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1、、填空题（每空1分，共15分）1、晶闸管导通的条件是、。2、电子器件据其能被控制信号所控制的程度，可分为三大类:3、 擎住电流是指晶闸管刚从 转入,移除触发信号使元件保持导通所 需最小阳极电流。4、 绝缘栅晶体管（IGBT）是 和 的复合型器件。5、 根据无源逆变器直流输入端接入滤波器的不同，可分为 型逆变器和 型逆变器，按电子开关的工作规律分，无源逆变器的基本类型为 和6、将一个 直流电压变换为 直流电压的技术称为直流斩波技术。二、简答题（每题5分，共30分）1、全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RCD缓冲电路各元件的作用？2、简述电压型逆变器和电流型逆变器主电路中每一桥臂的结构，
2、并分析二极管的作用。3、什么叫逆变失败？有何危害？4、什么是IGBT擎住效应？它有什么危害？5、简要说明锯齿波垂直移相触发电路中，控制电压、偏移电压各有什么作用？6、简述电力晶体管产生二次击穿的原因。三、计算题（每题15分，共30分）1、单相桥式全控整流电路为阻感负载，变压器次级电压有效值为200V，3L R，R = 20Q，a = 60。（1）求输出整流电压与电流平均值，晶闸管电流平均值与有效值。（2）绘制电路波形，i，u 。d d VT12、三相半波可控整流电路为阻感负载，3L R，若变压器次级相电压有效值为100V，R = 20Q, a = 60。（1）计算输出整流电压与电流平均值。（2
3、）选择晶闸管电压与电流定额。（3）绘制电路波形ud, id。四、论述题（10分）试述实现有源逆变的条件，并说明有源逆变与无源逆变的异同。五、分析题（15分）画出升压式直流斩波器的电路拓扑，若电子开关采用全控型器件，（1）推导电路的输出电压和输入电压的关系。（2）说明电子开关的控制方式。（3）说明电路的优缺点。、填空题（每空1分，共15分）1、维持电流是指室温和门极断开时，元件维持通态所必需的 电流。2、 全控型开关器件：GTR，IGBT，MOSFET中属于电流型驱动的开关管有，属 于电压型驱动的开关管有、。3、 有源逆变是将 转化为和电网同频率的 的过程。4、 无源逆变是将 转化为负载所需要的
4、。5、 斩波电路电力电子开关的控制方式主要有、和。6、对三相桥式整流电路，要保证晶闸管同时导通可采用以下两种触发方式：或 触发脉冲。7、 将一个 直流电压变换为 直流电压的技术称为直流斩波技术。二、简答题（每题5分，共35分）1、为什么必须限制晶闸管的通态电流临界上升率（di/dt）?2、什么是IGBT掣住效应？它有什么危害？3、简述电力晶体管产生二次击穿的原因。4、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？5、根据逆变器直流输入端接入滤波器的不同，无源逆变器的基本类型是什么？各有何 特点？6、解释单相半控桥式电路的自然续流现象和失控现象，怎样避免？7、电力电子电路的基本类型有哪几种？三、计算题(每题
5、15分，共30分)1、一阻感负载，3L R，电源电压有效值为220V，采用单相桥式全控整流电路，最小控制角为侦.=30。，要求调压范围为20V50V，电压最高时，电流Id = 10A。(1) 选择整流变压器和晶闸管元件定额。(2) 绘制控制角a =60。时的电路波形匕，七,匕疽2、三相桥式全控整流电路为阻感负载，M R，若变压器次级相电压有效值为250V，R = 20Q，a = 60。(1) 计算输出整流电压与电流平均值。(2) 求晶闸管电流的平均值与有效值。(3) 绘制电路波形匕,七。四、分析题(每题10分，共20分)1、画出降压式直流斩波器的电路拓扑，若电子开关采用全控型器件，(1) 推导
