电力电子技术1简答题

考试试卷( 1 )卷

三、简答题（共3小题，22分）

1、晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发

电压，才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。导通后的晶闸管管压降很小。（3分）

使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－维持电流ＩＨ以下。其方法有二：（1）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压；（2）增加负载回路中的电阻。

2、电压型逆变电路的主要特点是什么？（8分）

(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；（2分） (2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；（3分）

(3) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。（3分）

3、简述实现有源逆变的基本条件，并指出至少两种引起有源逆变失败的原因（7分） （1）外部条件：要有一个能提供逆变能量的直流电源，且极性必须与直流电流方向一致，其电压值要稍大于Ud；（2分）

（2）内部条件：变流电路必须工作于β<90°区域，使直流端电压Ud的极性与整流状态时相反，才能把直流功率逆变成交流功率返送回电网。这两个条件缺一不可。（2分） 当出现触发脉冲丢失、晶闸管损坏或快速熔断器烧断、电源缺相

五、计算题（共 1 小题，共20分）

1、电路如图所示，单相全控桥式整流电路接大电感负载，R=4Ω，U2=220V。 （1）触发角为60°时，(a) 试求Ud、Id、晶闸管电流平均值IdVT、晶闸管电流有效值IVT、变压器副边电流有效值I2；（b）作出ud、id、iVT2、i2 的波形图（图标清楚，比例适当）。

（2）当负载两端接有续流二极管时，（a）试求Ud、Id、IdVT、IVT、IVD、IdVD 、I2；（b）作出ud、id、iVT2、iVD、i2 的波形图（图标清楚，比例适当）。

1、(1) (a)Ud=0.9U2cosα=0.9×220×cos600=99V （1分） Id=Ud/R=99/4=24.75A（1分） I2=Id=24.75A （1分） IdVT=1800/3600×Id=24.75/2=13.38A（1分）

IVT=（2分） （b）波形如图1所示（3分） （2）（a）Ud=0.9U2（1+cosα）/2=0.9×220×（1+cos600）/2=148.5V（1分） Id=Ud/R=148.5/4=37.13A IdVT=（1800-α）/3600×Id=（1800-600）/3600×37.13=12.38A（1分）

（1分）

（2分）

IdVD=2α/3600×Id=2×600/3600×37.13=12.38A（1分）

（2分）

（b）波形如图2所示（3分）

图1 波形图 图2 波形图

三、简答题（本题共 4 小题，共30分）

1、电压型逆变电路的主要特点是什么？（7分）

(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；（2分） (2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；（3分）

(3) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

2、某一晶闸管，额定电压为300V，额定电流为100A，维持电流为4mA，使用在下图所示的各电路中是否合理?说明其理由。(不考虑电压、电流裕量)（8分）

答：图a不合理（1分），电流小于维持电流（2分） 图b不合理（1分），最高电压大于额定电压（1分） 图c合理（1分），电流为150A小于100×1.57（2分）

3、下面BOOST升压电路中，电感L、电容C与二极管的作用是什么？（7分） 答：储存电能升压（3分）；保持输出电压稳定（4分）。

4、变压器漏感对整流电路有什么影响？（8分）

答：出现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud降低；整流电路的工作状态增多；（2分）

晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通；（2分） 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt； 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路（2分）； 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。

四、作图题（本题共3小题，共26分）

1、画出三相桥式全控整流电路带阻感负载的原理图，并给图中6个晶闸管写上正确

的编号，编号写在晶闸管的正上方或正下方。变压器采用Δ/Y接法。（8分）

2、画出下图对应的Ud、iT1、VT1的波形其中虚线为脉冲信号。（12分）

3、将控制电路、检测电路、驱动

控 制 电 路 检测电路 主 电 路 电路、主电路填入以下框图中，组成一个电力电子应用系统。（6分）

驱动电路

六、计算题（本题共1小题，共15分）

1、有一个三相全控桥整流电路。已知电感负载L=0.2H、α=60°、R=1Ω、变压器二次相电压U2=100V。试画出Ud的波形，计算负载端输出的直流电压Ud和负载电流平均值Id，计算变压器二次电流的有效值I2

解：1、∵wL=2πfL=62.8≥10R=10

∴此为大电感负载，负载端电流波形平直。（3分） Ud=2.34U2cosα=117V （3分） Id=Ud/R=117A （3分）

I2=＝175.5A。

四、简答题（本题共3小题，共32分）

1、试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。（12分）

IGBT Y开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小Q开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及GTO

GTR Y耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低Q开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击

GTO Y电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强Q电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低 电 力MOSFET Y开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题Q电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置

3、软开关电路可以分为哪几类？各有什么特点？（10分）

答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路

准谐振电路：准谐振电路中电压或电流的波形为正弦波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式（2分）。

零开关PWM电路：这类电路中引入辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过程前后，此电路的电压和电流基本上是方波，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式（2分）。

零转换PWM电路：这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功率的交换被消减到最小（2分）。

五、作图题（本题共1小题，共16分）

1、在三相半波整流电路中，如果U相的触发脉冲消失，试绘出在电阻负载下整流电压ud的波形和V相上晶闸管VT2上的管压降波形。设触发角分别为15º和60º。

六、计算题（本题共1小题，共12分）

1、单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R=20Ω，L值极大，反电动势E＝60V。当α＝30°时，要求：

（1）作出ud、id和i2的波形；（3分）

（2）求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2 ；（4分） （3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 （5分）

四、简答题：（本题共4小题，共28分）

1、什么是逆变失败？逆变失败后有什么后果？形成的原因是什么？（8分）

答：逆变失败指的是：逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件末关断，该导通的器件末导通。从而使逆变桥进入整流状态，造成两电源顺向联接，形成短路。逆变失败后果是严重的，会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流，损坏开关器件（4分）。产生逆变失败的原因：一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等（4分）

3、晶闸管变流装置中为什么在主电路上要加入整流变压器进行降压？（7分）

答：采用整流变压器降压后可以使晶闸管工作在一个合适的电压上，可以使晶闸管的电压定额下降（2分），还可以使晶闸管工作于小控制角，这有利于减少波形系数，提高晶闸管的利用率，实际上也减少的晶闸管的电流定额（3分），另外由于控制角小，这对变流装置的功率因素的提高也大为有利（

4、单相电压型逆变电路中，电阻性负载和电感性负载对输出电压、电流有何影响？电路结构有哪些变化？（7分）

答：电阻性负载时，输出电压和输出电流同相位，波形相似，均为正负矩形波（2分）。

电感性负载时，输出电压为正负矩形波，输出电流近似为正弦波，相位滞后于输出电压，滞后的角度取决于负载中电感的大小（3分）。在电路结构上，电感性负载电路，每个开关管必须反向并联续流二级管

五、作图题：（本题共2小题，共14分）

1、对于下图所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析电路的工作情况，并绘出相应的两条电流流通路径，同时标注电流流向。（8分）

