《电力电子技术》题库及答案

电力电子技术习题及答案一、填空题(每空

1

分，共５０分)1、对同一晶闸管，维持电流

IH

与擎住电流

IL

在数值大小上有

IL

IH。2、功率集成电路

PIC

分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是

。3、晶闸管断态不重复电压

UDSM

与转折电压

UBO

数值大小上应为，UDSM

UBO。4、电阻负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压

UFm

等于

，设

U2

为相电压有效值。5、三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差

。6、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值

。7、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻

R

是

措施。8、三相全控桥式变流电路交流侧非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有

二种方式。9、抑制过电压的方法之一是用

吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。10、180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在

的上、下二个开关元件之间进行。11、改变

SPWM

逆变器中的调制比，可以改变

的幅值。12、为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是

。13、恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是

。14、功率晶体管缓冲保护电路中二极管要求采用

型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。15、晶闸管门极触发刚从断态转入通态即移去触发信号，能维持通态所需要的最小阳极电流，称为：

。16、晶闸管的额定电压为断态重复峰值电压

UDRm

和反向重复峰值电压

URRm

中较

的规化值。17、普通晶闸管的额定电流用通态平均电流值标定，双向晶闸管的额定电流用

标定。18、晶闸管的导通条件是：晶闸管

和阴极间施加正向电压，并在

和阴极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。19、温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而

，正反向漏电流随温度升高而

，维持电流

IH

会

，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而

。导通后流过晶闸管的电流由

决定，负载上电压由

决定。20、晶闸管的派生器件有：

、

、

、

等。21、功率场效应管在应用中的注意事项有：（1）

，（2）

，（3）

，（4）

。第1

页共11

页22、整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为

，它是对应于整流的逆向过程。23、

与开关的频率和变换电路的形态性能等因素有关。24、如果将逆变电路交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电，反送到电网上去称为：

。25、

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。

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供给负载。26、

的作用是抑制电力电子器件的内因过电压

du/dt

或者过电流

di/dt,减少器件的开关损耗。27、VDMOS

的安全工作区分为：（1）

。（2）

。（3）

。28、晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为

，即

tq=trr+tgr。29、IGBT

有三个电极，分别是

、 、

。如果

接电源的正极，

接电源的负极，它的导通和关断由

来控制。30、电流从一个臂向另一个臂转移的过程称为

。二、单项选择题：(每小题

2

分，从每小题的四个备选选答案，选出一个正确答案，并将正确答案的号码填在题干后面的括号内))１、功率晶体管

GTR

从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为(A.一次击穿 B.二次击穿 C.临界饱和D.反向截止)２、逆导晶闸管是将大功率二极管与何种器件集成在一个管芯上而成(A.大功率三极管 B.逆阻型晶闸管 C.双向晶闸管D.可关断晶闸管３、在晶闸管应用电路中，为了防止误触发应将幅值限制在不触发区的信号是( )A.干扰信号 B.触发电压信号 C.触发电流信号 D.干扰信号和触发信号)４、当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在(A.导通状态 B.关断状态 C.饱和状态 D.不定５、单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是( )A.90° B.120° C.150° D.180°６、单相全控桥大电感负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为( )A.22

U222B. 2U C.2

2U2D.

6U７、单相全控桥电阻性负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为()22A. 2U B.2

2UC.22

U22第2

页共11

页D.

6U)８、单相全控桥式整流大电感负载电路中，控制角α的移相范围是( )A.0°～90° B.0°～180° C.90°～180° D.180°～360°９、单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ=(A.π-α B.π+α C.π-δ-α D.π+δ-α10、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角γ与哪几个参数有关(第3

页共11

页)B.α以及负载电流

IdD.α、U2

以及变压器漏抗

XC)A.α、负载电流

Id

以及变压器漏抗

XCC.α和

U211、三相半波可控整流电路的自然换相点是(A.交流相电压的过零点B.本相相电压与相邻相电压正半周的交点处D.比三相不控整流电路的自然换相点滞后

60°)C.比三相不控整流电路的自然换相点超前

30°12、可在第一和第四象限工作的变流电路是(A.三相半波可控变电流电路C.接有续流二极管的三相半控桥B.单相半控桥D.接有续流二极管的单相半波可控变流电路13、快速熔断器可以用于过电流保护的电力电子器件是( )A.功率晶体管 B.IGBT C.功率

MOSFET D.晶闸管14、若增大

SPWM

逆变器的输出电压基波频率，可采用的控制方法是( )A.增大三角波幅度 B.增大三角波频率 C.增大正弦调制波频率 D.增大正弦调制波幅度15、采用多重化电压源型逆变器的目的，主要是为( )A.减小输出幅值 B.增大输出幅值 C.减小输出谐波 D.减小输出功率16、电流型逆变器中间直流环节贮能元件是( )A.电容 B.电感 C.蓄电池 D.电动机三、名词解释（每小题