6、电路的输出电压和输入电压的关系。(2) 说明电路的优缺点。2、画出三相桥式电压型逆变器的主电路拓扑，若电子开关均采用全控型器件，采用180O 导电型，(1) 说明逆变电路的换流顺序。(2) 说明逆变电路开关管的导通顺序(每60o区间的导通管号)。一、问答题(每题5分，共40分)1、根据开关特性，电力电子器件可以划分为哪几类？说明其特点，并举例说明。2、非正弦周期电量的平均值和有效值的定义是什么？分别用数学语言来说明。3、分别说明晶闸管的维持电流Ih和掣住电流的定义。4、为什么必须限制晶闸管的通态电流临界上升率(di/dt)?5、MOSFET具有什么特点？6、半控整流电路、带续流二极管的整流回路
7、为什么不能实现有源逆变？7、变频器的工作原理是什么？8、按电子开关的工作规律分，变频器中逆变器的基本类型是什么？各有何特点？二、计算题(15分)一阻感负载，3LR，电源电压有效值为220V，采用单相桥式全控整流电路，最小控 制角为侦.=30。，要求调压范围为50V80V，电压最高时，电流Id = 10A。选择整流 变压器和晶闸管元件定额。三、计算题(15分)三相半波可控整流电路为阻感负载，3 LR，若变压器次级相电压有效值为100V，R = 20Q，a = 60。(1) 计算输出整流电压与电流平均值。(2) 选择晶闸管电压与电流定额。(3) 绘制电路波形，/，u 。d d VT1四、计算题(1
8、5分)相控式单相交流调压器的电源电压有效值为220V，负载为电阻性，R = 10Q。求a分别 为0，60。，120。时的输出电压和负载电流有效值。五、分析题(15分)画出降压式直流斩波器的电路拓扑，若电子开关采用全控型器件，(1) 推导电路的输出电压和输入电压的关系。(2) 说明电子开关的控制方式。一、说明电路的优缺点。填空题（每空1分，共15分）1、正向阳极电压、正向门极触发电流2、不控型、半控型、全控型3、断态通态4、GTR（或电力晶体管）MOSFET（或功率场效应管或电力场效应管）5、电压（或电压源）型 电流（或电流源）型1800导电型1200导电型6、不可控 适合于负载要求的可控二、简
9、答题（每题5分，共30分）1、全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RCD缓冲电路各元件的作用？ （5 分）抑制电力电子器件内因过电压，du/dt或过电流和di/dt，减少器件的开关损耗。（2.5 分）C限制关断时电压的上升，R限制电流的大小。D利用单向导电性，关断时起作用。（2.5分）.2、简述电压型逆变器和电流型逆变器主电路中每一桥臂的结构，并分析二极管的作用。（1）电压型逆变器每个桥臂由电子开关和一个反并联的二极管组成，二极管起续流 作用。（2.5分）（2）电流型逆变器每个桥臂由电子开关串联一个二极管组成，二极管确保每一个桥 臂的电流单方向流动。（2.5分）3、什么是逆变失败？如何
10、防止逆变失败？ （6分）（1）逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路， 或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形 成很大的短路电流,称为逆变失败。（2分）（2）防止逆变失败的方法：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管,保证交 流电流的质量，留出充足的换向裕量角等。（3分）4、什么是IGBT掣住效应？它有什么危害？ （5分） 在额定集电极电流范围内，在NPN管的基极与发射极之间的体内短路电阻Rs上 的偏压很小，对NPN管无影响。（1分）（2）如果集电极电流大到一定程度，Rs上压降上升，相当于加一正偏电压，使NPN管 导通
11、，进而使NPN、PNP两晶体管同时处于饱和状态，造成寄生晶闸管开通IGBT 栅极失去控制作用，这就是所谓的掣住效应。（2分）IGBT 一旦发生掣住效应，器件将失控，集电极电流将增大，早成过高的功耗，将 导致器件损坏。另外，它还关系着IGBT的安全工作区的大小，在实际应用中是需 要引以重视的问题。（2分）5、简要说明锯齿波垂直移相触发电路中，控制电压、偏移电压各有什么作用？（5分）（1）改变控制电压就可以改变触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的。（2.5分）（2）设置偏移电压的目的是确定控制电压的初始相位。（2.5分）6、简述电力晶体管产生二次击穿的原因。（5分）（1）当GTR的C、E极间施加的电