2、设三相桥式可控整流电路工作于有源逆状态，试画出β=60º时的整流输出电压波形（6分）

六、计算题（本题共1小题，共18分）

1、三相全控桥式整流电路，L=0.2H，R=4Ω，要求Ud从0~220V之间变化。试求： （1）不考虑控制角裕量时的，整流变压器二次线电压。（3分）

（2）如电压，电流裕量取2倍，计算晶闸管额定电压，电流值。（8分） （3）变压器二次电流有效值I2。（4分）

（4）计算整流变压器二次侧容量S2。（3分）

解：L2fL23.14500.262.8(Ω)，而Rd=4(Ω)，所以 ，ωL>>Rd，按大电感负

载情况计算，三相全控桥式整流电路，相当于最小控制角αmin=0° 计算.整流变压器次级相电压U2（3分）

Ud=2.34U2,，则U2=220／2.34≈94(V)

(2).计算晶闸管电压、电流值，如果电压、电流按裕量系数2计算，选择晶闸管（8分） 晶闸管承受的最大峰电压为

UV1m6U2230.35(V)

按裕量系数2计算，则U=230.25×2=460.5(V)，选额定电压500V晶闸管。（2分）

则

按裕量系数2计算，则20.2×2=40.4(A),选额定通态平均电流为50A的晶闸管。 (3). 计算变压器次级电流有效值I2（4分）

Ud22055R4 （A） 11IV1ARId5016.733 (A)（3分） 1IV1Id31.753 (A) I31.75AV1EARV120.21.571.57Ａ（3分） IdI22Id44.93(A)

(4).计算整流变压器次级容量S2（3分）

S2=3U2I2=3×94×44.9=12661.8(VA)≈12.66(KVA)

三、简答题（本题共5小题，每小题5分，共25分）

1答：(1) 维持晶闸管导通的条件是阳极电流大于维持电流IH。（2分）

(2) 要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反压，或者降低正向阳极电压，使通过晶闸管的电流小于维持电流IH。

1、要实现有源逆变，必须满足什么条件？哪些电路类型不能进行有源逆变？（5分）

2、 答：1)有与通流方向一致的直流电源，电路工作在逆变状态。（3分）

2）不能实现有源逆变的电路有：半控桥电路，带续流二极管的电路。

3、什么是直流斩波电路？分别写出降压和升压斩波电路直流输出电压U0与电源电压

Ud的关系式。（5分）

答：直流斩波电路是将直流电源的恒定直流电压通过电力电子器件的开关作用变换为可调直流电压的装置

UdUdT降压斩波电路的表达式为：

升压斩波电路的表达式为：  t o n  t o f f E  T EUotofftoff

4、简述对触发电路的三点要求。（5分）

答：1）触发电路输出的脉冲应具有足够大的功率；（1分） 2）触发电路必须满足主电路的移相要求；（2分） 3）触发电路必须与主电路保持同步。

U0 5、对于正弦脉冲宽度调制（SPWM），什么是调制信号？什么是载波信号？何谓调制比？（5分）

答：在正弦脉冲宽度调制（SPWM）中，把希望输出的波形称作调制信号；（2分） 而对它进行调制的三角波或锯齿波称为载波信号；（2分）

载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr称为载波比。

四、作图题（本题共2小题，每小题10分，共20分）

已知单相全控桥式整流电路，带电阻性负载。试绘出当控制角α = 600时的输出电压波形ud，晶闸管T1的端电压波形UT1。

i d(c)2、试绘出三相半波共阴极组电路当β=600时的输出电压波形ud，以及晶闸管T1的端0VT3VT1VT2VT3VT1ωt电压波形（L=∞）。

五、计算题（本题共1小题，共15分）

三相全控桥式整流电路如图所示，Ld=0..2H， Rd=4Ω，要求Ud从0～220V之间变化，试求：1)、

A C T1 T3 T5 Ld Ud Rd 不考虑控制角裕量时，整流变压器二次相电压U2； B 2)、如电压、电流裕量取2倍，选择晶闸管型号；3)、整流变压器二次侧容量S2；

T2 T4 T6 4)、电路的功率因数cosΦ；5)、当触发脉冲距对应二次相电压波形原点多少电度角时，Ud已为0。

63140.262.8＞＞4Ω 10Ld解：∵∴负载为大电感，流过负载的电流可看为直线（1分）

1）当α=0时，输出电压平均值为220V 220Ud94V2.34COSUU22.34COS2.34由式d知（2分）

2UTM2694460V（1分） 故取额定电压500V（1分）

2）由题知，UTnU2

∵

IdUdRd55A（1分） ∴

IT1Id31.75A3（1分）

IT(av)2IT40.45A1.57（1分） 故取额定电流50A（1分）

2Id0.8165544.9A3（1分）

因此，选取晶闸管的型号为KP50-5（1分）

3）

I2S23U2I239444.912.66KV.A（1分）

W 4）∵PdUI220551210012100COSPd0.95612660S2∴（1分）

5）当触发脉冲距对应二次相电压波形原点1200电度角时，Ud已为0。

三、简答题（本题共5小题，每题5分，共25分）

1、什么是可控整流?它是利用晶闸管的哪些特性来实现的?（5分）

2、 答：将交流电通过电力电子器件变换成大小可以调节的直流电的过程称为可控整流。 （3

分）

3、可控整流主要利用了晶闸管的单向可控导电特性。

4、什么是逆变失败？导致逆变失败的原因是什么？（5分）

5、 答：1）在逆变电路中，使电源瞬时电压与直流电源E顺极性串联，出现很大的短路电流流

过晶闸管与负载，称为逆变失败或逆变。（3分）

6、 2）逆变失败的原因主要有：晶闸管损坏；触发电路不可靠或快速熔断器烧断；电源缺相以

及逆变角过小。（2分）

7、将右表格中空缺的部分按要求填好，变压器二次相电压为U2，对于电感负载满足大电感负载的条件。

答：输出电压可调范围：0~1.17U2 （2分） 最大移相范围：900 （1分） 整流输出平均值Ud1.17U2COS

4、电压源型变频器和电流源型变频器的区别是什么？（5分）

答：电流型变频器的直流环节是电感器，而电压型变频器的直流环节是电容器。（3分） 电压型变频器不能工作于再生制动状态，因为电容两端电压不能跃变。（

5、试说明SPWM控制的基本原理。（5分）

答：PWM控制技术是控制半导体开关元件的导通和关断时间比，即调节脉冲宽度的或周期来控制输出电压的一种控制技术。（2分）

用正弦基波电压作为调制电压，对它进行调制的三角波称为载波电压，当正弦基波与三角波相交时，通过比较二者之间的大小来控制逆变器开关的通断，从而获得一系列等幅不等宽正比于正弦基波电压的矩形波，这就是正弦脉宽调制方法（SPWM）。

