零，或关断前电流先降为零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而大大减小甚至消除损耗和开关噪声。具有这样开关过程的开关称为软开关。（3分）

三、综合题：（本题满分55分）

1、三相桥式全控整流电路如图1所示，U2=200V，带阻感性负载，R=10欧，L值极大。当控制角α=60o时，求：（本小题20分） 1）画出Ud、id、iVT1的波形；

2）计算负载平均电压Ud、平均电流Id、流过晶闸管平均电流IdVT和有效电流IVT的值。 解：1）波形如图所示。（9分）

2）输出平均电压Ud、电流Id，流过晶闸管平均电流IdVT和有效电流IVT的值分别为

3

Ud＝2.34U2 cosα＝2.34×200×cos60°＝234（V） （3分）

Id＝Ud /10＝234/10＝23.4（A） （2分）

IdVT＝Id ＝7.8（A） （3分） IVT＝

2、Buck DC/DC变换器如图2所示，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，EM=30V，T=50μs,ton=20μs, 试（本小题15分）

1）说明变换器工作原理，画出驱动信号及u0的波形； 2）求输出电压平均值Uo； 3）求输出电流平均值Io。

解：1）工作原理：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间ton，由电源E向L、R、M供电，在此期间，uo＝E。然后使V关断一段时间toff，此时电感L通过二

ton?E。输出电压小于电极管VD向R和M供电，uo＝0。一个周期内的平均电压Uo＝

ton?toff源电压，起到降压的作用。（5分） 波形如图：（4分）

uGEton0uoTEtofftId ＝13.5（A） （3分）

0t

2）输出电压平均值

Uo?ton20E?200?80V T50（3分）

3）输出电流平均值

4

Io?Uo?EM80?30??5A （3分） R10

4、单相交流调压电路如图3所示，若U2=220V，L=5.516mH，R=1Ω，试求：（本小题10分） 1）触发角的移相范围； 2）负载电流的最大有效值；

3）最大输出功率及此时电源侧的功率因数。 解：1）负载阻抗角为

2??50?5.516?10?3??arctg?arctg?60o

R1 （2分）

?L触发角的移相范围是

60o???180o

（2分）

2）当α=60o时，负载电流为最大，即

Iomax?2201?(314?5.516?10)2?32?110A（2分）

3）最大输出功率为

Pomax?Io2maxR?1102?1?12.1kW

（2分）

电源侧的功率因数为

??

Pomax12100??0.5 U1Io220?110 （2分）

5、单相桥式PWM逆变电路如图4(a)所示，采用双极性控制方式，当ur>uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号；当ur

5

知，采用的是异步调制还是同步调么？

形如图。（4分）

2）由波形知，采用的是同步调制。（2分）因为载波比N=12为3的整数倍，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的，正负半周脉冲对称，半周期内前后1/4周期脉冲也对称。（4分）

6

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