4

分，）1、电力电子技术

2、二次击穿

3、安全工作区

4、相控方式

5、换相重叠角γ

6、电力电子器件

7、电流波形的波形系数

Kf

8、晶闸管的伏安特性

9、门极触发电流

IGT

10、电流关断增益βoff

11、换流

12、整流器

13、电压纹波系数γu

14、输入功率因数

PF

15、相控方式

16、移相范围

17、换相重叠角γ

18、直流变换电路

19、交流变换电路

四、简答题1、晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?2、晶闸管的关断条件是什么? 如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?3、某晶闸管型号规格为

KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?4、无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？第4

页共11

页5、试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？6、晶闸管的非正常导通方式有哪几种？7、请简述晶闸管的关断时间定义。8、怎样确定

GTR

的安全工作区

SOA?9、与

GTR、VDMOS

相比，IGBT

管有何特点?10、试简述

Buck-Boost

电路同

Cuk

电路的异同。11、GTR

对基极驱动电路的要求是什么？12、在大功率

GTR

组成的开关电路中为什么要加缓冲电路?13．试说明

VDMOS

的安全工作区。14、试简述功率场效应管在应用中的注意事项。15、与

GTR、VDMOS

相比，IGBT

管有何特点?16．缓冲电路的作用是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别，各自的功能是什么？五、计算题（每题

10

分）1、有一开关频率为

50kHz

的库克变换电路，假设输出端电容足够大，使输出电压保持恒定，并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压

Ud=10V，输出电压

U0

调节为

5V

不变。试求:占空比；电容器

C1

两端的电压

Uc1；(3)

开关管的导通时间和关断时间。第5

页共11

页2、有一开关频率为

50kHz

的

Buck

变换电路工作在电感电流连续的情况下，L=0.05mH，输入电压Ud=15V，输出电压

U0=10V求占空比

D

的大小；求电感中电流的峰-峰值ΔI；若允许输出电压的纹波ΔU0/U0=5%，求滤波电容

C

的最小值。3、某电阻性负载，Rd=50Ω,要求

Ud

在

0~600V

可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算：晶闸管额定电压、电流值；连接负载的导线截面积(导线允许电流密度

j=6A／mm2)；负载电阻上消耗的最大功率。参考答案一、填空题(每空

1

分，共５０分)1.大于(或≈(2～4)) 2.智能功率集成电路

3.小于(或<) 4.UFm

2U25.120°

6.下降7.静态均压

8.Y

形和△形

9.储能元件

10.同一相

11.输出电压基波12.(一个)较大的负电流13.减小存储时间

14.快速恢复 15.维持电流 16．小 17.正弦电流有效值 18

阳极，门极22、逆变

23、开关损耗19、减小，增大，减小，减小，负载阻抗，输入阳极电压

UA20、快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管21、（1）过电流保护，（2）过电压保护，（3）过热保护，（4）防静电。24、有源逆变 25、有源逆变，无源逆变 26、缓冲电路30、换流27、（1）正向偏置安全工作区。 （2）开关安全工作区。 （3）换向安全工作区。28、关断时间 29、集电极

C、发射极

E、栅极

G、集电极

C、发射极

E、栅极电压

UGE二、单项选择题１、B２、B３、A４、B ５、D６、B７、C８、A９、C1０、A１１、B１２、A１３、D１４、C１５、C１６、B三、名词解释1、电力电子技术：将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制，构成了一门完整的学科，被国际电工委员会命名为电力电子学（PowerElectronics）或称为电力电子技术。2、二次击穿：一次击穿发生时

IC

增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降。常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变

。3、安全工作区

SOA(Safe

Operation

Area)：是指在输出特性曲线图上

GTR

能够安全运行的电流、电压的极限范围。按基极偏置分类可分为正偏安全工作区

FBSOA

和反偏安全工作区

RBSOA。4、相位控制方式：这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。5、换相重叠角γ：实际工作中，整流变压器存在漏抗，晶闸管之间的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角γ。6、电力电子器件：电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导体电子器件称为电力电子器件。7、

电流波形的波形系数：定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流波形的波形系数，用

K

表示：f电流有效值

电流第平6

均页值共

11

页fK 8、

晶闸管的伏安特性：晶闸管阳极与阴极之间的电压Ua

与阳极电流Ia

的关系曲线称为晶闸管的伏安特性。9、门极触发电流

IGT：在室温下，晶闸管加

6V

正向阳极电压时，使元件完全导通所必须的最小门极电流，称为门极触发电流

IGT。10、电流关断增益：GTO

的门极可关断能力可用电流关断增益βoff

来表征，最大可关断阳极电流

IATO

与门极负脉冲电流最大值

IGM

之比称为电流关断增益:βoff=

IATO

/

IGM11、换流：电流从一个臂向另一个臂转移的过程称为换流（或换相）。12、整流器：利用电力电子器件的可控开关特性把交流电能变为直流电能的整流电路构成的系统称为整流器。整流器的输出电压是脉动的，其中除了有主要的直流成分外，还有一定的交流谐波成分。13、电压纹波系数γu：定义整流器的输出电压的交流纹波有效值