四、作图题（本题共2小题，每小题10分，共20分）

1、已知单相全控桥式整流电路，电感性负载不接续流二极管。试绘出当α=450时输出电压波形ud和晶闸管T1的端电压波形。

2、三相桥式全控整流电路，电阻性负载，试画出当α=600时输出电压ud的波形、晶闸管的端电压uT1的波形。

五、计算题（本题共1小题，共15分）

三相全控桥整流电路如图所示。已知电感性负载L =0.2H、 A R =1Ω、α =75°，变压器二次相电压U2=100V。

B 1) 计算负载的平均整流电压Ud和负载电流平均值Id； C 2) 选择晶闸管的型号；

3) 计算变压器二次电流的有效值I2。

解：1）Ud2.34U2COS2.34X100X0.5117V（2分）

T1 T3 T5 Ld Ud Rd T2 T4 T6 IdUdRd117A

（1分）

22）由题知，Tn（1分） 故取额定电压1200V（1分）

U2~36U1078~1616V1Id67.5A3∵ （2分） ∴

IT.5~86.5AIT(av)1.5~21.57 （2分）

IT故取额定电流100A（1分）

因此，选取晶闸管的型号为KP100-12（2分）

I23）

2Id0.81611795.5A3（

三、简答题（本题共5小题，每题5分，共25分）

3、试简述三相半控桥式整流电路与三相全控桥式整流电路的特点。

答：三相全控桥式整流电路采用6只晶闸管构成，而三相半控桥式整流电路采用三只晶闸管和三只二极管构成；（2分）

三相全控桥可以工作在有源逆变状态，而三相半控桥只能工作在整流状态；（2分） 三相半控桥可能会出现失控现象，而全控桥不会。

3、举出三种常用过电流保护电器，并指出其动作时间的典型值。

1）快速熔断器，在流过6倍额定电流时熔断时间小于20ms（2分） 2）直流快速开关，动作时间只有2ms（1分）

3）电流检测和过电流继电器，开关动作几百毫秒。（

5、对于正弦脉冲宽度调制（SPWM），什么是调制信号？什么是载波信号？何谓调制比？

答：在正弦脉冲宽度调制（SPWM）中，把希望输出的波形称作调制信号，而对它进行调制的三角波或锯齿波称为载波信号。（3分）

载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr称为载波比。

四、作图题（本题共2小题，每小题10分） 1、如图所示电路，试画出α=450时

输出电压波形ud和晶闸管V11的电流波形iv11。

五、计算题（本题共1小题，共15分）

三相全控桥式整流电路大电感负载，不接续流二极管，U2=220V，R=4Ω，α=600，试求：

(1)、输出电压平均值Ud和电流平均值Id； (2)、晶闸管电流平均值Idt和有效值It； (3)、变压器副边电流有效值I2和容量S2。

解：1）Ud2.34U2COS2.34X220X0.5257.4V（2分）

IdUdR.35Ad（1分）

2）

IdT13Id13.3521.45AIT1Id （2分） 337.15A （2分）I22Id0.8163）

3.3552.54A（1分）

S23U2I2322052.5435.98KV.A（2分）

三、简答题（本题共5小题，每小题5分，共25分）

1、在晶闸管可控整流电路的直流拖动中，当电流断续时电动机的机械特性有哪些特点？

答：在晶闸管可控整流电路的直流拖动中，当电流断续时，电动机的理想空载转速将抬高；机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化

2、在三相半波可控整流电路中，如果控制脉冲出现在自然换流点以前，可能会出现什么情况？能否换相？

答：在三相半波可控整流电路中，如果每只晶闸管采用的触发电路，那么控制脉冲出现在自然换流点以前，电路将停止工作；如果三只晶闸管采用同一个触发电路（对共阴极连接），则控制脉冲出现在自然换流点以前，电路仍然能正常换相，但此时的控制角较大，输出电压较低。

3、在三相全控桥式有源逆变电路中，以连接于A相的共阳极组晶闸管V14为例说明，在一个周期中，其导通及关断期间两端承受电压波形的规律。

答：共阳极组三只晶闸管轮流导通1200，其顺序是VT4VT6VT2。所以，当VT4导通时，两端电压为零；当VT6导通时，VT4两端电压为线电压uvu；当VT2导通时，VT4两端电压为线电压uwu。

5、试说明功率晶体管(GTR)的安全工作区SOA由哪几条曲线所限定?

答：功率晶体管(GTR)的安全工作区SOA由以下条曲线所限定：最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM以及二次击穿临界线。

五、计算题（本题共1小题，共15分）

某晶闸管电镀电源，调压范围2～15V，在9V以上最大输出电流均可达130A，主电路采用三相半波可控整流电路，试计算：

(1)整流变压器二次侧相电压。 (2)9V时的控制角。 (3)选择晶闸管

(4)计算变压器容量。

解：1）∵Ud1.17U2COS 由题知当α=0时，输出电压最大为15V

∴

U2Ud1.17COS1512.8V1.17

COS22） 所以α=530

3）因为输出电最大值为130A，故

U1.17Ud90.615IT1Id75A3

I∴

T(AV)1.5~2IT1.5771.7~95.6A 所以取额定电流100A

所以取额定电压100V

UTn2~36U22~3612.862.7~94VI21Id0.57713075A3

因此，晶闸管的型号可选为KP100-1

4）

S23U2I2312.87542.88KV.A

六、分析题（本题共1小题，共10分）

如图所示的有源逆变电路，为了加快电动机的制动

过程，增大电枢电流,应如何调节角？为什么？电枢电流增大后，换相重叠角是否会加大？这是否会造成逆变失败？

答：图示的有源逆变电路，只要增大角，就能加快电动机的

制动过程，增大电枢电流。因为增大角后，将减小逆变电压，

提高回路中的电压差，即增大电枢电流。当电枢电流增大后，换相重叠角会加大，但不会造成逆变失败。

简答题（本题共6小题，每小题5分，共30分） 、三相半控桥与三相全控整流电路相比有哪些特点？

答：三相半控桥式整流电路是把全控桥阳极组的3个晶闸管换成整流二极管，其显著特点是共阴极组元件必须触发才能换流；共阳极元件总是在自然换流点换流。一周期中仍然换流6次，3次为自然换流，其余3次为触发换流，这是与全控桥根本的区别（3分）。改变共阴极组晶闸管的控制角α，仍可获得0~2.34U2Φ的直流可调电压。三相半控桥式整流电路只需三套触发电路、不需要宽脉冲或双脉冲触发、线路简单经济、调整方便。电路结构比三相全控桥更简单、经济，而带电阻性负载时性能并不比全控桥差。所以多用在中等容量或不要求可逆拖动的电力装置中

、什么是晶闸管交流开关？交流调压器的晶闸管常用哪些方式控制？

答：如果令交流调压器中的晶闸管在交流电压自然过零时关断或导通，则称之为晶闸管交流开关（1分）。交流调压器中的晶闸管有两种控制方式：(1)相位控制在电源电压的每一周期，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的时刻即可达到调压的目的，即相控方式（2分）；(2)通-断控制将晶闸管作为开关，使负载与电源接通若干周波，然后再断开一定的周波，通过改变通断的时间比达到调压的目的。有全周波连续式和全周波间隔式两种形式（2分）。

、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极

管？

答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压与电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压与电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道（3分）。在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的控开关器件流通，因此不需要并联二极管（2分）

