电力电子技术课程设计案例解析题集

电力电子技术课程设计案例解析题集姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.电力电子技术中，PWM技术主要应用于哪些领域？

A.交流直流变换

B.直流交流变换

C.电机控制

D.以上都是

2.晶闸管（SCR）的导通和关断主要依靠什么机制？

A.阳极电流

B.阴极电流

C.外部触发信号

D.阳极与阴极之间的电压

3.GTO的主要特点是什么？

A.较高的电流容量

B.较低的导通压降

C.较高的关断速度

D.以上都是

4.功率二极管的主要作用是什么？

A.作为开关元件的续流二极管

B.作为整流元件

C.作为钳位元件

D.以上都是

5.功率MOSFET与IGBT相比，有哪些优点？

A.较低的导通压降

B.较高的开关速度

C.较高的电流容量

D.以上都是

6.什么是软开关技术？

A.一种降低开关损耗的技术

B.一种提高效率的技术

C.一种实现零电压或零电流开关的技术

D.以上都是

7.电力电子装置的损耗主要有哪些？

A.导通损耗

B.关断损耗

C.漏电损耗

D.以上都是

8.什么是电网谐波？

A.电网中频率与基波不同的电流或电压成分

B.电网中频率低于基波的电流或电压成分

C.电网中频率高于基波的电流或电压成分

D.电网中所有频率的电流或电压成分

答案及解题思路：

1.答案：D

解题思路：PWM技术广泛应用于ACDC、DCAC、电机控制等多种领域。

2.答案：A

解题思路：晶闸管的导通和关断主要依靠阳极电流的变化。

3.答案：D

解题思路：GTO具有高电流容量、低导通压降和高速关断的特点。

4.答案：D

解题思路：功率二极管可以作为开关元件的续流二极管、整流元件和钳位元件。

5.答案：D

解题思路：功率MOSFET与IGBT相比，具有低导通压降、高开关速度和高电流容量的优点。

6.答案：C

解题思路：软开关技术是指在开关过程中实现零电压或零电流开关，以降低开关损耗。

7.答案：D

解题思路：电力电子装置的损耗包括导通损耗、关断损耗和漏电损耗。

8.答案：A

解题思路：电网谐波是指电网中频率与基波不同的电流或电压成分。二、填空题1.电力电子技术中，电力电子器件的基本特性包括开关特性、通态特性和控制特性。

2.晶闸管的三个电极分别为阳极、阴极和门极。

3.功率二极管的主要特性参数包括正向压降、反向恢复时间和额定电流。

4.功率MOSFET的主要特性参数包括栅极阈值电压、最大漏源电压和最大漏极电流。

5.GTO的关断损耗主要取决于关断电流和关断时间。

6.软开关技术的核心是减小开关损耗，提高效率。

7.电力电子装置的损耗包括导通损耗、开关损耗和传导损耗。

8.电网谐波会对电力系统产生降低电能质量、增加设备损耗和影响系统稳定性等不良影响。

答案及解题思路：

1.答案：开关特性、通态特性、控制特性

解题思路：根据电力电子器件在不同工作状态下的特性，可以总结出其开关特性、通态特性和控制特性是基本特性。

2.答案：阳极、阴极、门极

解题思路：晶闸管作为一种四层三端器件，其三个电极的命名是标准化的。

3.答案：正向压降、反向恢复时间、额定电流

解题思路：功率二极管的主要特性参数通常包括其正向导通时的压降、反向恢复时间以及其能够承受的最大电流。

4.答案：栅极阈值电压、最大漏源电压、最大漏极电流

解题思路：功率MOSFET的关键参数包括其栅极触发所需的电压、最大可承受的漏源电压和漏极电流。

5.答案：关断电流、关断时间

解题思路：GTO（门极可关断晶闸管）的关断损耗与其关断时的电流和所需的时间密切相关。

6.答案：减小开关损耗，提高效率

解题思路：软开关技术旨在通过优化开关过程来减少能量损耗，从而提高整体效率。

7.答案：导通损耗、开关损耗、传导损耗

解题思路：电力电子装置的损耗可以从导通时的损耗、开关时的损耗以及传导过程中的损耗来分类。

8.答案：降低电能质量、增加设备损耗、影响系统稳定性

解题思路：电网谐波的存在会干扰电力系统的正常工作，导致电能质量下降、设备寿命缩短以及系统稳定性受影响。三、判断题1.电力电子器件的开关速度越快，其导通压降越低。（√）

