哈尔滨工业大学远程教育学院 2007年秋季学期
电力电子技术 模拟试题4（开卷，时间：120分钟）
（所有答案必须写在答题纸上）
一、填空题（40分，每空1分）
1.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。
2.通常取晶闸管的UDRM和URRM中 较小 的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2～3倍。 3.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。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擎住电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的称为2～4倍。
4.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 5. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10s 左右。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。
6.双向晶闸管晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。
7.逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。
8. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。 9. 带隔离变压器的DC-DC变换器的基本类型包括单端正激变换器和单端反激变换器，其中单端是指变压器磁通单方向变化。
10.正激变换器是指在开关管 开通 时电源将能量直接传送给负载。
11.反激变换器是指在开关管 开通 时电源将电能转为磁能储存在电感（变压器）中，当开关管关断 时再将磁能变为电能传送到负载。
12.三相电压型逆变电路中，180度导电角的控制方式下，每个桥臂的导电角度为180˚，各相开始导电的角度依次相差120˚ ，在任一时刻，有3个桥臂导通。 13.电压型逆变电路一般采用全控型器件，换流方式为器件换流；电流型逆变电路中，较多采用半控型器件，换流方式有的采用强迫换流，有的采用负载换流。
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14.三相电流型逆变电路的基本工作方式是120度导电方式，按VT1到VT6的顺序每隔60˚依次导通，各桥臂之间换流采用 横向换流方式，在任一时刻，有3个桥臂导通。
二、简答题（20分，每题2分）
1.GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？
答：GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别： 设计2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于关断GTO。
导通时1+2更接近1，导通时接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。
多元集成结构，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。
2.试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。
答：GTR的容量中等，工作频率一般在10kHz以下，所需驱动功率较大，耐压高，电流大，开关特性好，。
GTO：容量大，但驱动复杂，速度低，电流关断增益很小，功耗达，效率较低。 MOSFET器件工作频率最高，所需驱动功率最小，热稳定性好，但其容量较小、通态压降大，开通损耗相应较大，耐压低。IGBT的容量和GTR的容量属同一等级，但属电压控制型器件，驱动功率小，工作频率高，通态压降低，输入阻抗高。
3.无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？
答：有源逆变电路交流侧接有电源，无源逆变电路交流侧直接与负载连接。
4.换流方式各有那几种？各有什么特点？ 答：共有四种换流方式：
①器件换流：利用全控型器件的自关断能力姓行换流
②电网换流：由电网提供换流电压不需要器件具有门极可关断能力。 ③负载换流：由负载提供换流电压。
④强迫换流：设臵附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。
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5.无功功率和谐波对公用电网分别有那些危害？ 答：无功功率，对公用电网带来不利影响有：
1)无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加。 2)无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加。 3)使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。 谐波，对公用电网危害包括：
1)谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。
2)谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
3)谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述1)2)两项的危害大大增加，甚至引起严重事故。
4)谐波会导致继电保护和自动装臵的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。 5)谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
6.锯齿波触发电路由哪些部分组成？各部分的主要作用是什么？ 答：组成部分：
①脉冲形成环节：产生触发脉冲波并将其放大。
②锯齿波的形成和脉冲移向环节：产生锯齿波电压并改变脉冲产生的时刻。 ③同步环节：确定锯齿波的频率于主电路电源的频率相同及相位关系。 ④双窄脉冲形成环节：触发晶闸管使其按照正确顺序导通。
7.简述交流电力电子开关与交流调功电路的区别。
答：交流调功电路和交流电力电子开关都是控制电路的接通和断开，但交流调功电路是以控制电路的平均输出功率为目的，其控制手段是改变控制周期内电路导通周波数和断开周波数的比。而交流电力电子开关并不去控制电路的平均输出功率，通常也没有明确的控制周期，而只是根据需要控制电路的开通和断开。另外，交流电力电子开关的控制频度通常比交流调功电路低得多。
8.交流调功电路中电流的谐波有何特点？
答：如果以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数倍频率的谐波，而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。
9.高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器的体积和重量？为什么提高开关频率可以减小变压器的体积和重量？
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答：高频化可以使装臵小型化、轻量化。
提高开关频率可以减小滤波器的电感量或电容量，从而减小滤波器的体积和重量。
提高开关频率可以减少变压器各绕组的匝数并减小铁心的尺寸，从而使变压器小型化。
10.何为UPS？试说明如题图8-4所示UPS系统的工作原理。
答：UPS是指当交流输入电源发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受影响的装臵。
工作原理：当市电正常时，由市电供电，市电经整流器整流为直流。再逆变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电。同时，整流器输出的直梳电给蓄电池充电．可保证蕾电池的电量充足。此时负载得到的交流电压比市电电压质量高。即使市电发生质量问题时，也能获得正常的恒压恒频的正弦波交流输出．并具有稳压、稳频的性能，因此也称为稳压稳频电源。一旦市电异常乃至停电。即由蓄电池自动代替整流器向逆变器供电，蓄电池的直流电经逆变器变换为恒频恒压交流电继续向负载供电。从负载侧看，供电不受市电影响。
三、画图题（10分）
1.在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压ud的波形。
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uduaubucOtα=0ْ，电阻负载，VT1不能导通uduaubucOtα=0ْ，电感性负载，VT1不能导通
四、计算题（30分，每题10分）
1.在下图所示的降压斩波电路中，已知E=100V，R=10Ω，L值极大，EM=20V，T=100μs,ton=50μs。
1）画出输出电压uo,输出电流io,流过器件V的电流iV以及流过二极管VD的电流iVD。
2）计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，器件V上的平均电流IV，及二极管VD上的平均电流IVD。
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题图3-1
uGE050100t(µs)uoUO050100t(µs)ioIO0t(µs)iVIO050100t(µs)iVDIO50100t(µs)0
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解2）：Ton50U0EM5020U0E10050VI03AR10T100Ton50IVIO*3A1.5AT100IVD50IO*3A1.5AT100 Toff
2.设计下图所示的单端反激DC/DC变换器。输入直流电压Vs=12V±10%，开关频率fs=100KHz，额定负载电流1A，最小负载电流0.1A，要求输出电压Vo恒定为48V，电压纹波小于1%。选择变压器变比N2/N1＝4，当电源电压±10%波动时，为了使输出电压恒定，占空比应在什么范围调节？
解：根据输出电压表达式V0N21VsVNN111s2V0N1当电源电压＋10%波动时，即Vs=13.2V时当电源电压－10%波动时，即Vs=10.8V时
110.45VsN21(13.2/48)*41V0N1110.52VN1s21(10.8/48)*4V0N1
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3.晶闸管串联的单相半控桥（桥中VT1、VT2为晶闸管，电路如题图5-3所示，U2=100V，电阻电感负载，R=2Ω，L值很大，当=60°时求流过器件电流的有效值，并作出ud、id、iVT、iD的波形。
u2OutdOitIdd解：U0.9U1cos67.5Vd22iOVT1IdIdItIVTIVD
Ud33.78AR/31IdId19.5A23/32IdId27.6A23IdiOVTt2iOVDtd4iOVDItd3Ot
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