、什么是组合变流电路？一般的开关电源是怎样组合的？为什么要这样组合？

答：组合变流电路是将某几种基本的变流电路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC）组合起来，以实现一定新功能的变流电路（2分）。开关电源通常采用交-直-交-直方式组合（1分）。由于开关电源采用了工作频率较高的交流环节，变压器和滤波器都大大减小，因此同等功率条件下其体积和重量都远小于相控整流电源。除此之外，工作频率的提高还有利于控制性能的提高。由于这些原因，在数百KW以下的功率范围内，开关电源正逐渐取代相控整流电源

、如何区分电压源型和电流源型变频器？

答：电压源型变频器：交-直-交变频器中，直流部分采用大电容器滤波，理想情况下直流电压波形为一直线，可看作是一个内阻为零的电压源，再经逆变器输出交流电压波形；交-交变频器虽无滤波电容器，但是交流电源系统的阻抗很低。（2分）电流源型变频器：交-直-交变频器中采用大电感滤波，其直流电流波形较平直，可看作是一个电流源；交-交变频器在输出端接有电抗器。（2分）两种类型变频器的区别在于滤波器形式的不同，于是在用途上也各不相同：电压源型变频器

因电容器上的电压不能突变，所以对电压控制响应慢，对调整型负载动态响应慢，适于多台电动机同步运行的电源，且无快速加减速的负载；电流型变频器因滤波电感上的电流不能突变，虽对负载变化反应慢，但对系统调速的动态响应灵敏，因而适于单台变频器配用单台电动机的系统，可满足快速起动、制动和可逆运行的要求。如果将不可控整流改成可控整流，还可实现电动机的回馈制动。（1分）

、什么是触发延迟角？什么是导通角？

从晶闸管开始承受正向电压起，到触发脉冲出现时的电角度,称为触发延迟角；移相触发就是改变晶闸管每周其导通的起始点即触发延迟角的大小，达到改变输出电压,功率的目的。移相触发的主要缺点是使电路中出现包含高次谐波的缺角正弦波, 在换流时刻会出现缺口“毛刺”，造成电源电压波形畸变和高频电磁波辐射干扰。大触发延迟角运行时,功率因数较低（3分）。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称导通角，导通角的最大值与电路的结构形式和负载性质有关（2分）。

作图题：（本题1小题，共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a 0时电阻性负载和

电感性负载下整流电压ud的波形。

阻性负载时

电感性负载时

五、计算题（本题共2小题，每题15分，共30分）

1、单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中，R=2Ω，L值极大，反电动势E=60V，

当α=30o时，求：（15分）

（1）作出ud、id和i2的波形图；

（2）求整流输出平均电压Ud、平均电流Id和I2；

（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流，并选择晶闸管的型号。

解：（1）ud、id和i2的波形如下图：（5分）

（2）整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为 Ud＝0.9 U2 cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)（1分） Id ＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)（2分） I2＝Id ＝9(A) （2分）

（3）晶闸管承受的最大反向电压为：

U2＝100

＝141.4（V）

流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT＝Id ∕＝6.36（A） 故晶闸管的额定电压为：UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）（2分） 晶闸管的额定电流为：IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）（3分）

2、一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。求：（15分） （1）开通角α的变化范围； （2）负载电流的最大有效值；

（3）最大输出功率及此时电源侧的功率因数。

三、简答题：（本题共6小题，每小题5分，共30分）

1、晶闸管实现导通的条件是什么？关断的条件及如何实现关断？

答：在晶闸管阳极——阴极之间加正向电压，门极也加正向电压，产生足够的门极电流Ig，则晶闸管导通，其导通过程叫触发。关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。 实现关断的方式：1减小阳极电压。2增大负载阻抗。3加反向电压。

4、简述对触发电路的三点要求。

答：（1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠通电。 （2分） （2）触发脉冲应有足够的幅度。 （2分） 5、（3）不超过门级电压，电流和功率定额，且在可能触发区域之间。

4、什么叫过电流？过电流产生的原因是什么？

答：当流过晶闸管的电流大大超过其正常工作电流时，称为过电流。产生的原因有： （1）直流侧短路； （2）机械过载；

（3）可逆系统中产生环流或者逆变失败；

（4）电路中管子误导通及管子击穿短路等。

5、IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点?。

IGBT驱动电路的特点是:驱动电路具有较小的输出电阻,ⅠGBT是电压驱动型器件,IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。 （1分）

GTR驱动电路的特点是:驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿,并有一定的过冲,这样可加速开通过程,减小开通损耗,关断时,驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流,并加反偏截止电压,以加速关断速度。 （1分）

GTO驱动电路的特点是:GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度,且一般需要在整个导通期间施加正门极电流,关断需施加负门极电流,幅值和陡度要求更高,其驱动电路通常包括开通驱动电路,关断驱动电路和门极反偏电路三部分。（2分）

电力MOSFET驱动电路的特点:要求驱动电路具有较小的输入电阻,驱动功率小且电路简单。

6、试说明PWM控制的基本原理。

PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制 来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。 （1分）

在采样控制理论中有一条重要的结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯蚌的 环节上时,其效果基本相同,冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理。 （1分）

以正弦pWM控制为例。把正弦半波分成Ⅳ等份,就可把其看成是N个彼此相连的脉 冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等,都等于/n,但幅值不等且脉冲顶部不是水平直 线而是曲线,各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)

相等,就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按下弦规律变化的。根据面积等效原理,PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。可见,所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。

四、计算题：（本题共4小题，每小题10分，共40分） 1、单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=20,L值极大 要求:①作出Ud、Id、和I2的波形;

②求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2; ③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：（1）解:①Ud、Id、和I2的波形;如下图:

当=30时,

（4分）

②输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2分别为 Ud=0.9U2cos=0.9×100×cos30＝77.97（V） Id＝Ud/R=77.97/2=38.99(A)

I2=Id=38.99(A) （3分） ③晶闸管承受的最大反向电压为:

2U2=1002=141.4(V) - 考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为:

UN=(2~3)×141.4=283~424(V) 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 流过晶闸管的电流有效值为:

IVT=Id/2=27.57(A) 晶闸管的额定电流为:

IN=(1.5~2)×27.57/1.57=26~35(A)

具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 （3分）

2、光台灯由单相交流调压电路供电,设该台灯可看作电阻负载,在=O时输出

功率为最大值,试求功率为最大输出功率的80%,50%时的开通角。

解: =O时的输出电压最大,为

Uomax= 此时负载电流最大,为

1(2U1sint)U10

uomaxU1RR （3分） Iomax=

因此最大输出功率为

输出功率为最大输出功率的80%时,有:

U12 Pmax=Uomax Iomax=R

此时,

Uo=0.8U1 又由

sin22 （3分） Uo=U1

解得

60.54

同理,输出功率为最大输出功率的50%时,有: Uo=0.5U1 又由

sin22 Uo=U1

90 （4分）

3、三相半波可控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=50,L值极大,当＝60时,要求:①画出Ud, Id和IVT1的波形; ②计算Ud、Id、IdT和IVT

解: ①Ud, Id和IVT1的波形如下图:

（5分）

②Ud、Id、IdT和IVT分别如下

Ud=1.17U2cos=1.17×100×cos60=58.5(V) Id＝Ud/R=58.5/5=11.7(A) IdvT=Id/3=11.7/3=3.9(A)

IVT=Id/3=6.755(A) （5分）

4、某一电阻负载，要求输出直流电压Ud=0～24v,最大负载电流Id=30A。采用单相半波可控整流电路。用220V直接供电或用变压器降压到60V供电。计算两种方案下，不考虑完全裕量时，晶闸管的导通角θ，额定电流IN, 额定电压UN，电源的功率因数和电源容量。

解：①U2=220v时

(1cos1)2 Ud=0.45U2 （1分）

2Ud224 Cosα=0.45U2——1=0.45220－1= －0.5 （1分）

1 ＝120° θ1=180°－120°＝60° （1分）

Ud24电流平均值 Id=30A Rd=Rd=30==0.8 （1分）

UU2sin2电流有效值 I ==Rd==Rd42283A I83.4 额定电流IN1.57=1.57==53A

额定电压UN Udm=2U22220311V 1sin2 功率因数 Cos==42==0.302 电源视在功率 S1=U2I=22083.418.36KVA U2=60v时

2141° IN33.8A UN≥84.2

Cos20.71 S2=3.18KVA （1分） （1分） 1分） （1分）

2分）

（ （

2、单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路接大电感负载，负载两端并接续流二极管的作用是什么？两者的作用是否相同？

答：（1）单相桥式全控整流电路大电感负载整流输出平均电压为

（2分）

（2）其负载两端并接续流二极管是为了使交流电源电压进入负半周时，由续流二极管续流，使晶闸管关断，提高整流输出电压的平均值。整流输出平均电压为

（3）单相桥式半控整流电路接大电感负载，负载两端并接续流二极管的作用是为了避免失控现象的发生，保证整流电路的安全运行。整流输出平均电压亦为

Ud2202U2sin.td.t22U2cos0.9U2cosUd0.9Ud1cos2 （2分）

Ud0.9Ud1cos2

3、逆变电路必须具备什么条件才能进行逆变工作？

答：（1）逆变电路必须同时具备下述两个条件才能产生有源逆变：

变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电势Ed，其极性应与晶闸管的导电电流方向一致。 （3分）

（2）变流电路输出的直流平均电压Ud的极性必须为负（相对于整流时定义的极性），以保证与直流电源电势Ed构成同极性相连，且满足Ud4、变频器由1)整流器。2)逆变器。3)中间直流环节。4)控制电路。构成

三、计算题：（本题共1小题，共10分）

某一电热装置（电阻性负载），要求直流平均电压为75V，电流为20A，采用单相半波可控整流电路直接从220V交流电网供电。计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值。

解：（1）(1)整流输出平均电压

1 Ｕd=222U2sin.td(.t)1=22U2sin.td(.t)

1cos1cosU20.45U222 = 2Ud275110.51520.45U0.452202 cosα=

2则 控制角α≈60° 导通角θ=π-α=120° （5分）

（2）负载电流平均值

Ud Id=R=20(A)

则 R＝Ud／Id＝75／20=3.75Ω

负载电流有效值I，即为晶闸管电流有效值IV1，所以

I=IV1=

122U2dtU2sintR=R21sin242＝37.6(A)（5分）

四、作图题：（本题共3小题，每小题10分，共30分）

1．画出下图对应的Ud、UVT的波形。

2．化出下图对应的iT1、Ud的波形。

3．化出下图对应的Ud、iT1、VT1的波形其中虚线为脉冲信号。

五、分析题：（本题共1小题，共10分）

分析串联电感式逆变器的工作原理。

电路中每一个晶闸管导通1800、关断1800，换流在各自桥内进行，6个管子触发导通的次序 依次为VT1~VT6,触发间隔为60度。 （3分） 第一区间VT1、、VT2、VT3同时导通。 （0.5分） 第一区间VT2、VT3 、VT4、同时导通。 （0.5分） 第一区间VT3 、VT4、、VT5同时导通。 （0.5分） 第一区间VT4、VT5 、VT6、同时导通。 （0.5分） 第一区间VT5、VT6 、VT1、同时导通。 （0.5分） 第一区间VT6、VT1 、VT2、同时导通。 （0.5分）

循环导通，则在每一向得到按正弦规律变化的电压。改变管子的导通时间和顺序就可一得到

不同频率和电压的三相交流电。

、问答题：（本题共4小题，每小题5分，共20分）

1、什么是控制角а？导通角θ？为什么一定要在晶闸管承受正向电压时触发晶闸管？（5分）

答：（1）把晶闸管承受正压起到触发导通之间的电度角称为控制角。 （2分） （2）晶闸管一个周期内导通的电角度称为导通角。 （2分）

（3）晶体管的性能与三极管性能差不多，都是在正向压降触发导通，反向截止

2、什么是有源逆变？实现有源逆变的条件是什么？哪些电路可以实现有源逆变？（5分）

答：（1）将变流器的交流侧接到交流电源上，变流器把直流电逆变为50HZ的交流电回送到电网去（2）条件：外部条件为EM稍大于Ud ，内部条件a>90°或（β<90°）

在电动机的运动，机车行驶下坡中。

3、为什么半控桥的负载侧并有续流管的电路不能实现有源逆变？（5分）

答：由逆变可知，晶闸管半控桥式电路及具有续流二极管电路，它们不能输出负电压Ud固不能实现有源逆变

4、用单结晶体管的触发电路,当移相到晶闸管达到某一导通角时,再继续调大导通角时,忽然晶闸管变成全关断是何原因?（5分）

答：单结晶体管导通后,如果由电源通过电位器加到发射极的电流超过谷点电流单结晶体管就关不了。这时，单结晶体管只产生一个脉冲，尚能保持晶闸管工作，但是若进一步减小电位器电阻，加大发射极电流，那么在同步电源的梯形波上升前沿发射极就与基极直通，电容冲不上电，不能发出触发脉冲，晶闸管就全关断了。

三、计算题：（本题共1小题，共10分）

1、具有续流二极管VDR半波可控整流电路，对发电机励磁绕组供电。绕组的电阻Rd=0.5Ω，电感L=0.2H，励磁直流平均电流为10A，交流电源电压为220V，计算晶闸管和续流的电流有效值。

解：以知U2=220V，Id=10A，Rd=5Ω，L=0.2H，Ωl=3.14×0.2=62.8Ω

ududRIdRd10A550Vudu2502200.227（2分） （2分）

ItIDR

晶闸管电流有效值IT=5A，续流二极管的电流有效值IDR=8.6A

18090.Id105A236018090.Id10806A2360

（2分） （2分） （2分）

四、作图题：（本题共3小题，共20分）

U1

U2

1、化出下图对应的Ud的波形并指明触发角的范围。（5分）

VT U2 R Ud

U2V D 2、化出下图对应的i2、UV1的波形。（7分）

3、化出三相半波共阴极电阻性负载可控整流电路对应的输出电压Ud、晶闸管VT1的波形，其中α=300。 （8分）

五、分析题：（本题共1小题，共10分）

论述串联二极管式逆变电路的换流过程和工作原理。

换流过程：

1.C3、C5充电。2.晶闸管换流。3.二极管换流。4.正常运行。

电路中每一个晶闸管导通1800、关断1800，换流在各自桥内进行，6个管子触发导通的次序 依次为VT1~VT6,触发间隔为60度。 （4分） 第一区间VT1、、VT6同时导通。 （0.5分） 第二区间VT1 、VT2、同时导通。 （0.5分） 第三区间VT2、VT3 、同时导通。 （0.5分） 第四区间VT3 、VT4、同时导通。 （0.5分） 第五区间VT4、VT5 、同时导通。 （0.5分） 第六区间VT5、VT6、同时导通。 （0.5分）

