2018年 電力電子技術(shù)

1、試題編號814西 安 理 工 大 學(xué)2018 年攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試命題紙 考試科目 電力電子技術(shù) 使用試題學(xué)科、專業(yè) 電氣工程 一、簡答題（20 分，每題 4 分）1、請寫出電力電子器件的四種換流方式。答：負載換流、強迫換流、電網(wǎng)換流、器件換流。2、MOSFET 和 IGBT 具有獨立的輸入電阻和輸出電阻，門極電阻影響 IGBT 的開通與關(guān)斷，請說明這些電阻對輸出電流的好處。答：使用獨立的開通電阻，可以使得 IGBT 快速開通，減小開通損耗。使用獨立的關(guān)斷電阻，可以減小 IGBT 兩端的過電壓，使得 IGBT 可靠關(guān)斷并減小IGBT 兩端的電壓應(yīng)力。3、MOSEFT 和 IGBT 哪個

2、更易并聯(lián)使用，為什么？答：MOSFET 更易并聯(lián)使用，因為 MOSFET 的導(dǎo)通阻抗 Ron 具有正的溫度系數(shù)，具有電流自動均衡的能力。而 IGBT 在 1/21/3 額定電流以下區(qū)段有負的溫度系數(shù)。因而 MOSFET 并聯(lián)使用比較容易。4、電力電子裝置主要由哪幾部分組成，各部分的作用是什么？答：電力電子裝置主要由控制電路、驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路?？刂齐娐罚喊凑障到y(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制主電路實現(xiàn)電力電子器件的開通與關(guān)斷。驅(qū)動電路：保證主電路器件的正常工作；主電路和控制電路之間的電氣隔離； 將控制信號轉(zhuǎn)化為驅(qū)動信號；保護功能。主電路：完成系統(tǒng)的功能。5、寫出

3、兩種寬禁帶半導(dǎo)體的材料，并寫出其中一種的優(yōu)點。答：SiC、GaN、金剛石等。Si 優(yōu)勢：比傳統(tǒng) Si 器件高得多的耐受高電壓的能力、較低的通態(tài)電阻、更好的導(dǎo)熱性能和熱穩(wěn)定性以及更強的耐高溫和熱輻射的能力。二、（30 分）單項橋式半控整流電路，交流側(cè)輸入為有效值 100V 的正弦交流電壓，電阻 R=2 歐，當控制角為 60 度時；1. 畫出兩個晶閘管的控制脈沖（6 分）； 控制角為 60 度的波形圖如圖所示：ug1wtug 3wt2. 畫出負載電壓，負載電流，以及二次側(cè)的電流（9 分）； 波形圖如圖所示：3. 計算負載電壓 Ud,負載電流 Id（8 分）；1+ COS 600答：Ud=0.9U

4、2=67.5V2I = UddR= 67.5 = 33.75 A24. 畫出控制角為 0 度時，i2 的波形，并進行諧波分析（7 分）。答：波形如圖所示： 該電路為 2 脈波整流電路故 i2 含有 2k+-1 次諧波（k=1,2,3,、）。三（20 分）對于輸入電壓為 100V 的直流電源，給阻感反電動勢負載供電，其中 R=0.5 歐，L=1mH，反電動勢 Em=20V，電感電流連續(xù)，采用脈寬調(diào)制方式， 控制周期 T=20s，輸出直流電壓平均值 U0=50V。1. 畫出斬波電路圖以及主控開關(guān)管的驅(qū)動脈沖和負載電壓與電流的波形（12 分）。V EVDLi0C u0RLloadEm2. 試求一個開

5、關(guān)周期中主控開關(guān)管的導(dǎo)通時間（4 分）。答： ton= u0 T = 10 ms E3. 畫出上述電路的兩相兩重斬波電路，并說明其作用（4 分）。答：仿照下圖三相三重斬波電路。作用：具有備用功能，各斬波電路單元可互為備用，若某一斬波單元發(fā)生故障，其余各單元可繼續(xù)運行，使總體可靠性提高。四（共 32 分）AC/AC 變換1. 單相交流電源輸入，其額定電壓為 220V/50Hz，給定額功率 2.2KW，額定電壓220V 的燈泡供電。若采用相位控制方法；（1） 試畫出主電路圖（4 分）；（2） 按 2 倍安全裕量，計算晶閘管的額定電壓和額定電流（8 分）； 分析：設(shè)計額定電壓和額定電流，應(yīng)以最大電流