12、压高于晶体管的电压的额定值时，GTR的电流雪崩 式增加，呈现负阻特性，即出现一次击穿现象。（2分）（2）若GTR出现一次击穿后继续增大外加反向电压uce，反向电流将继续增大，元件将 会吸收足够的能量，其工作状态将以极快的速度移向负阻区，形成二次击穿，结果是 在纳秒或微秒时间内器件永久性损坏。（3分）三、计算题（每题15分，共30分）1、（1）输出电压的平均值为：Ud = 0.9U2cosa =0.9X200Xcos600=90 V （2 分）输出电流的平均值为：1广 % =4.5 A （2分）流过晶闸管的电流的平均值为：I =匕=2.25 A （2分）dVT 2有效值为：I= 土Id=3.2
13、A （2分）（2）电路波形如图（7分）(2.5 分) iId 0兀2兀w t2、（1）输出整流电压为：气=1.17U2COSa =58.5V,（2分） 电流平均值七=% =11.7A。（2分）（2）在电路工作过程中，晶闸管承受的正、反向电压的最大值为J6u2=245V考虑安全裕量，U = (23)V6U2 = (490735) V (2分)流过晶闸管的电流的有效值为1 土/广6.8A则晶闸管的电流定额为I = （1.52） L = （6.58.6） A。（2分）Ta1.57可以选用KP10-8型晶闸管。（1分）（3）波形如图。（4分）u d0w t四、论述题（10分）试述实现有源逆变的条件，并
14、说明有源逆变与无源逆变的异同。实现有源逆变的条件可归纳如下：（1）负载侧要有一个提供直流电能的直流电动势，电动势极性对晶闸管而言为正向电 压，在整流回路交流电源电压为负期间，提供使晶闸管维持导通的条件。（2.5分）（2）交流装置必须工作在a-区间，使变流器输出电压极性为负，才能将直流功率2逆变为交流功率反送电网。（2.5分）（3）为了保证交流装置回路中的电流连续，逆变电路中一定要串联大电抗。（1分）有源逆变是把工作在逆变状态的变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变 为同频率的交流电反送到电网去。（2分）而无源逆变是把变流器的交流侧不与电网连接，而直接接到负载，把直流电逆变为某一频率或可调频
15、率的交流电供给负载。（2分）五、分析题（15分）电路拓扑如图所示。山东科技大学-研究生复试-电力电子（1）当电子开关S导通时，假设其导通时间为DT，电感充电，二极管关断，可以得 到等效电路为：有下面关系，V =匕。（2分） 当电子开关S关断时，其时间为（1-D）T，电感放电，二极管导通，可以得到等效电 路为：有下面关系，U+匕=巳。（2分）由于在一个电子开关周期内，电感两端的电压的平均值为0，因此可以得到，V = V-。（3 分）（2）电子开关采用脉冲宽度调制控制（即PWM）方式，可以采用定频调宽方式，也可 以采用定宽调频，还可以采用调宽调频方式。（2分）（3）本电路的优点是输入电流波动较小；
16、缺点是输出电流波动较大，只能实现电压的 升高。（2分）一、填空题（每空1分，共15分）1、最小阳极2、GTR MOSFET IGBT3、直流电（直流电能）交流电（交流电能）4、直流电（直流电能）不同频率和电压值的交流电（任意频率和电压值的交流电能）5、定频调宽定宽调频调频调宽6、宽脉冲双窄脉冲7、不可控适合于负载要求的可控二、简答题（每题5分，共35分）1、为什么必须限制晶闸管的通态电流临界上升率（di/dt）?（6分）（1）晶闸管在开通过程中，刚开始导通时是从门极附近的微小区域开始的，尔后才逐渐扩展到整个结面。（2.5分）（2）如果电流上升得太快，热量来不及散发，容易在门极附近形成热点集中，
