電力電子技術(shù)試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列電力電子器件中，屬于半控型器件的是（）。A.電力二極管B.晶閘管C.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）D.電力場效應(yīng)晶體管（MOSFET）答案：B。解析：電力二極管是不可控器件；晶閘管是半控型器件，只能控制開通，不能控制關(guān)斷；IGBT和MOSFET是全控型器件，可以控制開通和關(guān)斷。2.單相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載時，晶閘管的導(dǎo)通角$\theta$的變化范圍是（）。A.$0^{\circ}\sim90^{\circ}$B.$0^{\circ}\sim120^{\circ}$C.$0^{\circ}\sim150^{\circ}$D.$0^{\circ}\sim180^{\circ}$答案：D。解析：單相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載時，觸發(fā)角$\alpha$的范圍是$0^{\circ}\sim180^{\circ}$，導(dǎo)通角$\theta=180^{\circ}-\alpha$，所以導(dǎo)通角$\theta$的變化范圍是$0^{\circ}\sim180^{\circ}$。3.在三相半波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為（）。A.$\sqrt{2}U_{2}$B.$\sqrt{3}\sqrt{2}U_{2}$C.$2\sqrt{2}U_{2}$D.$3\sqrt{2}U_{2}$答案：B。解析：在三相半波可控整流電路中，變壓器二次側(cè)相電壓有效值為$U_{2}$，晶閘管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值，即$\sqrt{3}\sqrt{2}U_{2}$。4.以下哪種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常用于直流直流變換（）。A.單相橋式全控整流電路B.降壓斬波電路C.三相半波可控整流電路D.單相交流調(diào)壓電路答案：B。解析：降壓斬波電路是典型的直流直流變換電路；單相橋式全控整流電路和三相半波可控整流電路是將交流變?yōu)橹绷鞯碾娐?；單相交流調(diào)壓電路是對交流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的電路。5.電力電子裝置中，緩沖電路的作用是（）。A.提高電路的功率因數(shù)B.抑制電路中的過電壓和過電流C.改善電路的輸出波形D.降低電路的損耗答案：B。解析：緩沖電路的主要作用是抑制電力電子器件在開通和關(guān)斷過程中產(chǎn)生的過電壓和過電流，保護(hù)電力電子器件。6.下列哪種調(diào)制方式不屬于PWM調(diào)制方式（）。A.單極性PWM調(diào)制B.雙極性PWM調(diào)制C.異步調(diào)制D.移相調(diào)制答案：D。解析：單極性PWM調(diào)制、雙極性PWM調(diào)制和異步調(diào)制都屬于PWM調(diào)制方式；移相調(diào)制是一種通過改變各脈沖之間的相位關(guān)系來實現(xiàn)特定功能的調(diào)制方式，不屬于PWM調(diào)制方式。7.三相橋式逆變電路工作在180°導(dǎo)電方式時，每個橋臂的導(dǎo)通角度為（）。A.60°B.90°C.120°D.180°答案：D。解析：三相橋式逆變電路工作在180°導(dǎo)電方式時，每個橋臂的導(dǎo)通角度為180°。8.晶閘管觸發(fā)電路中，若使控制角$\alpha$增大，則輸出電壓（）。A.增大B.減小C.不變D.不確定答案：B。解析：在可控整流電路中，控制角$\alpha$增大，晶閘管導(dǎo)通時間縮短，輸出電壓減小。9.下列電力電子器件中，開關(guān)速度最快的是（）。A.晶閘管B.IGBTC.MOSFETD.門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）答案：C。解析：MOSFET的開關(guān)速度最快，因為它是單極型器件，不存在少子存儲效應(yīng)；IGBT次之；GTO和晶閘管的開關(guān)速度相對較慢。10.在有源逆變電路中，逆變角$\beta$的取值范圍是（）。A.$0^{\circ}\sim90^{\circ}$B.$30^{\circ}\sim120^{\circ}$C.$60^{\circ}\sim150^{\circ}$D.