电力电子技术试题(一)

第1章绪论习题第1部分：填空题电力电子技术是使用 器件对电能进行 的技术。TOC\o"1-5"\h\z电能变换的含义是在输入与输出之间，将 、 、 、 、 中的一项以上加以改变。电力变换的四大类型是： 、 、 、 。在功率变换电路中，为了尽量提高电能变换的效率，所以器件只能工作在 状态，这样才能降低 。电力电子器件按照其控制通断的能力可分为三类，即: 、 、。电力电子技术的研究内容包括两大分支： 技术和 技术。半导体变流技术包括用电力电子器件构成 电路和对其进行控制的技术，以及构成 装置和 系统的技术。电力电子技术是应用在 领域的电子技术。电力电子技术是一门由 、 、 三个学科交叉形成的新的边缘技术学科。第2部分：简答题什么是电力电子技术？电能变换电路的有什么特点？机械式开关为什么不适于做电能变换电路中的开关？电力变换电路包括哪几大类？第2章电力电子器件概述习题第1部分：填空题电力电子器件是直接用于 电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担 的电路。处理信息的电子器件一般工作于放大状态，而电力电子器件一般工作在状态。TOC\o"1-5"\h\z电力电子器件组成的系统，一般由 、 、 、四部分组成。按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类： 、和6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类和电力二极管的主要类型有 、 、 。普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高，一般为 Hz以下的整流电路。其反向恢复时间较长，一般在 以上。9•快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在 以下。10•晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论 ，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在 情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通， 就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流 。晶闸管的派生器件有： 、 、 、 。普通晶闸管关断时间 ，快速晶闸管 ，高频晶闸管左右。咼频晶闸管的不足在于其 不易做咼。 晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。逆导晶闸管是将 反并联一个 制作在同一管芯上的功率集成器件。光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用 触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的 ，且可避免电磁干扰的影响。常应用在 的场合。GTO的开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极使其关断。TOC\o"1-5"\h\zGTR导通的条件是： 且 。电力MOSFET导通的条件是：且 。开关时间的大致范围是: 。19.IGBT是由 和 两类器件取长补短结合而成的复合器件。20.IGBT导通的条件是： 且 。21•在如下器件：电力二极管（PowerDiode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GT0）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，TOC\o"1-5"\h\z属于不可控器件的是 ，属于半控型器件的是 ，属于全控型器件的是 ,在可控的器件中，容量最大的是 ,工作频率最高的是 ,属于电压驱动的是 ,属于电流驱动的是 。第2部分：简答题电力电子器件是如何定义和分类的？同处理信息的电子器件相比，它的特点是什么？画出下面电力电子器件的电气符号和理想伏安特性。电力二极管，晶闸管，GTO，GTR，P.MOSFET，IGBT3•从功率等级、开关速度和驱动难易度三个方面比较GTO,GTR，P.MOSFET，IGBT各自的优缺点，并说明其适用场合。第3章二极管整流电路习题第1部分：简答题1•什么是半波整流器？什么是全波整流器？举例说明其拓扑结构有什么不同？2•什么是二极管整流器的换流过程？何为换流重叠现象，产生换流重叠现象的原因是什么？换流重叠角的大小与那些因素有关，它们如何影响换流重叠角的大小？负载电流在什么情况下整流器会出现换流重叠现象，换流重叠的出现对整流输出电压有何影响？二极管桥式整流电路在恒压型负载条件下，试说明整流器输出电流的平均值与输入电流畸变率及功率因数的关系，并分析其原因。