解题思路：电力电子器件的开关速度越快，意味着器件的开通和关断时间越短，这通常伴器件在工作时产生的热量减少，因此导通压降会降低。

2.晶闸管（SCR）的触发电流与控制极电流成正比。（×）

解题思路：晶闸管的触发电流并不一定与控制极电流成正比，触发电流通常小于控制极电流，且触发电流与晶闸管的具体结构和触发条件有关。

3.功率MOSFET与IGBT相比，具有更低的导通压降。（√）

解题思路：功率MOSFET的导通压降通常比IGBT低，因为MOSFET的结构允许其导通时压降较小，而IGBT的导通压降较高。

4.GTO的导通和关断主要依靠外部控制电路。（√）

解题思路：GTO（GateTurnOff）晶闸管需要外部控制电路来精确控制其导通和关断，因为其内部结构较复杂，不能像普通晶闸管那样通过阳极电流自动关断。

5.软开关技术可以有效地降低电力电子装置的开关损耗。（√）

解题思路：软开关技术通过优化开关过程，使得开关器件在零电压或零电流状态下切换，从而显著降低开关损耗。

6.电网谐波不会对电力系统产生严重影响。（×）

解题思路：电网谐波会对电力系统产生严重影响，如影响电气设备的功能、增加损耗、干扰通信等。

7.电力电子技术的主要目的是提高电力系统的电能质量。（√）

解题思路：电力电子技术通过控制电能的转换和传输，旨在提高电能质量，包括稳定性、可靠性和效率。

8.电力电子装置的损耗主要包括导通损耗、开关损耗和热损耗。（√）

解题思路：电力电子装置的损耗确实主要包括导通损耗（器件导通时的电阻损耗）、开关损耗（器件开关过程中的能量损耗）和热损耗（器件运行时产生的热量损耗）。四、简答题1.简述电力电子技术的应用领域。

答案：

电力电子技术的应用领域广泛，主要包括以下几方面：

（1）电力系统：如电能变换、电能传输、电能分配等；

（2）工业领域：如变频调速、伺服驱动、直流电机控制等；

（3）交通领域：如电动汽车、轨道交通、船舶电力推进等；

（4）家用电器：如空调、冰箱、洗衣机等；

（5）新能源：如太阳能、风能、生物质能等的并网发电等。

解题思路：

首先列举电力电子技术的应用领域，然后分别说明各个领域的具体应用。

2.比较晶闸管、GTO、IGBT等电力电子器件的优缺点。

答案：

（1）晶闸管：优点是结构简单、成本低；缺点是开关速度快、损耗大、控制功能差。

（2）GTO（门极可控晶闸管）：优点是开关速度快、损耗小、控制功能好；缺点是结构复杂、成本高、驱动电路复杂。

（3）IGBT（绝缘栅双极型晶体管）：优点是开关速度快、损耗小、控制功能好、驱动电路简单；缺点是成本较高。

解题思路：

分别列举晶闸管、GTO、IGBT三种电力电子器件的优缺点，然后进行对比分析。

3.解释PWM技术的原理及其在电力电子技术中的应用。

答案：

PWM（脉冲宽度调制）技术是一种模拟数字混合调制技术，其原理是通过改变脉冲宽度来调节输出电压或电流的平均值。在电力电子技术中，PWM技术广泛应用于变频调速、电机控制、电能变换等领域。

解题思路：

首先解释PWM技术的原理，然后说明其在电力电子技术中的应用。

4.简述软开关技术的原理及其优势。

答案：

软开关技术是一种通过减小开关器件的开关损耗来提高电力电子装置效率的技术。其原理是在开关过程中，使得开关器件在零电压或零电流状态下导通或关断。软开关技术的优势包括：降低开关损耗、提高装置效率、减小电磁干扰等。