$90^{\circ}\sim180^{\circ}$答案：D。解析：在有源逆變電路中，逆變角$\beta$的取值范圍是$90^{\circ}\sim180^{\circ}$，此時才能將直流電能反饋回交流電網(wǎng)。二、多項選擇題（每題3分，共15分）1.電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域包括（）。A.電力系統(tǒng)B.交通運輸C.工業(yè)生產(chǎn)D.家用電器答案：ABCD。解析：電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中用于發(fā)電、輸電、變電和配電等環(huán)節(jié)；在交通運輸中用于電動汽車、高鐵等；在工業(yè)生產(chǎn)中用于各種電機(jī)調(diào)速、電源等；在家用電器中用于空調(diào)、冰箱等的控制。2.以下屬于全控型電力電子器件的有（）。A.IGBTB.MOSFETC.GTOD.電力二極管答案：ABC。解析：IGBT、MOSFET和GTO都屬于全控型電力電子器件，可以通過控制極來控制其開通和關(guān)斷；電力二極管是不可控器件。3.直流斬波電路的基本類型有（）。A.降壓斬波電路B.升壓斬波電路C.升降壓斬波電路D.Cuk斬波電路答案：ABCD。解析：直流斬波電路的基本類型包括降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路和Cuk斬波電路等。4.PWM控制技術(shù)的優(yōu)點有（）。A.可以得到任意形狀的輸出波形B.可以提高功率因數(shù)C.可以減少諧波含量D.可以實現(xiàn)對輸出電壓和頻率的靈活控制答案：BCD。解析：PWM控制技術(shù)不能得到任意形狀的輸出波形，但可以通過合理的調(diào)制策略提高功率因數(shù)、減少諧波含量，并實現(xiàn)對輸出電壓和頻率的靈活控制。5.三相橋式全控整流電路的特點有（）。A.輸出電壓脈動小B.變壓器二次側(cè)電流中諧波含量少C.適用于大功率負(fù)載D.觸發(fā)電路復(fù)雜答案：ABCD。解析：三相橋式全控整流電路輸出電壓脈動小，變壓器二次側(cè)電流中諧波含量少，適用于大功率負(fù)載，但觸發(fā)電路相對復(fù)雜，需要同時觸發(fā)6個晶閘管。三、判斷題（每題1分，共10分）1.電力二極管的正向?qū)▔航翟叫?，其?dǎo)通損耗越小。（）答案：正確。解析：電力二極管的導(dǎo)通損耗主要由正向?qū)▔航岛蛯?dǎo)通電流決定，正向?qū)▔航翟叫。瑢?dǎo)通損耗越小。2.單相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載時，不需要接續(xù)流二極管。（）答案：錯誤。解析：單相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載時，為了使晶閘管在電源電壓過零后能及時關(guān)斷，需要接續(xù)流二極管。3.降壓斬波電路的輸出電壓一定小于輸入電壓。（）答案：正確。解析：降壓斬波電路的輸出電壓$U_{o}=\alphaU_{i}$（$\alpha$為占空比，$0<\alpha<1$），所以輸出電壓一定小于輸入電壓。4.緩沖電路可以完全消除電力電子器件的過電壓和過電流。（）答案：錯誤。解析：緩沖電路只能抑制電力電子器件的過電壓和過電流，不能完全消除。5.異步調(diào)制的優(yōu)點是載波比固定，輸出波形質(zhì)量好。（）答案：錯誤。解析：異步調(diào)制的載波比不固定，在低頻時輸出波形質(zhì)量較差；同步調(diào)制的載波比固定，輸出波形質(zhì)量好。6.三相橋式逆變電路工作在120°導(dǎo)電方式時，同一相上下兩個橋臂不會同時導(dǎo)通。（）答案：正確。解析：三相橋式逆變電路工作在120°導(dǎo)電方式時，同一相上下兩個橋臂的導(dǎo)通時間間隔為180°，不會同時導(dǎo)通。7.晶閘管的觸發(fā)脈沖必須與主電路的電源電壓保持同步。（）答案：正確。解析：為了保證晶閘管在合適的時刻導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與主電路的電源電壓保持同步。8.有源逆變的條件之一是直流側(cè)要有一個直流電動勢，其極性必須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致。（）答案：正確。解析：有源逆變的條件包括直流側(cè)要有一個直流電動勢，其極性必須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，且逆變角$\beta$要滿足一定范圍。9.