5•试分析为什么整流器等设备接入交流电源后会引起交流电源电压的畸变？6•试分析单相整流器对称地接入三相四线供电系统后，中线电流是否为零？为什么？中线电流不为对供电系统有何影响？从输入电流畸变、功率因数、输出电压脉动幅度及直流输出电压的稳定程度等方面比较单相桥式整流器和三相桥式整流器的区别。二极管桥式整流电路，负载侧并联大电容时，为什么在启动时会产生突入电流，突入电流有何危害，如何抑制突入电流？第2部分：画图及计算题1•图3—1为简化的单相整流电路（Ls=O）,负载为Id,回答下列问题：1） 试画出流过二极管D］〜D4中的电流波形，及二极管D］〜D4两端的电压波形（规定正偏方向为电压的正方向）。2） 计算流过二极管D］电流的平均值和有效值。图3—1图3—1为简化的单相整流电路（Ls=O）,负载为Id,回答下列问题:1） 试画出流过输入电流is的波形。2） 计算输入电流畸变率THD及整流器的功率因数PF。2迈 1 1已知：i(t)=2I(sin®t+sin3wt+sin3wt+L)S 兀d 3 53.单相桥式整流电路如图3—2所示，Vs=120V（60Hz）,Id=10A,回答下列问题1） 试画出Ls=0及Ls=1mH时整流输出电压vd的波形。2） 当Ls=0时，计算整流输出电压平均值Vdo。3） 当Ls=1mH时计算换流重叠角口及整流输出电压平均值Vd。

图3—3为简化的三相整流电路（Ls=O）,负载为Id,回答下列问题：1） 试画出整流输出电压vd的波形，若线电压有效值Vll=380V,计算整流输出电压平均值Vd。2） 试画出a,b,c相电流的波形。3）计算输入电流畸变率THD及整流器的功率因数PF。图3－3已知：图3－3已知：L’2vId（sin⑹-5血5⑹一7血7⑹+占讪⑹+13血I3⑹一l）图3—3为简化的三相整流电路（Ls=O）,负载为Id,回答下列问题：1） 试画出D］〜D6二极管中电流的波形，及D］〜D6二极管两端的电压波形（规定正偏方向为电压的正方向）。2） 计算流过二极管D］电流的平均值和有效值。6•当要求设备即可以在115V，又可以在230V交流输入电压下工作时，可采用如图3—4所示倍压整流电路为设备提供直流电源。当输入电压为230V时，电压选

择开关断开；当输入电压为115V时，电压选择开关闭合。试说明在这两种情况下整流输出电压是相同的。C2230-Vposition；115-VpositionC2230-Vposition；115-Vposition115V^30Vacinput图3－47.图3－5为中点式整流电路，变压器为理想变压器。分析该电路工作过程，并画出整流输出电压波形，及变压器原、副边电流波形。与桥式整流电路相比较，说明该电路的优缺点。!1：1图3－5第3部分：仿真题利用Simulink对例3—1中的单相桥式整流电路进行电路仿真，并回答下列问题：1） 记录电源电压vs及整流输出电压vd和电流id的波形。2） 记录整流输出平均电压Vd及平均电流Id；3） 计算输入电流畸变率THD及功率因数PF4） 当滤波电容为Cd=200,500,1000,1500uF时，观察并估计各种情况下整流输出电压的脉动幅度（峰一峰值）AVpp，并说明滤波电容的取值对整流输出电压脉动的影响。提示：可在下图基础上绘制波形图。v-v第4章相控整流器和逆变器习题第1部分：简答题什么是变流器的相位控制方式？以晶闸管的门极触发电路为例说明相位控制信号的生成方法。针对晶闸管变流器，给出下列名词的定义：自然换流点，触发延迟角，导通角和移相控制范围。什么是有源逆变？简述有源逆变产生的条件，并比较晶闸管变流器整流工作模式与逆变工作模式的差别。逆变角是如何定义的？简述当晶闸管变流器工作于逆变状态时，应如何限制逆变角才能保证正常换流？简述逆变失败的原因及逆变失败所产生的后果。晶闸管三相桥式变流电路，在设计触发电路时，为什么要采用“双窄脉冲”触发方式？晶闸管单相桥式变流电路，是否也需要采用这种双窄脉冲触发方式，为什么？简述晶闸管变流器对交流侧线电压产生干扰的主要原因，及减少干扰的措施。为什么随着触发角a的增加，晶闸管整流器的功率因数会变降低？第2部分：画图及计算题1.图4－1所示单相桥式半控整流电路（半控指将变流器中的一半晶闸管换成二极管，所以只有一半器件是可控的），负载电流恒定，回答下列问题：1） 画出在a=0°,a=90°时直流输出电压vd，电源电流is，S1中电流is1，D1中电流iD1的波形。2） 推导直流输出电压Vd的解析表达式（即Vd与相电压有效值V触发角a的关系表达式）。3） 说明该电路能否工作于有源逆变状态。试说明单相桥式半控整流电路与全控变流电路（全部器件都是晶闸管）相比，有那些优缺点？