UH

与直流平均值

UD

之比为电压纹波系数γu。即γu=

UH

/UD14、输入功率因数

PF：定义交流电源输入有功功率平均值

P

与其视在功率

S

之比为输入功率因数

PF（Powerfactor）,即PF=P/S，

S=USIS15、相位控制方式：这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。16、移相范围：整流输出电压

Ud

的平均值从最大值变化到零时，控制角α的变化范围为移相范围。17、换相重叠角γ：实际工作中，整流变压器存在漏抗，晶闸管之间的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角γ。18、直流变换电路：利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流电能的电路称为直流变换电路。(开关型

DC/DC

变换电路/斩波器)。19、交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数）加以转换的电路。交流电力控制电路维持频率不变改变输出电压的幅值。分类第7

页共11

页交一交变频电路（直接变频电路）将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电直接变频的同时也可实现电压变换。四、简答题1、晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压

UA

决定。2、晶闸管的关断条件是什么? 如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流

IA

减小，IA

下降到维持电流

IH

以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压

UA

决定。3、某晶闸管型号规格为

KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?解：KP

代表普通型晶闸管，200

代表其晶闸管的额定电流为

200A，8

代表晶闸管的正反向峰值电压为800V，D

代表通态平均压降为

0.6V<UT<0.7V。4、无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？答：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供给负载。5、试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（Ｂuck），升压斩波电路（Ｂoost），升降压斩波电路（Ｂuck－Ｂoost）和库克（Ｃook）斩波电路。降压斩波电路是：一种输出电压的平均值低于输入直流电压的变换电路。它主要用于直流稳压电源和直流直流电机的调速。升压斩波电路是：输出电压的平均值高于输入电压的变换电路，它可用于直流稳压电源和直流电机的再生制动。升降压变换电路是输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反。主要用于要求输出与输入电压反向，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。库克电路也属升降压型直流变换电路，但输入端电流纹波小，输出直流电压平稳，降低了对滤波器的要求。6、晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1)

Ig=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1)

阳极电压上升率

du/dt

过高；(3)结温过高。7、请简述晶闸管的关断时间定义。答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。即tq