17、烧坏 晶闸管，因此应当限制晶闸管的通态电流临界上升率。（2.5分）2、什么是IGBT掣住效应？它有什么危害？ （6分） 在额定集电极电流范围内，在NPN管的基极与发射极之间的体内短路电阻Rs上 的偏压很小，对NPN管无影响。（1分）（2）如果集电极电流大到一定程度，Rs上压降上升，相当于加一正偏电压，使NPN管 导通，进而使NPN、PNP两晶体管同时处于饱和状态，造成寄生晶闸管开通IGBT 栅极失去控制作用，这就是所谓的掣住效应。（2分）IGBT 一旦发生掣住效应，器件将失控，集电极电流将增大，早成过高的功耗，将 导致器件损坏。另外，它还关系着IGBT的安全工作区的大小，在实际应用中是需 要引
18、以重视的问题。（2分）3、简述电力晶体管产生二次击穿的原因。（5分）（1）当GTR的C、E极间施加的电压高于晶体管的电压的额定值时，GTR的电流雪崩 式增加，呈现负阻特性，即出现一次击穿现象。（2分）（2）若GTR出现一次击穿后继续增大外加反向电压uce，反向电流将继续增大，元件将 会吸收足够的能量，其工作状态将以极快的速度移向负阻区，形成二次击穿，结 果是在纳秒或微秒时间内器件永久性损坏。（3分）4、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？ （6分）（1）逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路， 或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很
19、10 / 19小,形成很大的短路电流，称为逆变失败。（2分）（2）防止逆变失败的方法：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管,保证交 流电流的质量，留出充足的换向裕量角等。（3分）5、根据逆变器直流输入端接入滤波器的不同，无源逆变器的基本类型是什么？各有何 特点？ （5分）（1）根据逆变器直流输入端接入滤波器的不同，无源逆变器的基本类型可以分为电压 型逆变器和电流型逆变器。（1分）（2）电压型逆变器中间直流环节为一大电容，逆变器输入侧近似为电压源；（2分）（3）电流型逆变器中间直流环节为一大电感，逆变器输入侧近似为电流源。（2分）6、解释单相半控桥式电路的自然续流现象和失控现象，怎样避免
20、？ （5分）（1）在单相半控桥式电路带阻感性负载时，由于晶闸管是可控导通，而二极管是自然 换相的，会出现在电源电压改变方向时，晶闸管由于电感储能继续导通，同一相 的二极管自然导通，形成负载自然续流的现象。（2.5分）（2）失控现象是指在运行中，采用切除触发脉冲的方式使主电路阻断时，桥式半控整 流电路可以发生原导通的1只晶闸管维持导通，2只二极管正负半周交替导通的 异常现象。可以通过在负载两端反并联一个续流二极管来消除自然续流现象，避 免失控现象的发生。（2.5分）7、电力电子电路的基本类型有哪几种？各自实现什么电能变换？（5分）（1）整流器（或交流（AC）/直流（DC）整流电路）：是用于将交流
21、电能变换为直流电能的 变换器。（1分）（2）逆变器（或直流（DC） /交流（AC）逆变电路）：是用于将直流电能变换为交流电能的 变换器。（1分）（3）斩波器（或直流（DC）/直流（DC）电压变换电路）：是用于将直流电压变换为可调的 或稳定的直流电压的变换器。（1分）（4）交流调压器（或交流（AC）/交流（AC）电压变换电路）:是用于将交流电源电压变换 为可调的或稳定的交流电压的变换器。周波变换器（或交流（AC）/交流（AC）电压 和/或频率变换电路）：是用于将一定频率和电压的交流电能变换为频率、电压（2分）三、计算题（每小题各15分，共30分）1、最小控制角对应于输出电压的最大值，所以有，（3