图4－1图4—2为简化的单相晶闸管变流电路（Ls=O）,交流电源电压有效值为V负载电流为Id,回答下列问题：1） 试画出a=45°时，输出电压vd，电源电流is，晶闸管片上电压vT1（电压的参考方向：阳极正，阴极负），和晶闸管T1中电流iT1的波形。2） 计算晶闸管上承受的反向峰值电压vTpeak，晶闸管中电流的平均值idT和有效值ITeff。（用V和Id来表达） ■图4—2图4—3为简化的单相晶闸管变流电路（Ls=O）,交流电源电压有效值为Vs，负载为电阻Rd,回答下列问题：1） 画出在a=90°时直流输出电压vd，电流id的波形。2） 推导直流输出电压Vd的解析表达式（即Vd与相电压有效值Vs,触发角a的关系表达式）。并说明该整流电路的移相控制范围（即使Vd从最大变化到0的过程中，a的变化范围）。

图4－3单相桥式晶闸管变流电路如图4—4所示，交流电源电压有效值Vs=100V,负载中rd=2Q，Ld值极大，反电势Ed=60V，假定Ls=0。回答下列问题：1） 计算使晶闸管能触发导通的最小触发角52） 当5=30。时，求整流输出平均电压Vd、平均电流Id，输入电流有效值Is，输入电流畸变率THD,功率因数PF。2迈 1i(t)=\2I[sin@t-a)+sin3(et-a)L]s 兀d 3提示：图4—4单相桥式晶闸管变流电路如图4—5所示。交流侧采用了一个隔离变压器，原边接60Hz交流电源，变压器副边的等效漏抗为Ls=2mH；交流电源（即片）的额定值为115V,波动范围是额定值的一10%〜15%；负载功率Pd为1KW，假设负载中L足够大，使电流平直连续，即id=Id（提示Id=Pd/Ud）。如果要求直流平

均电压被控制为100V，回答下列问题：提示：图4—41） 计算变压器的副边、原边之间的最小变压比。2） 在最大变压比下，当U]=115V+5%（即向上波动5%）时，计算此时的触发角a。iZ懐Z\VLiZ懐Z\VLRa)图4－56•图4—6所示三相半波变流电路（Ls=o）,负载电流恒定，回答下列问题：1） 画出在a=0°,a=60°时直流输出电压vd和a相电流i波形。da2） 推导直流输出电压Vd的解析表达式（即Vd与相电压有效值Vs,触发角a的关系表达式）。7•图4—7为简化的三相晶闸管变流电路（Ls=O）,交流电源线电压有效值为Vll，负载电流为Id,回答下列问题：1）试画出a=30°时，输出电压vd，电源电流is，晶闸管片上电压vT1（电压的

参考方向：阳极正，阴极负），和晶闸管T］中电流iT1的波形。2）计算晶闸管上承受的反向峰值电压VTpeak，晶闸管中电流的平均值idT和有效值ITeff。（用Vll和Id来表达） -3）如果有一个晶闸管T1不能导通，画出此时的整流电压vd波形；如果有晶闸管T］被击穿而短路，其它晶闸管受什么影响？图4－7图4—8为简化的单相晶闸管变流电路（Ls=0）,交流电源线电压有效值为Vll，负载为电阻Rd,回答下列问题：1） 画出在a=90°时直流输出电压vd，电流id的波形。2） 推导直流输出电压Vd的解析表达式（即Vd与线电压有效值Vll,触发角a的关系表达式）。并说明该整流电路的移相控制范围（即使Vd从最大变化到0的过程中，a的变化范围）。图4—8三相桥式晶闸管变流电路如图4－9所示，交流电源线电压有效值VLL=380V(50Hz),反电动势阻感负载，Ed=200V,rd=lQ,Ld=Pa=60。。回答下列问题:Ls=0f情况下，计算整流输出平均电压Vd、平均电流Id，输入电流有效值Is，输入电流畸变率THD,功率因数PF。提示：i= 1[sin(®t-a)一-sin5(wt-a)L)a兀d 5Ls=1mH情况下，计算整流输出平均电压Vd、平均电流Id，及换流重叠角口。图4－9第3部分：仿真题利用Simulink对图4－10中的单相逆变器进行电路仿真，电路参数如下vs=120V(60Hz),Ls=1.3mH,Ld=20mH,Ed=88V,a=135°回答下列问题：记录电源电压vs、电流is及整流输出电压vd、电流id的稳态波形。当a继续增加时，寻找负载电流连续和断续临界点处的a值。图4－10利用例4—3中的参数进行电路仿真，记录交流电源公共耦合点处的a,b相间电压波形va，b，，并计算该电压的畸变率。提示：可在下图基础上绘制波形图。-v、•-.-sot第5章直流-直流开关型变换器习题第1部分：简答题开关器件的导通占空比是如何定义的？直流－直流开关型变换器有哪几种控制方式，各有何特点？其中哪种控制方式最常用，为什么？2•画出带LC滤波的BUCK电路结构图。并回答下列问题：实用的BUCK电路中为什么要采用低通滤波器？为什么要接入续流二极管？设计滤波器时，滤波器的转折频率应如何选取，为什么？3•画出BOOST电路结构图，并简述BOOST电路中二极管和电容的作用。4•简述稳态电路中电感和电容上电压、电流的特点，并分析其物理意义。为什么BUCK电路可以看作是直流降压变压器，而BOOST电路可以看作是直流升压变压器？这种变换器与真正的变压器相比有何异同之处？6•关于导通模式，回答下列问题:1）什么是连续导通模式和断续导通模式？2）在占空比相同条件下，两种模式下变换器的变压比是否相同，为什么？3）临界平均电感电流和临界平均输出电流是如何定义的？4）其它条件不变时，电感量的变化对临界输出电流的大小有何影响，并定性地分析产生这种影响的原因？