循环导通，则在每一向得到按正弦规律变化的电压。改变管子的导通时间和顺序就可一得到

不同频率和电压的三相交流电。

六、分析计算题：（本题共2小题，共20分）

1、三相半波整流，且电感性负载α=900，U2=220 V，由于电感Ld不够大，只能使晶闸管阳极电压过零后，再维持导通角300。试：①ud的波形。②列出电压平均值Ud的计算公式。③画出晶闸管VT1两端电压ud的波形。（10分）

1（10分）

①图a打斜线部分为ud的波形。 （1分）

② Ud=

322362 U2 sint d(t)=0.274 U2 （3分）

③晶闸管VT1两端电压波形 如图b打斜线部分所示。VT1、VT2、VT3均不导通时，VT1承受U相相电压，当VT1、VT2导通时，VT1管承受线电压。（3分）

（3分）

、问答题：（本题共2小题，共10分）

1、单相可控整流电路供电给电阻负载或蓄电池充电（反电势负载），在控制角α相同，负载电流平均值相等的条件下，哪一种负载晶闸管的额定电流值大一些？为什么？（6分）

答：（1）反电动势负载电路中晶闸管的额定电流大一些。因为当控制角为α时，电阻性负载时，晶闸管的导通角θ＝π-α。 （1分）

（2）而反电动势式负载时，当α小于不导电角δ时，θ＝π-2δ；当α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ＝π-α-δ。 （2分）

（3）所以，反电动势负载时的波形系数Kf1大于电阻性负载时的波形系数Kf2。当负载电流平均值相等的条件下，反电动势负载时的晶闸管电流的有效值大于电阻性负载时的晶闸管电流的有效值。因此，反电动势负载晶闸管的额定电流大一些。

2、换流重叠角的产生给逆变电路带来哪些不利影响？（4分）

答：（1）由于变压器漏感和线路电感等因素的影响，晶闸管的换流（换相）不能瞬时完成，均需一定的时间即换相重叠角γ所对应的时间。 （2分）

（2）如果逆变角β<γ，将使换相不能完成，造成逆变失败。

三、问答题：（本题共6小题，每空5分，共30分）

1、直流电动机负载单相全控桥整流电路中，串接平波电抗器的意义是什么？平波电抗器电感量的选择原则是什么?（6分）

答：（1）意义：利用电厂的储能作用来平衡电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。 （3分） （2）原则：在最小的负载电流时，保证电流连续，即使晶闸管导通角θ＝180°。 （2分） 2、（5分）

5、何谓斩波电路的直流调压和直流调功原理？分别写出降压和升压斩波电路直流输出电压U0电源电压Ud的关系式?（6分）

答：（1）改变导通比Kt即可改变直流平均输出电压U0又可改变负载上消耗功率的大小，这就是斩波电路的直流调压和调功原理。 （1分） （2）降压斩波电路U0＝KtUd。 （2分）

UdU0 1-Kt（3）升压斩波电路。

六、计算题：（本题共4小题，每空10分，共40分）

1、单相桥式半控整流电路，由220V经变压器供电，负载为大电感，并接有续流二极管，要求输出整流电压20~80V连续可调，最大负载电流为20A，最小控制角

min30。试回答：

(1)画出ud、iv11波形（α＝30°时） (2)电流有效值

(3)计算整流二极管的电流平均值

解：（1）波形ud（2分），iv11 （2分）

-minId12.9A (3分）2（2） -minIV2AR＝Id8.3A (3分）2（3）

Iv1

2、有一个三相全控桥整流电路如图所示。已知电感负载L＝0.2H、α＝75°、R＝1Ω、变压器二次相电压U2＝100V。试画出ud的波形，计算负载的平均整流电压Ud和负载电流平均值Id，计算变压器二次电流的有效值I2。

解：（1）L＝2fL6.283000.2376.8 （1分） （2）＞＞R，可视为大电感负载。 （1分）

（3）Ud的波形图见电力电子变流技术教材图3－13。 （2分）

36UdU2cos2.34U2cos (2分）（4）

（5）2.34100cos7560.56V (1分）

Ud R60.56　　 60.56A (1分）1（6）

Id（5）变压器二次电流的有效值I2

I2＝2Id0.816Id3 ＝0.81660.5649.42A (2分）

3、单相全控桥式变流电路如图所示，工作于有源逆变状态。β＝60°，U2＝220V，Ed＝－150V，R＝1Ω，L足够大，可使负载电流连续试按要求完成下列各项： （1）画出输出电压Ud的波形；（2）画出晶闸管V12的电流波形iv12； （3）计算晶闸管V12电流的有效值Iv12。

解：（1）ud （2分） （2）Iv12 （2分） （3）（4）（5）

Ud－0.9U2cos－99（V）　　（2分）

IdUd－Ed51(A) (2分）R

Iv121Id36.1(A) (2分）2

4、三相全控桥式有源逆变电路如图所示，变压器二次相电压的有效值U2＝220V，回路总电阻R＝0.5，平波电抗器L足够大，可使负载电流连续，若Ed＝－280V，要求电机在制动过程中的负载电流Id＝45.2A，试回答下列各题：

（1）求出此时的逆变控制角； （2）计算变压器二次的总容量S2。

解：（1）

UdIdR－257.4V Ud0.5-2.34U2 （3分）

cos （2） 60 （3分）

（3）

I2＝2Id36.9A3 （2分）

S23U2I224354(VA)（4） 24.35(KVA) （2分）

、简答题（本题共5小题，每小题5分，共25分）

2、单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？

答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 180，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 90。（2分）

三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 120，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 90。

3、在三相交交变频电路中，采用梯形波输出控制的好处是什么？为什么？

答：在三相交交变频电路中采用梯形波控制的好处是可以改善输入功率因数。（2分） 因为梯形波的主要谐波成分是三次谐波，在线电压中，三次谐波相互抵消，结果线电压仍为正弦波。在这种控制方式中，因为桥式电路能够较长时间工作在高输出电压区域（对应梯形波的平顶区），角较小，因此输入功率因数可提高15%左右。

4、换流方式各有那几种？各有什么特点？

答：换流方式有4种：

器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。（1分） 电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。（1分） 负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。（1分）

