广东工业大学《电力电子技术》试题

广东工业大学试卷用纸，第 1 页 共 13 页 广东工业大学考试试卷 ( A )

课程名称: 电力电子技术

考试时间: 第 周星期五 ( 月 日)

题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分

得分

评分人

一．（共计20分，每小题4分）试根据所学内容完成下列问题

1． 试写出DC→DC、DC→AC、AC→AC和AC→DC转换器的名称。

答：转换器的名称对应如下：DC→DC：斩波器或脉宽调制变换器。 DC→AC：逆变器；

AC→AC：交流调压或变频器 C→DC：整流器

2． 整流电路多重化的主要目的是什么？

答：整流电路多重化的主要目的是：（1）在采用相同的器件时可以达到更大的功率。（2）可以减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数。

3． 设单相全控整流电路的直流侧接大电感负载，负载两端并接续流二极管对直流输出电压有什么作用？

答：单相全控整流电路并接蓄流二极管是为了使交流电压进入负半周时，由蓄流二极管蓄流，使晶闸管关断，提高整流输出电压的平均值。

4． 简要说明形成SPWM控制的工作原理。

答：将一个任意正弦波电压分成N等份，并把该任意波曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，且矩形脉冲的中点与相应任意波等份的中点重合，得到一系列按照正弦规律变化而和正弦波等效的波形,这就是SPWM波形。

SPWM控制就是利用脉冲对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替所需要的正弦波形。

5． 什么是零电压开关？什么是零电流开关？

答：零电压开关：使开关在开通或关断时开关处两端电压为零，则开关开通或关断时就不会产生损耗和噪音。

零电流开关：使开关在开通或关断时流过开关两端的电流为零，则开关开通或关断时就不会产生损耗和噪音。

二.(15分)某一电路如下图所示，试完成如下内容：

1．该电路的名称是什么？（3分）

2．说明该电路的工作原理；（6分）

3．试推导直流输出电压u0与输入电压E之间的输入输出关系。（6分）

广东工业大学试卷用纸，第 2 页 共 13 页 解： 1.升压斩波电路。

2.假设电路中电感L值很大,电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为i1，同时电容C上的电压向负载R供电，因为C值很大，基本保持输出电压U0为恒值，记为U0。当电路工作于稳态时，一个工作周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等。

3. 设V处于通态时的时间为Ton,此阶段电感L上积蓄的能量为EI1Ton，设V处于断态的时间为Toff,则此期间电感L释放的能量为（U0-E）I1Toff，可知，

EI1Ton=（U0-E）I1Toff

化简得ETTETTTUoffoffoffON0

三. （20分）设三相全波可控整流电路的负载为大电感负载。已知直流负载的等效电阻Rd=10Ω，三相输入的相电压有效值U2=220V。试根据课堂所学内容完成：

1．计算控制角α=60°时负载直流电压Ud为多少？（5分）

2．计算晶闸管的平均电流IdT和有效电流IT各为多少？（7分）

3．画出ud、iVT1、uVT1的波形（VT1为a相桥臂共阴极组的晶闸管）。（8分）

. 解：cos34.2)(sin63/122323UttdUUd

因为：2U220V ，060

Ud=2.3460cos2U=257.4V

AVRUIddd7.25104.257

AIIddT6.831

AIIdTT9.431

广东工业大学试卷用纸，第 3 页 共 13 页 ud、iVT1、uVT1波形图如下所示：

四．(20分)某一交流调压电路如下图所示，其中交流输入电压u1为220V、频率为50Hz的交流电。已知负载的等效电阻R为3.14Ω，电感L为10mH。试求：

1.试求负载功率因数角=?；（4分）

2.设晶闸管的导通角=1350，试求晶闸管的开通角=？(6分)

3.负载电压u0为多少？（10分）

解： (1) 负载功率因数角：414.310105023arctgRLarctg

(2) 当晶闸管的导通角=1350，负载功率因数角时

由tan)sin()sin(e可得晶闸管的开通角=86.40

（3）当晶闸管的开通角=86.40时,负载电压有效值u0为

5.151)]22sin(2[sin1)()sin2(11210utdtuu(V)

广东工业大学试卷用纸，第 4 页 共 13 页 五 (25分)某一SPWM逆变电路如下图所示。设图中的滤波电路已将逆变器输出的所有谐波完全消除，负载得到的是理想的正弦基波电压，且滤波电路和逆变器没有能量损耗。设直流输入电压E=250V，逆变器输出频率f1=30Hz，负载的功率因数恒定为cos=0.88。试根据课堂上所学内容完成下列问题：

1 若逆变器的幅值调制比ma=0.7，负载的基波相电压幅值U2m=？（6分）

2 若负载消耗的有功功率为15kW，试求逆变器输出电流i2的有效值为多少？并写出该电流的表达式。（不考虑直流电流的谐波电流分量）（6分）

3 在问题2的前提下，负载有功功率仍为15kW，求直流输出电流的平均值Id =？（7分）

4 若负载线电压有效值U2=70V，求逆变器的幅值调制比ma=? （6分）

解：1. U2m=0.5×ma×E = 0.5×0.7×250 = 87.5 (V)

2.