5）其它条件不变时，器件开关频率的变化对临界输出电流的大小有何影响，并定性地分析产生这种影响的原因？6）以BUCK电路为例，说明如何进行合理的设计，以保证在负载变化时，电路始终工作于电流连续导通模式。关于输出电压的脉动，回答下列问题：1） 输出电压的脉动率是如何定义的？2） 其它条件不变时，电容值的变化对输出电压的脉动率的大小有何影响，并定性地分析产生这种影响的原因？3） 其它条件不变时，器件开关频率的变化对输出电压的脉动率的大小有何影响，并定性地分析产生这种影响的原因？4） 以BUCK电路为例，说明如何进行合理的设计，以保证较小的输出电压的脉动率。什么是寄生元件效应，该效应对BOOST电路的变压比有何影响？从控制角度，应如何减小寄生效应的不良影响。9•关于DC-DC可逆变换器（斩波电路），回答下列问题：1） 简述为什么BUCK电路和BOOST电路只能工作于输出特性V-I平面中的oo一个象限中。2） 什么是可逆斩波电路？简述可逆斩波电路的种类，并结合其电路结构的特点说明其为什么能实现可逆运行。3） 在桥式DC-DC变换器中，为什么每个桥臂中的两个器件通常工作在互补开关方式下？每个桥臂中的两个器件在其开关过程中为什么要设置死区时间？4） 全桥DC-DC变换器通常采用哪两种控制方式，它们的控制效果有何差别？第2部分：画图及计算题1•理想的降压变换器。假设输出电压V。恒定，并通过占空比D的控制使其稳定为5V。当输入电压Vd在10-40V范围内变化时，输出功率Po±5W，开关频率fs=50KHz,计算使变换器始终工作于连续导通模式所需要的最小电感Lmin。理想的降压变换器，V。=5V，fs=20KHz,L=1mH，C=470口F；当Vd=12.6V,I°=200mA时，计算输出电压脉动的峰一峰值AV。。（计算前应判断，电流是否连续）3•在图5-1所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Q,L值极大（表示电感电流连续平直），Em=30V，Ts=50口s,ton=20口s,回答下列问题：1）计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，输入电源的电流平均值Iin。2） 画出如下波形：输出电压uo，电感上电压vL和电流iL，,器件V上电流iv和电压uv，二极管VD上电流id和电压uVD。（应定义电压的正方向）3） 计算器件V上电流平均值IdV和有效值IV；二极管VD上电流平均值IdVD和有效值IVD。EEM理想的升压变换器。假设输出电压vo恒定，并通过占空比D的控制使其稳定为24V。当输入电压Vd在8-16V范围内变化时，输出功率P°±5W,开关频率fs=20KHz,C=470口F。计算使变换器始终工作于连续导通模式所需要的最小电感L。min理想的升压变换器，V°=24V,fs=20KHz,L=150口H,C=470uF；当Vd=12V,Io=0.5A时，计算输出电压脉动的峰一峰值AV。。（计算前应判断，电流是否连续,本题是临界连续状态，脉动电压的计算与连续时不同，应根据电流重新计算）在图5-2所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Q，采用脉宽调制控制方式，当Ts=40口s，ton=25us时，回答下列问题：1） 计算输出电压平均值U。，输出电流平均值I。，输入电源的电流平均值iin。2） 画出如下波形：电感上电压uL和电流iL，器件V上电流iv和电压uv，二极管VD上电流iVD和电压uVD。3） 计算电感上的电流平均值IdL，器件V上电流平均值IdV和有效值IV;二极管VD上电流平均值IdVD和有效值IVD。图5－2如图5-3所示降压斩波电路，设输入电压E=200V，电感L是100口H,电容C无穷大，输出接10。的电阻，电路的工作频率是50KHz，全控器件导通占空比为0.5，回答下列问题：1） 计算输出电压平均值U。，输出电流平均值I。。2） 画出器件V上电流iv波形，并计算流过器件V的峰值电流。3）为了将器件V的峰值电流减小为输出直流电流I。的110%，应改变什么参数，它的取值是多少？图5－3在图5-4所示的升降压斩波电路中，已知E=100V，L值和C值极大，R=10Q,采用脉宽调制控制方式，当Ts=40us，回答下列问题：1） 要求输出电压V。在50V〜150V之间调节时，计算占空比的变化范围。2） 占空比为0.5时，计算输出电压平均值U。，输出电流平均值I。。并画出如下波形：电感上电压vL，开关V上电流iv，及二极管VD上电流id的波形。3） 在2）题的条件下，计算开关V上电流平均值IdV和有效值IV；二极管VD上电流平均值IdVD和有效值IVD。/vn图5－4图5-5为CUK斩波电路，也是一种可实现升降压的DC-DC变换器，其特点是:输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。试分析其工作原理，并推导变压比的表达式（可假设稳态时电容C上电压恒定）。（较复杂，可删去）