電力場效應(yīng)晶體管（MOSFET）是電壓控制型器件。（）答案：正確。解析：MOSFET是電壓控制型器件，通過柵源電壓來控制漏極電流。10.移相全橋電路可以實現(xiàn)零電壓開關(guān)，減少開關(guān)損耗。（）答案：正確。解析：移相全橋電路通過移相控制技術(shù)可以實現(xiàn)零電壓開關(guān)，減少開關(guān)損耗。四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述晶閘管的導(dǎo)通條件和關(guān)斷條件。答案：導(dǎo)通條件：（1）晶閘管陽極和陰極之間施加正向電壓；（2）晶閘管門極和陰極之間施加適當(dāng)?shù)恼蛴|發(fā)脈沖。關(guān)斷條件：（1）使陽極電流減小到小于維持電流$I_{H}$；（2）將陽極電壓反向，且反向時間大于晶閘管的關(guān)斷時間$t_{q}$。2.說明降壓斬波電路的工作原理。答案：降壓斬波電路主要由開關(guān)管（如IGBT、MOSFET等）、電感、電容和負(fù)載組成。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，電源向電感和負(fù)載供電，電感儲存能量，電容充電；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，電感中的能量通過續(xù)流二極管向負(fù)載釋放，電容繼續(xù)向負(fù)載供電。通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時間（即占空比$\alpha$），可以實現(xiàn)輸出電壓$U_{o}=\alphaU_{i}$（$U_{i}$為輸入電壓），從而達(dá)到降壓的目的。3.什么是PWM控制技術(shù)？簡述其基本原理。答案：PWM控制技術(shù)即脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，是通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形（包括形狀和幅值）?；驹硎抢脹_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。通過改變脈沖的占空比來改變輸出信號的電壓平均值或等效電壓，從而實現(xiàn)對輸出電壓、電流或功率的控制。4.簡述有源逆變和無源逆變的區(qū)別。答案：有源逆變是將直流電變換為與電網(wǎng)同頻率的交流電并回饋到電網(wǎng)中，其直流側(cè)的能量來源通常是直流電源，如直流電動機(jī)的電動勢等，且逆變過程需要電網(wǎng)作為交流側(cè)的參考；無源逆變是將直流電變換為頻率和電壓都可調(diào)節(jié)的交流電供給負(fù)載，負(fù)載通常是用電設(shè)備，不需要電網(wǎng)參與，如UPS電源等。五、計算題（每題12.5分，共25分）1.單相半波可控整流電路，輸入交流電壓$u_{2}=U_{2m}\sin\omegat$（$U_{2m}=311V$），負(fù)載為電阻性負(fù)載$R=10\Omega$，當(dāng)觸發(fā)角$\alpha=60^{\circ}$時，求：（1）輸出電壓平均值$U_{o}$；（2）輸出電流平均值$I_{o}$；（3）晶閘管承受的最大正向電壓$U_{FM}$和最大反向電壓$U_{RM}$。解：（1）已知輸入交流電壓有效值$U_{2}=\frac{U_{2m}}{\sqrt{2}}=\frac{311}{\sqrt{2}}=220V$。單相半波可控整流電路輸出電壓平均值公式為$U_{o}=\frac{1+\cos\alpha}{2}\times\frac{U_{2}}{\sqrt{2}}$，當(dāng)$\alpha=60^{\circ}$時，$U_{o}=\frac{1+\cos60^{\circ}}{2}\times\frac{220}{\sqrt{2}}=\frac{1+0.5}{2}\times\frac{220}{\sqrt{2}}\approx116.5V$。（2）輸出電流平均值$I_{o}=\frac{U_{o}}{R}=\frac{116.5}{10}=11.65A$。（3）晶閘管承受的最大正向電壓$U_{FM}=U_{2m}=311V$，最大反向電壓$U_{RM}=U_{2m}=311V$。2.降壓斬波電路，輸入直流電壓$U_{i}=200V$，負(fù)載電阻$R=10\Omega$，電感$L$足夠大，使得負(fù)載電流連續(xù)。當(dāng)占空比$\alpha=0.4$時，求：（1）輸出電壓平均值$U_{o}$；（2）輸出電流平均值$I_{o}$；（3）輸入電流平均值$I_{i}$。解：（1）降壓斬波電路輸出電壓平均值公式為$U_{o}=\alpha