强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。（1分）

晶闸管电路不能用器件换流，根据电路形式采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。（1分）

四、作图题（本题共2小题，每小题10分，共20分）

1、试绘出单相全控桥式整流电路电感性负载接续流二极管，当α=600时输出电压波形ud，晶闸管T1的端电压波形。

2、三相桥式全控整流电路，大电感负载，试画出当α=90时输出电压ud的波形、输出电流id的波形。

0

五、计算题（本题共1小题，共15分）

单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，试求： （1）整流输出平均电压Ud、电流Id；（2）考虑2倍安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流；（3）变压器二次电流有效值I2。

①ud、id、和i2的波形如下图：（2分）

u2OudtOidOi2OIdIdttt

②输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2分别为 Ud＝0.9 U2 cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97（V）（2分） Id＝Ud /R＝77.97/2＝38.99（A）（1分） I2＝Id ＝38.99（A）（1分）

③晶闸管承受的最大反向电压为：

2U2＝1002＝141.4（V）（1分）

考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：

UN＝（2~3）×141.4＝283~424（V）（1分） 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 流过晶闸管的电流有效值为：

IVT＝Id∕2＝27.57（A）（1分） 晶闸管的额定电流为：

IN＝（1.5~2）×27.57∕1.57＝26~35（A）（1分）

三、简答题（本题共5小题，每题5分，共25分）

2、．三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b 两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？（5分）

答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b 两相之间换相的的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差180°。

3、使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？（5分）

①直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压； ②要求晶闸管的控制角α>π/2，使Ud为负值。

4、单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？（5分）

答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0～180°，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0～90°。

三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0～120°，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0～90°。

5、多相多重斩波电路有何优点？（5分）

答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路，使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、 脉动幅度减小， 对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。

此外，多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高。

四、作图题（本题共2小题，每小题10分，共20分）

1、试绘出单相全控桥式整流电路电感性负载不接续流二极管，当α=300时输出电压波形ud，晶闸管T1的端电压波形。

2、三相桥式全控整流电路，大电感负载，试画出当α=300时输出电压ud的波形、输出电流id的波形。

单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当=30时，要求：1，求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2；2，考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

1、解：①ud、id和i2的波形如下图：

u2Oud五、计算题（本题共1小题，共15分）

tOidOi2IdIdIdttt

②整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为 Ud＝0.9 U2 cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97(A) Id ＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A) I2＝Id ＝9(A)

③晶闸管承受的最大反向电压为：

O 2U2＝1002＝141.4（V）

流过每个晶闸管的电流的有效值为： IVT＝Id ∕2＝6.36（A） 故晶闸管的额定电压为：

UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V） 晶闸管的额定电流为：

IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）

三、简答题（本题共4小题，每题5分，共20分）

什么是调制信号？什么是载波信号？什么是载波比？（5分）

答：在正弦脉冲宽度调制（SPWM）中，把希望输出的波形称作调制信号；（2分） 而对它进行调制的三角波或锯齿波称为载波信号；（2分） 载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr称为载波比。

6、什么是PWM控制？（5分）

答：它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制电流的目的

4、什么是软开关技术？（5分）

答：软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一, 它应用谐振的原理, 使开关器件中的电流(或电压) 按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时, 使器件关断(或电压为零时, 使器件开通) , 从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题, 而且还能解决由硬开关引起的EMI 等问题。

四、作图题（本题共2小题，每小题10分，共20分）

1、单相全控桥带大电感性负载，试画出α=45°时Ud、Id、I2、UVT2各波形

（下图波形幅值为相电压）。

U2 UV

T2 O t 2、试画出三相全控桥整流电路（电感性负载），α=60°时，整流输出电压Ud 的波形和Id、IVT1、UVT1各波形（下图波形幅值为线电压）。

五、计算题（本题共2小题，共20分）

1、三相全控桥式整流电路，ωL﹥﹥R，R=4Ω，要求Ud从0～220V之间变化。试求：

1)、不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。

2)、计算晶闸管额定电压，电流值，如电压，电流裕量取2倍，选择晶闸管型号。 3)、变压器二次电流有效值I2。 （10分）

解：∵ 负载为大电感

∴ 流过负载的电流可看为直线（1分） 1）当α=0时，输出电压平均值为220V

220Ud94V2.34COSU22.34COS2.34由式Ud知（2分）

2）由题知，UTn2UTM2694460V（1分） 故取额定电压500V（1分）

U2∵

IdUdRd55AIT（1分） ∴

1Id31.75A3（1分）

IT(av)2IT40.45A1.57（1分） 故取额定电流50A（1分） 2Id0.8165544.9A3（1分） KfId70.7A1.57

因此，选取晶闸管的型号为KP50-5（1分）

I23）

2. 解：

ITAV 1）

ITAV2）

KfId44.9A1.57 KfId55.09A1.57

ITAV3）

考试试卷( 18 )卷

答：(1) 发电路输出的脉冲应具有足够大的功率；

(2) 触发电路必须满足主电路的移相要求； (3) 触发电路必须与主电路保持同步。

晶闸管主电路对触发电路的要求是什么？（5分）

7、晶闸管的额定电流IT(AV)、维持电流IH和擎住电流IL是如何定义？（5分）

答：1) 在环境温度小于40℃和标准散热及全导通的条件下， 晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流平均值称为通态平均电流IV(AV)或正向平均电流，通常所说晶闸管是多少安就是指这个电流。

8、简述绝缘栅双极型晶体管IGBT的特点是什么？（5分）

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。

4、单相桥式和三相半波可控整流器流电路大电感负载时，负载电流Id都是40A，试问晶闸管中电流的平均值、

有效值各是多少？（5分）

1）20A、28.36A (2）13.33A、23.12A

四、作图题（本题共2小题，每小题10分，共20分）

1、单相半全控桥带大电感性负载，试画出α=30°时Ud、Id、I2、UVT2各波形（下图波形幅值为相电压，不考虑失控现象）。

2、试画出三相半波可控整流电路（电感性负载），画α=30°时，整流输出电压Ud的波形和Id、IVT1、UVT1各波形（下图波形幅值为相线电压）。 u 2 =30°u a u b uc O u G O u d O t 1 i VT1 u O VT1 u ac O t t t t t u ab u ac

五、计算题（本题共2小题，共20分）

1、三相半波可控整流电路，ωL﹥﹥R，R=4Ω，要求Ud从0～220V之间变化。试求： 1)、不考虑控制角裕量时的，整流变压器二次线电压。

2)、计算晶闸管额定电压，电流值，如电压，电流裕量取2倍，选择晶闸管型号。 3)、变压器二次电流有效值I2。 （10分）

63140.262.8＞＞4Ω 10Ld解：∵

∴负载为大电感，流过负载的电流可看为直线（1分）

1）当α=0时，输出电压平均值为220V

220Ud94V2.34COSUUd22.34COS2.34由式知（2分）

2UTM2694460V（1分） 故取额定电压500V（1分）

2）由题知，UTnU2∵

IdUdRd55AIT（1分） ∴

1Id31.75A3（1分）

IT(av)2IT40.45A1.57（1分） 故取额定电流50A（1分）

因此，选取晶闸管的型号为KP50-5（1分）

3）2.