图5－5图5—6为全桥DC—DC变换器，E=200V,EM=50V,R=5Q,L值极大，采用双极性PWM控制，器件的开关控制信号通过给定信号与三角波相比较而生成，如图5—7所示。回答下列问题：1） 在图5—7基础上，画出器件V］〜V4驱动信号的波形（高电平表示开通,低电平表示关断），及变换器输出电压u的波形。2） 假设负载电流I。为正且平直连续；分别画出当器件VI上施加开通和关断控制信号时，负载电流的路径。（要注意器件上施加开通控制信号后，它是否能够导通，取决于负载电流的方向）3） 假设负载电流I。为负且平直连续，分别画出当器件VI上施加开通和关断控制信号时，负载电流的路径。4） v 0.5V时，计算V］器件驱动信号的占空比，输出电压平均值U。,controltri输出电流平均值I。，输入电源的电流平均值Iin。图5—6图5－7第3部分：仿真题1.对图5－8中的BUCK变换器进行电路仿真，并回答下列问题：1） 记录连续导通模式下电感电流iL及电容电压Vc的波形。测量输出电压的平均值，与理论计算值相比较，并分析二者不相等的原因。2） 将负载电阻增加为10Q时，记录断续导通模式下电感电流iL及电容电压vc的波形。图5－8第6章开关型直流-交流变换器习题第1部分：简答题1.简述有源逆变与无源逆变的区别，电压源型逆变器与电流源型逆变器的区别。2•关于SPWM控制技术，回答下列问题：1） 什么是异步调制？什么是同步调制？两者相比较各有何优、缺点？2） 分析为什么在同步调制时，载波比要取奇数？而且对于三相逆变器，载波还要求是3的倍数。3） 上述两种调制方式中，根据什么原则来判断应选择哪一种方式？4） 什么是分段同步调制，与上述两个方式相比它有什么优点？5） 什么是过调制？与线性调制相比，它有何优、缺点？过调制方式适合于哪种应用领域？6） 与SPWM控制方法相比，方波控制方法有何优、缺点？方波调制方法适用于什么场合？对于单相全桥逆变器，试从以下几个方面说明与双极性SPWM控制方式相比，单极性SPWM控制方式的优点，并分析这些优点对于逆变器的运行有什么好处？1） 逆变器直流侧输入电流脉动幅度。2） 等效开关频率。3） 输出电压谐波的特点。关于逆变器输出电流的脉动，回答下列问题：1） 给出输出电流脉动的定义，当负载为交流电动机时，说明为什么电流的脉动分量不提供负载的有功功率？2） 当输出电压的基波幅值相同时，说明在方波控制和SPWM控制下逆变器输出电流的脉动幅度有何区别，试分析造成这种区别的原因？3）试说明为什么在SPWM控制下，开关频率越高输出电流脉动越小。试从以下几个方面比较三相逆变器与单相逆变器的区别，并分析其原因：1）输出电压中谐波的特点。2）直流侧输入电流中低频分量的特点。关于实用的PWM型桥式变换器的死区现象，回答下列问题：1）什么是死区时间，为什么要保留死区时间。2）对于桥式DC－DC变换器，死区现象对输出电压有什么影响？3）对于桥式DC－AC逆变器，死区现象对输出电压有什么影响？关于PWM型逆变器控制方法中的计算法，回答下列问题：1）什么是计算法？2）什么是规则采样法？与自然采样法相比，规则采样法有何优点？3）画出规则采样法的示意图，并推导每个采样周期中脉冲宽度的计算公式。4）什么是特定谐波消去法？与方波控制法相比，特定谐波消去法有何优点？关于PWM型逆变器控制方法中的电流跟踪法，回答下列问题：1）什么是电流跟踪法？2）滞环比较法与三角波比较法相比，各有何优缺点？在控制方法方面，二者有哪些相同之处？PWM型逆变器的负载为交流电动机，其反电势为E,关于工作状态，回答下列问题：1） 在逆变器输出电压和电流（基波）所构成的坐标平面内，哪个象限中PWM型逆变器工作于逆变状态，为什么？如何控制逆变器输出电压才能使逆变器工作于逆变状态，为什么？2） 在逆变器输出电压和电流（基波）所构成的坐标平面内，哪个象限中PWM型逆变器工作于整流状态，为什么？如何控制逆变器输出电压才能使逆变器工作于整流状态，为什么？第2部分：画图及计算题1.如图6—1所示的半桥逆变器，SPWM控制方式，开关频率fs=1450Hz,Vd=600V,输出电压基波频率为50Hz，负载连接在A和o点之间。分析该电路，并回答下列问题：1） 计算频率调制比（载波比）m1） 计算频率调制比（载波比）mf。2） 当幅度调制比ma=0.8时，计算输出电压的基波峰值（U）和有效值aAo1（V）。Ao13） 简要证明（U）=maVd/2Ao1ad4） 为什么Ovmvl时，SPWM控制处于线性调节区域？a5） 根据Table8-1,ma=0.8时，计算v中最主要的5个谐波的有效值，并aAo指出这些谐波的频率。6） 在选择开关频率时，试分析开关频率过高或过低的利弊。