22、分）U= 0.9U cos aU =dmax = =64.15V,d max2 min2 0.9cos a .0.9* 焰 / 2I2=Id（1 分）在电路工作过程中，晶闸管承受的正、反向电压的最大值为t2U2=90.72V，考虑安全裕量，U = （23）巨气=（181.4272.2） V。（2分）流过晶闸管的电流的有效值为1 = 土 /7.07A，则晶闸管的电流定额为I = （1.52）虹= （6.8 9.0） A。（3 分）Ta1.57（2分）A id0*兀2兀o t（2分）（2分）2、三相桥式全控整流电路为阻感负载，L R ,若变压器次级相电压有效值为250V,R = 20Q，a = 6
23、0。（1）计算输出整流电压与电流平均值。（2）求晶闸管电流的平均值与有效值。（3）绘制电路波形，i，u 。d dVT1（1）输出整流电压为：Ud = 2.34U2 cos a =292.5V，电流平均值七=-R =14.6A。（5分）（2）流过晶闸管的电流的平均值为：、广? =4.9A，有效值为，=* /广8.4A。（4分）（3）波形如图。（4分）四、分析题（每题10分，共20分）1、电路拓扑如图所示。降压式直流斩波器的电路拓扑为，（3分）（1）工作原理：当电子开关S导通时，二极管VD截止，电感储存能量，电源向负载 供电；设电子开关S导通的时间为Ton，其占空比为D=Ton/T.等效电路为：有
24、下面关系，匕广匕+y（2分）当电子开关S截止时，二极管VD导通，电感释放能量，向负载供电。等效电路为:R Vout有下面关系，VL =V0Ut（2分）根据电感两端的电压在一个周期内的平均值为0，列写电路方程可以得到输入/输出之14 / 19间的关系为：Vout二DVin. （1分）（3）本电路的优点是：结构简单，输出侧的电流是连续的。本电路的缺点是：输入侧的电流是断续的，只能实现降压式变换。（2分） 2、电压逆变器结构如下图。（1）180。导电型逆变电路，每个开关管在每个周期中导通180。换相在同一桥臂的 上、下两个开关管之间进行。在任意时刻，有三个不同相的开关导通。换流顺序为每 一次在同一桥
25、臂的VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2，每对管各自间隔180。换相一 次。（3分）（2）每 60。区间的导通管号为 VT5、VT6、VT1VT6、VT1、VT2VT1、VT2、VT3VT2、VT3、VT4一VT3、VT4、VT5一VT4、VT5、VT6一VT5、VT6、VT1。（3 分）一、问答题（每题5分，共40分）1、根据开关特性，电力电子器件可以划分为哪几类？说明其特点，并举例说明。根据开关特性，电力电子器件可以划分为不控型器件，如功率二极管，导通和关断均 不可控（1分）；半控型器件，如普通晶闸管及其派生器件，导通可以控制，而关断不 可以控制（2分）；全控型器件，如GTR,M
26、OSFET,IGBT等，导通和关断均可以控制。（2 分）2、非正弦周期电量的平均值和有效值的定义是什么？分别用数学语言来说明。非正弦周期电量的平均值指其在一个周期内的积分除以其周期，即其直流分量。用数学语言描述为：U =上丁udt，I =Lj丁idt等。（2分）d T 0 d T 0i2dt 等。（3 分）I =非正弦周期电量的有效值指其方均根值，即瞬时值的平方在一个周期内的积分除以其 周期，然后再开平方。用数学语言描述为：U =、：TU2dt，3、分别说明晶闸管的维持电流I和掣住电流I的定义。晶闸管的维持电流I指维持晶闸管导通状态所需要的最小的阳极电流；（3分）掣住电 流I指晶闸管刚由断态转
27、为通态，使晶闸管稳定导通所需要的最小阳极电流。（2分）4、为什么必须限制晶闸管的通态电流临界上升率（di/dt）?晶闸管在开通过程中，刚开始导通时是从门极附近的微小区域开始的，尔后才逐渐扩 展到整个结面。（2分）如果电流上升得太快，热量来不及散发，容易在门极附近形成 热点集中，烧坏晶闸管，因此应当限制晶闸管的通态电流临界上升率。（3分）5、MOSFET具有什么特点？具有开关速度快，温度稳定好，输入阻抗高、驱动功率小，通态压降大等特点。（3分） 特别是其通态电阻具有正的温度系数，有利于采用多元集成结构和器件的并联。（2分）6、半控整流电路、带续流二极管的整流回路为什么不能实现有源逆变？这些电路不