解题思路：

首先简述软开关技术的原理，然后说明其优势。

5.分析电力电子装置的损耗产生原因及其控制方法。

答案：

电力电子装置的损耗主要产生于以下原因：

（1）开关损耗：由开关器件的导通和关断过程中的能量损耗引起；

（2）导通损耗：由导通时的电阻损耗引起；

（3）散热损耗：由器件发热引起的能量损耗。

控制方法包括：

（1）选择合适的开关器件，降低开关损耗；

（2）优化电路设计，减小导通损耗；

（3）采用散热措施，降低散热损耗。

解题思路：

首先分析电力电子装置的损耗产生原因，然后提出相应的控制方法。

6.简述电网谐波的产生原因及其危害。

答案：

电网谐波的产生原因包括：

（1）非线性负载：如变频器、开关电源等；

（2）非线性电路：如电力电子装置、电感、电容等；

（3）电力系统不平衡：如三相不平衡、负载不平衡等。

电网谐波的危害包括：

（1）降低电力设备的使用寿命；

（2）影响电力系统的稳定性；

（3）干扰通信、电视等信号。

解题思路：

首先简述电网谐波的产生原因，然后说明其危害。

7.电力电子技术如何提高电力系统的电能质量？

答案：

电力电子技术提高电力系统电能质量的方法包括：

（1）采用滤波器消除谐波；

（2）采用PWM技术实现变频调速，降低电压波动；

（3）采用电力电子装置实现无功补偿，提高功率因数；

（4）采用电力电子装置实现电能变换，降低电压偏差。

解题思路：

首先提出电力电子技术提高电力系统电能质量的方法，然后分别说明每种方法的原理和应用。五、计算题1.计算晶闸管导通时的导通压降。

设定：晶闸管的额定电流IT、额定电压VT、导通时的平均电流Ia、环境温度Ta

计算公式：Vd=Vd(on)Vt(Ta)IaRd

解答：根据晶闸管的规格书或实验数据，查找导通压降Vd(on)和温度系数Vt(Ta)，以及晶闸管导通时的平均电流Ia和导通电阻Rd，代入公式计算得到导通压降Vd。

2.计算功率MOSFET导通时的导通压降。

设定：MOSFET的阈值电压Vth、漏源电压Vds、栅极电压Vgs

计算公式：Vd=VgsVth(VdsVgs)^2/(2Rds(on))

解答：根据MOSFET的参数，确定阈值电压Vth、漏源电压Vds和栅极电压Vgs，以及导通电阻Rds(on)，代入公式计算得到导通压降Vd。

3.计算功率二极管的正向压降。

设定：功率二极管的正向电流IF、结温Tj

计算公式：Vf=Vf(IF)Vf(Tj)

解答：查找功率二极管在正向电流IF下的正向压降Vf(IF)和结温Tj下的压降系数，代入公式计算得到正向压降Vf。

4.计算GTO关断损耗时的主要影响因素。

设定：GTO的关断电流Ig、关断时间toff、关断损耗Poff

计算公式：Poff=Ig^2toff(Vf(on)Vf(off))

解答：根据GTO的规格书或实验数据，确定关断电流Ig、关断时间toff和导通/关断压降Vf(on)/Vf(off)，代入公式计算得到关断损耗Poff。

5.计算电力电子装置的开关损耗。

设定：开关器件的开关频率fs、开关损耗Psw

计算公式：Psw=fsw(PonPoff)

解答：根据电力电子装置的开关频率fs和开关器件的导通损耗Pon、关断损耗Poff，代入公式计算得到开关损耗Psw。

6.计算电网谐波含量。

设定：电网基波频率f1、谐波次数k、谐波电流Ik

计算公式：THD=sqrt((Ik^2/f1^2)/(Ik^2/f1^2Ik^2/(f1k)^2Ik^2/(f1k^2)^2))

解答：根据谐波次数k和谐波电流Ik，计算总谐波失真THD。

7.计算软开关技术的开关频率。

设定：软开关技术的效率η、开关损耗Psw、电源电压V电源

计算公式：fs=Psw/(ηV电源)

解答：根据软开关技术的效率η、开关损耗Psw和电源电压V电源，代入公式计算得到开关频率fs。

答案及解题思路：

答案：根据上述计算公式和给定的参数值，计算每个问题的具体数值。

解题思路：首先明确每个计算问题的设定和公式，然后根据提供的参数值进行计算，最后得出结果。注意公式的应用和参数的单位一致性。六、论述题1.阐述电力电子技术在我国的发展现状及趋势。