Table8-1GeneralizedHamiouicsofvAofora0A0.60.8L0h0.2J0.20.40.60.8L0Fundamentall+242L15L0060,8180,601竹±20.0160.0610.13）0.2200.318与±40.0J82mf±]04900.3260.3700.3140.1812mf±30.0240.071@1390J122mf±500130,0333吟0.3350.1230.0830J710」133mf±20.0440.1390.2030J760.0623兮土40.0120.0470.1040.157±60,0160.0444mf±]0J630J570.0080,1050+0684吟i30.0120.0700.1320.1150.0094ffly±50.0340.0840J194ffly±70.0170.050Note:（匕扮屛沁1=（仇心百滋話Mb讪itedasafunctionof

2•单相全桥逆变器如图6—2所示，双极性SPWM控制方式。回答下列问题。图6－21） 为什么全桥逆变器比半桥逆变器能够输出更高的电功率？2） 简要证明输出电压基波峰值的表达式（线性调制）：V=mVd。o1 ad3） 为什么这种PWM控制方式称为双极性？3•三相逆变器，若输出线电压基波有效值（Vll）i=220V，频率为52Hz，负载为三相对称的Y型接法，解答下述问题：1） 若逆变器工作于方波控制方式，计算直流电源电压Vd和负载相电压有效值（VAn）1。2） 若逆变器工作于双极性SPWM控制方式，mf=39且ma=0.8，计算直fa流电源电压Vd和负载相电压有效值（VAn）］。4•结合图6—3研究单相全桥逆变器输出电流的脉动。输出电压基波Vo1频率为47Hz，负载为电感L=100mH与理想反电势e°（t）串联。回答下列问题：图6—31） 逆变器工作于方波控制方式时，若输出电压基波有效值Vo1=220V，计算此时所需要的直流电源电压vd；并计算此时输出电流脉动分量iripple的峰值。2） 逆变器工作于双极性SPWM控制方式时，mf=21且ma=0.8，若输出fa电压基波有效值Vo1=220V,计算此时所需要的直流电源电压Vd。5•证明对于特定谐波消去法，当1/4周期内开关时刻选择为：

a二0°,a二16.24。,a二22.06。时，可消除输出电压中的5次和7次谐波，且输出123电压基波峰值满足下式：V(V)=1.188fA。1 26•单相全桥逆变器如图6—2所示，方波控制方式，电源电压为Vd，开关周期为T,负载为纯感性负载，电感量为L。回答下列问题：计算稳态时负载电流i(t)的表达式。o画出稳态时下列电压和电流的波形(波形上应标注幅值)：vAB,id,i,i ,i ,i ,ivAB,idoTA+DA+TB+db+7•三相桥式逆变器如图6—4所示，方波控制方式。负载为三相平衡的纯阻性负载，Y形连接，中性点为n。画出稳态时下列两组电压和电流的波形，波形上应标注幅值(用Vd和一相负载电阻R来表示)：1)vvvvv,1)vvvvv,v 2)v,i,i,i,i,i,i丄)AN,BN,CN,AB,nNAn 2)AnABCTDdA+A+A B图6—48.图6-5(a)所示的单相全桥逆变电路工作于双极性SPWM模式。设载波比N=9要求：在图6-5(b)中画出1个调制信号波周期内的开关控制信号波形和输出电压uO的波形。图6-5(a)g377图6-5(b)图6-6(a)所示的半桥逆变电路，采用电流跟踪PWM控制方法中的滞环比较法。在图6-6(b)电流波形和容忍带范围的下方,对应画出器件TAJ开关控制信号的波形，并简述滞缓比较法的工作原理。 ＋N图6-6(a)图6-6(b)第3部分：仿真题利用SIMULINK仿真验证前面Table8-1中列出的数据。(仿真模型：sim_6_1.mdl)用SIMULINK仿真SPWM控制的三相桥式逆变器，记录输出电压和电流波形,并对其进行频谱分析，将分析结果与理论值相比较。(仿真模型：sim_6_2.mdl)第7章电力电子技术的应用习题第1部分：简答题关于感应电动机的变频调速，回答下列问题：1）什么是变频调速？2）变频时是否需要调压,如何调压?并简述理由。3）什么是直接变频电路？什么是间接变频电路？4） 什么是VSI变频器，什么是CSI变频器？说明CSI变频器的主要应用场合。5） 什么是能耗制动？结合图7—l（a），说明能耗制动的工作过程。6） 什么是再生制动？结合图7—1（b），说明再生制动对变频器前端变换器的要求，并简述再生制动的工作过程。7） 图7—1（b）中变频器前端能4象限工作的变换器可采用哪些具体的电路结构？8） 简述CSI变频器是如何实现再生制动的？9） 为什么方波-VSI变频器的前端必须采用可控整流电路？为什么该变频器的功率因数与电机转速有关？10） 与PWM-方波变频器及CSI变频器相比较，分析为什么PWM-VSI变频器应用最为广泛？MotorMotor4-quadrantSwitchModeConverter(operMnin2-quadrants)DiodeRwtirfierInverterInverter图MotorMotor4-quadrantSwitchModeConverter(operMnin2-quadrants)DiodeRwtirfierInverterInverter图7—1关于交交变频器，回答下列问题：1） 什么是交交变频器？2） 结合图7—2所示的单相交交变频器，说明其改变输出电压频率和幅值的方法。3） 交交变频器输出频率的上限与哪些因素有关？当采用6脉波三相桥式变流器时，输出上限频率约为多少？4） 与交直交变频器相比，简述交交变频器的优缺点，并说明交交变频器的主要应用领域。