28、可能输出负的电压，（3分）也不允许在输出端接入与整流状态相反极性的 电动势，不可能实现有源逆变工作状态。（2分）7、变频器的工作原理是什么？通过控制不同电力电子开关周期性的交替开关动作，负载可以得到交变的电压、电流， （3分）而输出电压、电流的频率由电子开关的切换周期确定。（2分）8、按电子开关的工作规律分，变频器中逆变器的基本类型是什么？各有何特点？ 按电子开关的工作规律分，变频器中逆变器可以分成180。导电型和120。导电型两种类 型。（2分）前者在任一时刻，逆变桥有三个电子开关导通，每一相一个，每个周期中 每个开关导通180。；（2分）后者在任一时刻，逆变桥有两个电子开关导通，上面的三
29、个开关中有一个导通，下面的三个开关中有一个导通，每个周期中每个开关导通120。（1分）二、计算题（15分）一阻感负载，3LR，电源电压有效值为220V，采用单相桥式全控整流电路，最小控 制角为侦.=30。，要求调压范围为50V80V，电压最高时，电流Id = 10A。选择整流 变压器和晶闸管元件定额。最小控制角对应于输出电压的最大值，所以有，七m= 0.9U2 cos a m_n，Ud max0.9cos amin800.9* 3/2= 102.64V,取为103V，因此整流变压器的原副边匝比约为11: 5。（4 分）在电路工作过程中，晶闸管承受的正、反向电压的最大值为,.2U2=145.15
30、V，考虑安全裕量，U = (23K-2U2 = (290.3 435.5) V。(4 分)流过晶闸管的电流的有效值为1 =-1=七二7.07A，则晶闸管的电流定额为I = (1.5 2)史二 (6.8 9.0) A。(4 分)&1.57可以选用KP10-4型晶闸管。(3分)三、计算题(15分)三相半波可控整流电路为阻感负载，3 LR,若变压器次级相电压有效值为R = 5 q , a = 60。(1) 计算输出整流电压与电流平均值。(2) 选择晶闸管电压与电流定额。(3) 绘制电路波形，/ , u 。d dVT1(1) 输出整流电压为：Ud = 1.17U2cosa =58.5V,电流平均值Id
31、 = -R=11.7A。(5分)(2) 在电路工作过程中，晶闸管承受的正、反向电压的最大值为寸6U2=245V,全裕量，U = (2-3K- 6U2 = (490 735) V。流过晶闸管的电流的有效值为1=金Id =6.8A，则晶闸管的电流定额为I = (1.5 2)虹 二(6.5 8.6) A。T1.57可以选用KP10-8型晶闸管。(5分)u d100V,考虑安(3) 波形如图。(5分)四、计算题（15分）相控式单相交流调压器的电源电压有效值为220V，负载为电阻性，R = 10。求a分别 为0，60。，120。时的输出电压和负载电流有效值。a为0。时，U = U =220V； I =
32、R =22A；（5 分）a为 60。时，U = U ：2sin 2a + - =197.3V； I = R =19.7A；（5 分）a为 120时，U = U.gsin2a + -=97.3V； I = R =9.7A。（5 分）五、分析题（15分）画出降压式直流斩波器的电路拓扑，若电子开关采用全控型器件，（1）推导电路的输出电压和输入电压的关系。（2）说明电子开关的控制方式。（3）说明电路的优缺点。降压式直流斩波器的电路拓扑为，（5分）（1）工作原理：当电子开关S导通时，二极管VD截止，电感储存能量，电源向负载供电；设电子开关S导通的时间为Ton，其占空比为D=Ton/T.等效电路为:out当电子开关S截止时，二极管VD导通，电感释放能量，向负载供电。等效电路为:R Vout根据电感两端的电压在一个周期内的平均值为0，列写电路方程可以得到输入/输出之间的关系为：Vout二DVin. （5分）（2）电子开关的控制方式为PWM控制方式。（2分）（3）本电路的优点是：结构简单，输出侧的电流是连续的。本电路的缺点是：输入侧的电流是断续的，只能实现降压式变换。（3分）