1.1现状

电力电子设备市场快速增长

技术创新成果显著，国产化程度提高

应用领域不断拓展，从工业、交通到家庭生活

1.2趋势

智能化、数字化、网络化发展

高效、节能、环保的电力电子器件

产业链完善，创新能力提升

2.分析电力电子技术在提高电能质量方面的作用。

2.1电压调节

通过电力电子变压器实现电压的精确调节

提高电压稳定性，减少电压波动

2.2无功补偿

采用电力电子无功补偿装置提高系统功率因数

降低线路损耗，提高电能传输效率

2.3滤波器应用

消除谐波，提高电能质量

降低电磁干扰，保护设备安全

3.讨论电力电子技术在节能领域的应用前景。

3.1节能潜力

电力电子变压器在输电系统中的应用

高效节能的电力电子器件普及

系统优化与能源管理

3.2应用前景

工业领域节能减排

交通领域新能源汽车

建筑领域智能电网

4.探讨电力电子技术在新能源领域的发展机遇。

4.1新能源接入

逆变器技术提高新能源并网稳定性

电网与新能源的互动优化

4.2应用拓展

太阳能光伏发电

风力发电

潮汐能发电

5.分析电力电子技术在智能化电力系统中的应用。

5.1智能变电站

电力电子设备实现电压、频率等参数的实时监测与控制

提高系统可靠性，降低运维成本

5.2智能电网

分布式能源管理

负荷预测与优化调度

用户互动与服务

答案及解题思路：

答案：

1.我国电力电子技术发展迅速，智能化、数字化、网络化趋势明显。技术创新成果丰富，应用领域不断拓展，产业链完善，创新能力提升。

2.电力电子技术在提高电能质量方面具有重要作用，包括电压调节、无功补偿、滤波器应用等，能够有效提高电压稳定性，降低线路损耗，消除谐波。

3.电力电子技术在节能领域具有广阔的应用前景，包括工业、交通、建筑等领域，通过应用电力电子变压器、高效节能器件、系统优化等措施，实现节能减排。

4.电力电子技术在新能源领域的发展机遇巨大，新能源并网稳定性提高，应用拓展至太阳能、风能、潮汐能等领域。

5.电力电子技术在智能化电力系统中发挥重要作用，包括智能变电站和智能电网的建设，提高系统可靠性，降低运维成本，实现分布式能源管理和用户互动。

解题思路：

1.结合我国电力电子技术发展现状，分析其发展趋势。

2.从电压调节、无功补偿、滤波器应用等方面，论述电力电子技术在提高电能质量方面的作用。

3.讨论电力电子技术在节能领域的应用前景，包括工业、交通、建筑等领域。

4.分析电力电子技术在新能源领域的发展机遇，包括新能源并网、应用拓展等。

5.结合智能变电站和智能电网的建设，探讨电力电子技术在智能化电力系统中的应用。七、实验题1.实验验证PWM技术在电机控制中的应用。

实验题目：通过PWM技术实现对异步电动机速度控制的实验研究

实验内容：搭建PWM控制异步电动机的实验平台，通过改变PWM信号的占空比来调整电动机的转速，记录不同占空比下电动机的转速和电流数据。

实验目的：验证PWM技术在电机控制中的可行性，分析PWM控制对电机功能的影响。

2.实验分析晶闸管的触发与关断特性。

实验题目：晶闸管的触发与关断特性测试实验

实验内容：利用实验设备对晶闸管进行触发和关断实验，测试晶闸管的导通电流、关断时间等特性参数。

实验目的：分析晶闸管在不同触发条件下的工作特性，研究晶闸管的可靠性和稳定性。

3.实验研究GTO的开关特性。

实验题目：GTO晶体管的开关特性研究

实验内容：对GTO晶体管进行开关实验，测量其开通时间、关断时间、开通电压、关断电压等参数。

实验目的：研究GTO晶体管的开关特性，评估其在电力电子装置中的应用潜力。

4.实验对比功率MOSFET与IGBT的开关特性。

实验题目：功率MOSFET与IGBT开关特性对比实验

实验内容：对功率MOSFET和IGBT进行开关实验