图7－3结合图7－4所示电路，简述斩控式交流调压器的工作原理；并说明与相控式交流调压器相比，斩控式交流调压器有何优点？VDRL图VDRL图图4-77－4从动态响应速度、功率因数和容量等几个方面，分析直流电机PWM驱动器与直流电机的可逆晶闸管相控驱动器的优缺点，并说明这两类驱动器的适用领域？从效率、体积、电路复杂程度和EMI等几个方面，比较直流开关电源与直流线性电源各自的优缺点，并分析为什么开关电源的体积小、效率高？什么是UPS?举例说明UPS适用于什么类型的负载，并结合图7—5简述其工作原理。图7—5从电路结构和控制方式两个方面，比较交流调功电路与交流调压电路的异同之处；并说明这两种电路各适用于什么样的负载，为什么?分析电力系统中无功的危害。举出两种利用电力电子装置进行无功补偿的方法，并简述其工作原理。分析电网中谐波电流的危害。举出两种在设计变流器时可采用的减少谐波、提高功率因数的电路结构，并简述其工作原理。第2部分：画图及计算题桥式DC—DC变换电路如图7—6所示，负载为直流电动机，采用双极型PWM控制方式时，将电机处于正向电动状态时的电压、电流方向定义为正方向。假设电机处于正向电动的轻载运行状态，电机电流较小且在一个开关周期内正负交变，完成下题：1） 设此时占空比为0.6，画出开关器件VI〜V4驱动信号的波形2） 与上面驱动波形相对应，画出负载上电压uo和电流io的波形3） 在此基础上结合电流波形说明：在一个开关周期的不同区段上负载电流的路径，以及在该区段内电机的瞬时工作状态。图7—6在1题基础上，假设电机运行处于反向电动工作状态下，此时E=300V,Em=—100V,R=2Q,L足够大（使电机电流平直连续），Io=—10A,且电机处于稳态。完成下题：1） 求开关器件V1的控制占空比。2） 画出开关器件V1〜V4驱动信号的波形。（高电平为闭合，低电平为断开）3） 与上面的驱动波形相对应，画出负载电压uo的波形、开关器件V］的电流iV］和V2的电流iV2的波形，以及二极管VD］的电流iVD］和VD2的电流iVD2的波形。在1题基础上，假设电机运行处于反向制动工作状态，此时E=300V,R=20,L足够大（使电机电流平直连续），电机的制动电流为10A。在制动过程中，当Em=—100V时，完成下题：1） 求开关器件V1的控制占空比。2） 画出开关器件V1〜V4驱动信号的波形3） 与上面驱动波形相对应，画出负载电压uo的波形、开关器件V］的电流iV1和V2的电流iV2的波形，以及二极管VD］的电流iVD］和VD2的电流iVD2的波形。图7—7为反并联的晶闸管变流器,正/反两组变流电路都采用三相桥式晶闸管变流电路，负载为直流电动机。如图7—7所示，对电动机而言定义正向电动时的反电势和电流方向为正方向，对每组变流电路而言定义整流时输出电压的方向为正方向。回答下列问题：1） 电机反向电动时，哪组变流电路工作？工作于整流方式还是逆变方式，并简述理由。2） 电机反向制动时，哪组变流电路工作?工作于整流方式还是逆变方式，并简述理由。3） 设电网线电压Vll=380V,50Hz,网侧变压器漏抗Ls=1mH；负载中，电枢电阻R=2Q，与电机串联的平波电抗器足够大，使电机电流平直连续。假设电机处于正向电动状态，稳态时反电势Em=200V，电枢电流被控制为I°=10A。分析此时哪组变流器工作？求工作变流器的控制角a,并画出此时变流器输出电压的波形（画波形时可忽略换流时间）。4） 在3）给出的电路参数下，假设电机处于正向制动状态，电枢电流被控制为Io=—10A,当反电势Em=200V时，说明此时哪组变流器工作？求工作变流器的控制角a,并画出此时变流器输出电压的波形（画波形时可忽略换流时间）。

提示：可在下图基础上绘制波形图。uuuuuuuuabacbebacacbabacuuuuuuuuabacbebacacbabact图7—8为单端反激DC/DC变换器，输入直流电压Vd=12V±10%,开关频率fs=100KHz，选择变压器变比N2/N]=4,当电源电压±10%波动时，为了使输出电压V。恒定为48V,开关器件的占空比应在什么范围调节？图7—86•图7—9为单相交流调压电路，电源u1为工频220V,负载电阻R=5Q,电感L=0。设VT]和VT2的控制角为a1=a2=n/3,回答下列问题：1）在一个相同的交流电周期内，相位对应地画出下列波形：负载电压uo,负载电流i。，晶闸管VT］电流iVT1，晶闸管VT2电流iVT22） 计算输出电压有效值Uo和输出电流有效值Io3） 计算输出功率P。