trr

tgr

。8、怎样确定

GTR

的安全工作区

SOA?答：安全工作区是指在输出特性曲线图上

GTR

能够安全运行的电流、电压的极限范围。按基极偏量分类可分为：正偏安全工作区

FBSOA

和反偏安全工作区

RBSOA。正偏工作区又叫开通工作区，它是基极正向偏量条件下由

GTR

的最大允许集电极功耗

PCM

以及二次击穿功率

PSB，ICM，BUCEO

四条限制线所围成的区域。反偏安全工作区又称为

GTR

的关断安全工作区，它表示在反向偏置状态下

GTR

关断过程中电压

UCE，电流

IC限制界线所围成的区域。9、与

GTR、VDMOS

相比，IGBT

管有何特点?答：IGBT

的开关速度快，其开关时间是同容量

GTR

的

1/10，IGBT

电流容量大，是同容量

MOS

的

10

倍；与

VDMOS、GTR

相比，IGBT

的耐压可以做得很高，最大允许电压

UCEM

可达

4500V，IGBT

的最高允许结温

TJM为

150℃，而且

IGBT

的通态压降在室温和最高结温之间变化很小，具有良好的温度特性；通态压降是同一耐压规格

VDMOS

的

1/10，输入阻抗与

MOS

同。10、试简述

Buck-Boost电路同

Cuk

电路的异同。答：这两种电路都有升降压变换功能，其输出电压与输入电压极性相反，而且两种电路的输入、输出关系式完全相同，Buck-Boost

电路是在关断期内电感

L

给滤波电容

C

补充能量，输出电流脉动很大，而

Cuk第8

页共11

页电路中接入了传送能量的耦合电容

C1，若使

C1

足够大，输入输出电流都是平滑的，有效的降低了纹波，降低了对滤波电路的要求。11、GTR对基极驱动电路的要求是什么？答：要求如下：（1）提供合适的正反向基流以保证

GTR

可靠导通与关断，（2）实现主电路与控制电路隔离，（3）自动保护功能，以便在故障发生时快速自动切除驱动信号避免损坏

GTR。（4）电路尽可能简单，工作稳定可靠，抗干扰能力强。12、在大功率

GTR

组成的开关电路中为什么要加缓冲电路?答：缓冲电路可以使

GTR

在开通中的集电极电流缓升，关断中的集电极电压缓升，避免了

GTR

同时承受高电压、大电流。另一方面，缓冲电路也可以使

GTR

的集电极电压变化率

du/dt

和集电极电流变化率

di/dt得到有效值抑制，减小开关损耗和防止高压击穿和硅片局部过热熔通而损坏

GTR。13．试说明

VDMOS

的安全工作区。答：VDMOS

的安全工作区分为：（1）正向偏置安全工作区，由漏电源通态电阻限制线，最大漏极电流限制线，最大功耗限制线，最大漏源电压限制线构成。（2）开关安全工作区：由最大峰值漏极电流

ICM，最大漏源击穿电压

BUDS

最高结温

IJM

所决定。（3）换向安全工作区：换向速度

di/dt

一定时，由漏极正向电压UDS

和二极管的正向电流的安全运行极限值

IFM

决定。14、试简述功率场效应管在应用中的注意事项。答：（1）过电流保护，（2）过电压保护，（3）过热保护，（4）防静电。15、与

GTR、VDMOS

相比，IGBT

管有何特点?答：IGBT

的开关速度快，其开关时间是同容量

GTR

的

1/10，IGBT

电流容量大，是同容量

MOS

的

10

倍；与

VDMOS、GTR

相比，IGBT

的耐压可以做得很高，最大允许电压

UCEM

可达

4500V，IGBT

的最高允许结温

TJM为

150℃，而且

IGBT

的通态压降在室温和最高结温之间变化很小，具有良好的温度特性；通态压降是同一耐压规格

VDMOS

的

1/10，输入阻抗与

MOS

同。缓冲电路的作用是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别，各自的功能是什么？答：缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压

du/dt

或者过电流

di/dt,减少器件的开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路是对

du/dt

抑制的电路，用于抑制器件的关断过电压和换相过电压，抑制

du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路是对

di/dt

抑制的电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和

di/dt，减小器件的开通损耗。五、计算题（每题

10

分）1、有一开关频率为

50kHz

的库克变换电路，假设输出端电容足够大，使输出电压保持恒定，并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压

Ud=10V，输出电压

U0

调节为

5V

不变。试求：占空比；（2）电容器

C1

两端的电压

Uc1；(3)

开关管的导通时间和关断时间。解：(1)

因为d0U

－

5

1O d1

D

U

U

5

10

3D UOU 则

D

o(注意U

5V

)(2)d1311C

110

15V1

U 1

DU on1(3) t

DT

1

off第9

页共11

页1

13.34s

6.67s t

(1

D)T

2

3 50

103 3 50

1032、有一开关频率为

50kHz

的

Buck

变换电路工作在电感电流连续的情况下，L=0.05mH，输入电压Ud=15V，输出电压

U0=10V。(1)

求占空比

D

的大小； (2)

求电感中电流的峰-峰值ΔI；(3)

若允许输出电压的纹波ΔU0/U0=5%，求滤波电容

C

的最小值。Ud 1解：（1）

，U

0 DD

U0

10

0.667Ud 15L（2）

I

UO

(UdUO

)

Ud

D(1

D)

150.667(1

0.667)

1.333AfLU fL 50103

0.05103d(3)因为0UU0

t2c

2(1

D)( ) f

50kHz2 f1fc

2

LC则22 ff0.05

(1

D)(

c

)22c0.05

2

f

2f 2(1

D)min0.05

8Lf

2 0.05

8

0.05

103

(50

103

)21

D 1

0.667C

6.66106F

6.66

µF3、某电阻性负载，Rd=50Ω,要求

Ud

在

0~600V

可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算：晶闸管额定电压、电流值；连接负载的导线截面积(导线允许电流密度

j=6（A／mm2）；负载电阻上消耗的最大功率。解：（1）单相半波

0

时,U2

Uddd0.45

0.45

R

50

600

1333V

,

I

Ud

600

12A晶闸管的最大电流有效值IT

1.57Id

18.8A晶闸管额定电流为T(AV)I 1.57IT

12(A)晶闸管承受最大电压为U

RM

2U2

=1885V取

2

倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为

4000V

和

30A。所选导线截面积为S

IJ

18.863.13mm

2负载电阻上最大功率R TP

I2R

17.7kW0.9

0.92ddR 50（2）单相全控桥

0

时,U

Ud

600

667V

,

I

Ud

600

12A负载电流有效值I

1.11Id

13.3A(Kf=1.11)晶闸管的额定电流为T(AV)I 1.57IT

6(A)TI

=I2晶闸管承受最大电压为U

RM