2、已知流过晶闸管的电流波形和波形系数Kf值，若要求平均电流均为80A，求晶

I22Id0.8165544.9A3（1分）

闸管的通态额定平均电流。（暂不考虑余量） （10分）

解：

KfITAV1.57Id141.4A 1）

KfId.8AITAV1.572） KfId110.18AITAV1.573）

六、分析题（本题共2小题，共20分）

1、三相全控桥阻感负载，主回路整流变压器的接法是△/Y－1，采用NPN管的锯齿波触发器，要求在整流与逆变状态运行。同步变压器二侧电压经R-C滤波器滤波后（滞后角为60°）接到触发电路。试问：同步变压器的的接法为？画出主回路整流变压器和同步变压器接法。 （要求给出矢量分析图） （10分）

2、电路如图，试画出该逆变器1200导通型三相逆变器电压波形（UAO 、UBO、UCO、UAB)。 （10分）

解：∵ 有600R-C滤波环节

∴ 同步变压器接线为Y/Y5-11

△/Y-11 Uab UAB Uab Uab △/Y-5

2.解：

UAO UBO wt wt UCO wt UAB wt

三、简答题（本题共3小题，每题5分，共15分） 1、如题图2-21所示的单相桥式半控整怎样抑制失控？（5分）

1、当a 突然增大至180或触发脉冲丢失时，流导通的情况，这使ud成为正弦半波，其平增加续流二极管VDR时，续流过程由VDR中只有一个管压降，有利于降低损耗。

流电路中可能发生失控现象，何为失控，

会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮均值保持恒定，称为失控。

完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路

2、换流方式各有那几种？各有什么特点？（5分）

2、器件换流是利用全控型器件的自关断能力进行换流。

电网换流是将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。

负载换流是由负载提供换流电压的换流方式。

强迫换流是设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。

3、交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？（5分）

3、效率较高（一次变流）、可方便地实现四象限工作、低频输出波形接近正弦波接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的，输出频率较低。输入功率因数较低。输入电流谐波含量大，频谱复杂。

主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低转速的交流调速电路中。目前已在轧机主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球磨机、卷扬机等场合应用。

既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动。

四、作图题（本题共2小题，每小题15分，共30分）

1、如图所示为一个三相桥式电压型逆变电路：

(1)结合电路原理图，说明其主要特点； (7分) (2)当该电路采用180°导电方式工作时，试画出UUN和UUV的电压波形。(8分)

1、(1)每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 °。任一瞬间有三个桥臂同时导通。每次

换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。 (2)

2、单相半控桥电路，U2=100V，电阻电感负载，R=2Ω，L值很大，当=60°时,画出ud、id、iVT的波形。(15分)

U2

t u  Od I OdId ttIVT1 OIVT2 O O    IdId     Id  t  t

五、计算题（本题共3小题，每题10分，共30分）

1、单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：

①作出ud、id、和i2的波形； (4分)

②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2； (4分) ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。(2分)

OudOiVTiVT TidO1,42,3OuV Oi2O1,4O 2t IdId Id ttIdId b) tttt ② Ud＝77.85伏 Id＝38.9安 I2＝38.9安

③ 晶闸管的额定电压234伏 晶闸管的额定电流17.5安

2、 三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当α=60°时，要求： ①画出ud、id和iVT!的波形； (5分) ②计算Ud、Id、IdT和IVT。(5分)

2、解：①ud、id和 iVT1的波形如下图：

②Ud、Id、IdT和IVT分别如下

Ud＝2.34U2cosa＝2.34×100×cos60°＝117（V） Id＝Ud∕R＝117∕5＝23.4（A） IDVT＝Id∕3＝23.4∕3＝7.8（A） IVT＝Id∕ 3＝23.4∕ 3＝13.51（A）

3、在图所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，ton=25μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。

3、假设L和C值很大。V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为，设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为，稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等，

UotontoffTEEtofftoff

Uo=80伏 Io= 4 安

1、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？（5分）

1、逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。采用最小逆变角βmin防止逆变失败。

2、什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？（5分）

2、载波信号和调制信号不同步的调制方式，是异步调制。载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即N等于常数，是同步调制。

异步调制的特点是当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小；当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大。

同步调制的特点是使一相的PWM波正负半周镜对称，N为奇数。

分段同步调制——异步调制和同步调制的综合应用。在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。

3、什么是软开关？采用软开关技术的目的是什么？（5分）

3、通过在电路中增加小电感、小电容等谐振元件，在开关过程中实现零电压开通，零电流关断，消除电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声，这样的电路称为软开关电路，具有该开关过程的开关称为软开关，目的是进一步提高开关频率和减少损耗。

4、什么是换相重叠角？换相重叠角是什么原因造成的？（5分）

4、在三相整流电路中，由于换相过程持续的时间电角度，称为换相重叠角。由于变压器漏抗对电路的影响，造成换流电路中的电流不能发生突变引起的换相重叠角。

5、试说明IGBT、GTR和GTO各自的优缺点是什么？（5分）

6、简述降压斩波电路的工作原理。(5分)

简述图3-1a 所示的降压斩波电路工作原理。

答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让 V导通一段时间ton，由电源 E 向 L、R、M供电，在此期间，uo＝E。

U0然后使V关断一段时间toff，此时电感 L通过二极管 VD 向 R和M供电，uo＝0。一个周期内的平均电压输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

tonEtontoff。

四、作图题（本题共2小题，每小题10分，共20分）

1、分析题图3-15a所示的电流可逆斩波电路，并结合题图3-15b的波形，绘制出各个阶段电流流通的路径并标明电流方向。

1、解：电流可逆斩波电路中，V1 和 VD1 构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第 1 象限；V2和 VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第 2象限。

图3-7b中，各阶段器件导通情况及电流路径等如下： V 导通，电源向负载供电：

V1关断，VD1续流：

V2导通，L上蓄能：

V2关断，VD2导通，向电源回馈能量

2、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。

2、解：ud的波形如下：

、计算题（本题共2小题，每小题15分，共30分） 、单相桥式半控整流电路带电阻负载工作，设交流电压有效值U2＝100V，控制角＝rad,负载电阻Rd＝2Ω, L 值极大，试求： ①输出电压的平均值 Ud ； (5分)

②输出电流有效值Id (5分)③作出ud、id、和iVT、iD的波形；(5分)

1、解：ud、id、iVT、iD的波形如下图：

负载电压的平均值为：

负载电流的平均值为：Id＝Ud∕R＝67.52∕2＝33.75（A）

流过晶闸管VT1、VT2的电流有效值为：流过二极管VD3、VD4的电流有效值为：

、三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当=60°时，要求：①画出ud、id和iVT!的波形；(8分) ②计算Ud、Id、IdT和IVT。 (7分)

2、解：①ud、id和 iVT1的波形如下图：

②Ud、Id、IdT和IVT分别如下

Ud＝1.17U2cosa＝1.17×100×cos60°＝58.5（V） Id＝Ud∕R＝58.5∕5＝11.7（A） IdVT＝Id∕3＝11.7∕3＝3.9（A） IVT＝Id∕ 3＝6.755（A）