和功率因数PF4）计算晶闸管VT1的电流有效值IVT1图7－97.在6题基础上，负载参数变为R=0.5Q,L=2mH，回答下列问题：1） 计算控制角a的移相范围；2） a=n/2时，在一个相同的交流电周期内，相位对应地画出下列波形：负载电压u。，负载电流i。，晶闸管VT1电流iVT1，晶闸管VT2电流iVT28•交流调功电路如图7—9所示，电源u1为工频220V，负载电阻R=5Q,电感L=0。控制方式为晶闸管导通20个电周期，关断40个电周期。试计算负载平均功率P。。第8章功率半导体器件习题第1部分：填空题针对电力二极管的特性，完成下列题目：TOC\o"1-5"\h\z1） 将正向电流IF开始明显增加所对应的二极管两端的电压定义为 。2） 与正向电流IF对应的二极管两端的电压定义为 。3） 承受反向电压时，只有微小而数值恒定的电流流过，该电流定义为 。4） 承受很高反向电压而出现击穿时所对应的二极管两端的电压，定义为 。5） 从承受正向电压开始，到二极管完全导通所需要的时间定义为 。6） 在关断时，须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态，这段时间定义为 。7）二极管在关断之前有较大的 电流出现，并伴随有明显的 过冲。针对晶闸管的特性，完成下列题目1）晶闸管的关断时间由两段时间组成，分别是： 时间和 时间。2）将指定的管壳温度和散热条件下，晶闸管允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值定义为 电流，用It（av）表示。It（av）是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量，该电流对应的有效值为 倍It（av）。3） 使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为 ，用IH表示。晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为 ，用IL表示。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的 倍。4） 在门极断路且结温为额定值时，将允许重复加在器件上的正向峰值电压定义为 ，用Udrm表示；将允许重复加在器件上的反向峰值电压定义为 ，用Urrm表示。通常取晶闸管的Udrm和URRM中 （该空选项：较大或较小）的标值作为该器件的额定电压。选用时，应考虑安全裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的 倍。5） 断态电压临界上升率du/dt是指：在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。电压上升率过大，就会使晶闸管 。6） 通态电流临界上升率di/dt是指：在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率，如果电流上升太快，可能造成 而使晶闸管损坏。GTO的额定电流是用 电流来定义的。GTO最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为 ,该值一般很小，只有左右，这是GTO的一个主要缺点。针对GTR的特性，完成下列题目：1） 单管GTR的电流放大系数值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用 接法可有效增大电流增益。2） 在电力电子电路中，GTR工作在开关状态，在开关过程中，即在输出特性中区和 区之间过渡时，要经过放大区。3） 集电极最大允许电流IcM，通常被规定为当直流电流增益hFE下降到规定值的时所对应的集电极电流。4） GTR的安全工作区，由 、 、 及二次击穿临界线共同限定。针对电力MOSFET的特性，完成下列题目：1） 电力MOSFET属于单极型晶体管，即只有 载流子参与导电。导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，采用 集成结构。2） 电力MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的 、前者的饱和区对应后者的 、前者的非饱和区对应后者的 。3） 电力MOSFET的通态电阻具有 温度系数，对器件并联时的均流有利。4） 电力MOSFET的开关过程中，开通时间等于 时间与 之和，关断时间等于 时间和 时间之和。5） 使电力MOSFET开通所需要的最小栅源间电压定义为 电压，该电压的范围一般是 V。为了避免绝缘层击穿，栅源间电压一般不高于—V。针对IGBT的特性，完成下列题目：1） IGBT的正向输出特性分为三个区域，分别是： 区， 区和区。IGBT的开关过程，是在 区和 区之间切换。2） 使IGBT开通所需要的最小栅射极间电压