38.158388.05.87/215000)2/5.87(3cos3150002222IIIUP

(A)

电流表达式为：)36.285.188sin(297.13936.282sin238.158)(0012ttfti (A)

3. Id = P/E = 15000/250 = 60 (A)

4. 已知 U2 = 70 V，则2/5.0702EmUa，所以，

79.02505.02705.0270Ema

广东工业大学试卷用纸，第 5 页 共 13 页 广东工业大学考试试卷 ( B )

课程名称: 电力电子技术

考试时间: 第 20 周星期五 ( 1 月 14 日)

题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分

得分

评分人

二．（共计20分，每小题4分）试根据所学内容完成下列问题

1． 什么是整流电路？它是利用功率开关器件的什么特性来实现？

2． 什么是有源逆变？实现逆变的条件是什么？

3． 为什么升压斩波电路能使输出电压高于电源电压？

4． 整流电路多重化的主要目的是什么？主要有哪几种形式？

5． 简述软开关技术的原理及作用？

二．（20分）设单相桥式全控整流电路如下图所示，已知整流器交流输入电压的有效值U2＝100V，直流侧等效负载的电阻R=2，L值极大，＝°，试根据课堂所学内容完成如下内容：1）画出ud 、id和i2的波形。（8分）

2）求整流输出平均电压Ud、直流电流Id，变压器二次侧电流有效值I2各为多少？（6分）

3）考虑安全裕量，试确定晶闸管的额定电压和额定电流各为多少？(6分)

三．（20分）三相桥式全控整流电路所下图所示，已知三相交流输入电压的相电压有效值U2＝220V，直流侧负载为感性负载，其中R=5，L值极大，设整流器控制角＝°，试完成：）画出ud 、id和iVT1的波形（10分）

2）计算Ud、Id、IdVT和IVT（10分）

广东工业大学试卷用纸，第 6 页 共 13 页

四．（20分）下图所示为降压斩波电路，图中直流电源E＝200V，L值极大，R＝10Ω，EM＝30V，采用脉宽调制控制方式，设开关周期T＝50μs，且导通时间Ton＝20μs。试完成：（20分）

1）简述降压斩波电路的工作原理。（10分）

2）输出电压的平均值Uo=？（5分）

3）输出电流平均值Io=？（5分）

五．（20分）某一SPWM逆变电路如下图所示。设图中的滤波电路已将逆变器输出的所有谐波完全消除，负载得到的是理想的正弦基波电压，且逆变电路和滤波电路没有能量损耗。设输入线电压有效值U1=380V，电源频率为50Hz。求

1）直流输出电压Ud＝？（5分）

2）若当幅值调制比ma=0.7时，负载的基波相电压幅值U2m=？（5分）

3）当负载电流)sin(2102ti,40时，求Id＝？（10分）

广东工业大学试卷用纸，第 7 页 共 13 页 试卷（B）答案：

一

1．什么是整流电路？它是利用功率开关器件的什么特性来实现？

整流电路是一种AC-DC变换电路，它是利用功率开关器件的单向导电的非线性特点来实现整流。

2．什么是有源逆变？实现逆变的条件是什么？

把直流变成交流电称为逆变。当交流侧接有电源时，称为有源逆变。

实现逆变的条件：1）要有直流电动势，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测的平均电压。2）要求晶闸管的控制角2，使Ud为负值。

3．为什么升压斩波电路能使输出电压高于电源电压？

1）L储能之后具有使电压泵升的作用。2）电容C可将输出电压保持住。

4．整流电路多重化的主要目的是什么？主要有哪几种形式？

整流电路多重化的主要目的包括两个方面：一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置产生的谐波和无功功率对电网的干扰。

串联结构：可以提供较高的电压；并联结构：可以提高较大的电流。

5．简述软开关技术的原理及作用？

原理：为器件提供良好的开关工作条件，使得器件在零电压或零电流条件下进行状态转变，从而把器件的开关损耗降到最低水平。

作用：消除开关过程中电压，电流的重叠，降低它们的变化率，从而减小甚至消除损耗和开关噪音。

二．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载R=2，L值极大，当＝°时，要求：1.画出ud 、id和i2的波形。

2．求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2。

3．考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：2）整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为：

VUUd97.7730cos1009.0cos9.02)(99.382/97.77/ARUIdd

)(99.382AIId

3）晶闸管承受的最大反向电压为：)(4.141210022VU

流过每个晶闸管的电流的有效值为：)(57.272AIIdVT

故晶闸管的额定电压为：)(424~2834.141)3~2(VUN

晶闸管的额定电流为：)(352657.1/57.27)2~5.1(AIN～