6、電壓情況下設(shè)計。題中所說負載為燈泡，即為純電阻負載，負載阻抗角為 0。所以晶閘管承受的最大電壓為電源電壓，電流也為此電壓下的電流有效值。燈泡額定功率為 2.2kw，故流過燈泡的額定電流為 10A。晶閘管承受的最大電壓為2U 2 ，電流為 10A。晶閘管的額定電壓為： 22U 2 =622V晶閘管的額定電流為：2*10/1.57=13A（3） 寫出控制角的變化范圍，并畫出控制角為 90 度時的負載電壓（8 分）。答：負載為純電阻，阻抗角為 0，故控制角變化范圍為 0°180°u090°wt2. 若采用斬波控制，畫出主電路負載電壓波形（6 分）；斬控式交流調(diào)壓電路圖負

7、載電壓波形3. 三相交流直接變頻分為哪兩類？各有什么特點（6 分）； 答：分為公共交流母線進線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式。特點：1）公共交流母線進線方式：由三組彼此獨立的、輸出電壓相位相互錯開1200 的單相交交變頻電路構(gòu)成，電源進線通過進線電抗器接在公共的交流母線上。因為電源進線端公用，所以三組單相交-交變頻電路的輸出端必須隔離。交流電動機的三個繞組必須拆開，共引出六根線。2）輸出星形聯(lián)結(jié)方式：三組單相交交變頻電路的輸出端是星形連接，電動機的三個繞組也是星形聯(lián)結(jié)，電動機中點不和變頻器中點接在一起，電源進線就必須隔離，因此三組單相交交變頻器分別用三個變壓器供電。五（34 分）無源逆變與 SPWM:

8、1、解釋面積等效原理。答：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。2、單相 SPWM 電壓型半橋逆變電路，阻感負載，主控管子為 IGBT，（1）畫主電路圖（4 分）；（3）畫出 IGBT 的 SPWM 脈沖波形和逆變輸出電壓波形（8 分）； 答：IGBT 的 SPWM 脈沖波形和逆變輸出電壓波形如圖所示：（3） 如何改變輸出頻率（4 分）；答：改變調(diào)制波的頻率能夠改變輸出頻率。（4） 載波比對輸出電流的影響（4 分）；答：載波比越大，輸出電流越平滑，越接近正弦波。3、在模擬電路中，SPWM 控制方式如何

9、實現(xiàn)，如果不采用 SPWM 控制方式， 還有什么方法可以使該電路的輸出負載電流正弦度更好？（8 分）答：通過正弦波發(fā)生器得到正弦調(diào)制波，通過三角波發(fā)生器得到三角載波，兩個信號通過比較器后產(chǎn)生 SPWM 波。梯形波、馬鞍波等調(diào)制方式。4、圖示特定諧波消去法，簡要說明原理。原理：使波形正負半周兩半周期鏡對稱消除偶次諧波，使波形在正半周期內(nèi)前后 1/4 周期以p /2 為軸線對稱，可消去諧波中的余弦項。六.（10 分）1.公用電網(wǎng)中無功的危害是什么？舉例采用什么電力電子技術(shù)可以減小或者抑制 無 功 （4 分 ） 。1）無功功率使得電流增大和視在功率增加，進而導(dǎo)致設(shè)備容量增加。2） 無功功率增加會使設(shè)備和線路的損耗增加3） 無功功率使得線路壓降增大，沖擊性無功負載還會使得電壓劇烈波動。采用晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）可以進行無功補償。 2.結(jié)合一種電力電子變換電路說明 ZCS 作用及原理。（6 分）。SLrLECrVDCR圖為 ZCS 準諧振電路。ZCS 即為零電流開關(guān)，也就是在電路關(guān)斷前使得電流為零，所以在關(guān)斷的時候不會產(chǎn)生損耗和