大連理工大學2025年9月《電力電子技術》作業(yè)考核試題及答案一、單項選擇題（每題3分，共30分）1.下列電力電子器件中，屬于全控型器件的是（）A.二極管B.晶閘管C.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）D.雙向晶閘管答案：C解析：二極管是不可控器件，它的導通和關斷完全取決于外加電壓的方向，不需要外部控制信號，所以A選項錯誤。晶閘管是半控型器件，一旦被觸發(fā)導通后，就不能通過門極信號使其關斷，只能通過外部電路條件（如使陽極電流小于維持電流）來關斷，故B選項錯誤。絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是全控型器件，它可以通過柵極信號控制其導通和關斷，所以C選項正確。雙向晶閘管也是半控型器件，它能雙向導通，但同樣不能通過控制極信號隨時關斷，D選項錯誤。2.在單相半波可控整流電路中，帶電阻性負載，當控制角α=60°時，輸出電壓的平均值Ud為（）（U2為變壓器二次側電壓有效值）A.0.45U2B.0.9U2C.0.225U2D.0.675U2答案：C解析：單相半波可控整流電路帶電阻性負載時，輸出電壓平均值\(U_d=0.45U_2\frac{1+\cos\alpha}{2}\)。當\(\alpha=60^{\circ}\)時，\(\cos60^{\circ}=\frac{1}{2}\)，代入公式可得\(U_d=0.45U_2\frac{1+\frac{1}{2}}{2}=0.45U_2\times\frac{3}{4}=0.225U_2\)，所以C選項正確。3.三相半波可控整流電路中，自然換相點是（）A.交流相電壓的過零點B.本相相電壓與相鄰相電壓正半周的交點處C.比三相不控整流電路的自然換相點超前30°D.比三相不控整流電路的自然換相點滯后60°答案：B解析：三相半波可控整流電路中，自然換相點是本相相電壓與相鄰相電壓正半周的交點處，所以B選項正確。交流相電壓的過零點不是自然換相點，A選項錯誤。三相半波可控整流電路的自然換相點與三相不控整流電路的自然換相點位置相同，C、D選項錯誤。4.電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是（）A.為交流側向直流側反饋無功能量提供通路B.整流C.濾波D.保護主開關器件答案：A解析：在電壓型逆變電路中，當負載為感性負載時，在開關器件關斷期間，負載電流的方向與電壓方向可能相反，此時負載中的無功能量需要反饋回直流側，反饋二極管就為交流側向直流側反饋無功能量提供了通路，所以A選項正確。整流是將交流電轉換為直流電的過程，反饋二極管不具備整流功能，B選項錯誤。濾波是平滑電壓或電流的波動，反饋二極管不是用于濾波的，C選項錯誤。反饋二極管主要不是用于保護主開關器件，D選項錯誤。5.下列關于PWM控制技術的說法中，錯誤的是（）A.PWM控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術B.采用PWM控制可以使輸出電壓的諧波含量減少C.采用PWM控制可以提高直流電壓的利用率D.PWM控制只能應用于逆變電路答案：D解析：PWM控制即脈沖寬度調制技術，它是對脈沖的寬度進行調制的技術，A選項正確。通過合理的PWM控制策略，可以使輸出電壓的諧波含量減少，提高輸出電壓的質量，B選項正確。PWM控制可以通過改變脈沖寬度來調節(jié)輸出電壓的大小，從而提高直流電壓的利用率，C選項正確。PWM控制不僅可以應用于逆變電路，還可以應用于整流電路、斬波電路等多種電力電子電路中，D選項錯誤。6.晶閘管觸發(fā)電路中，若使控制角α增大，則輸出脈沖的（）A.周期增大B.相位滯后C.幅值增大D.寬度增大答案：B解析：在晶閘管觸發(fā)電路中，控制角\(\alpha\)是指從晶閘管承受正向電壓開始到觸發(fā)脈沖到來時所經(jīng)歷的電角度。當控制角\(\alpha\)增大時，觸發(fā)脈沖到來的時間推遲，即輸出脈沖的相位滯后，所以B選項正確。脈沖的周期主要取決于觸發(fā)電路的時鐘信號等因素，與控制角\(\alpha\)無關，A選項錯誤?？刂平荺(\alpha\)的變化一般不影響脈沖的幅值和寬度，C、D選項錯誤。7.單相橋式全控整流電路帶大電感負載時，晶閘管的導通角θ為（）A.180°B.90°C.120°D.60°答案：A解析：單相橋式全控整流電路帶大電感負載時，由于電感的儲能作用，使得負載電流連續(xù)且波形近似為一條直線。在一個周期內，每個晶閘管輪流導通180°，所以晶閘管的導通角\(\theta=180^{\circ}\)，A選項正確。8.下列電力電子電路中，不屬于直流-直流變換電路的是（）A.降壓斬波電路B.升壓斬波電路C.半橋逆變電路D.升降壓斬波電路答案：C解析：降壓斬波電路、升壓斬波電路和升降壓斬波電路都是典型的直流-直流變換電路，它們可以將一種直流電壓變換為另一種不同數(shù)值的直流電壓，A、B、D選項不符合題意。半橋逆變電路是將直流電源轉換為交流電源的電路，屬于直流-交流變換電路，C選項符合題意。9.在電流型逆變電路中，直流側電感起（）作用A.濾波B.無功功率緩沖C.限流D.儲能答案：D解析：在電流型逆變電路中，直流側電感主要起儲能作用，它可以使直流側電流保持相對穩(wěn)定，為逆變過程提供持續(xù)的能量，所以D選項正確。雖然電感有一定的濾波作用，但這不是其在電流型逆變電路中的主要作用，A選項錯誤。無功功率緩沖一般是電容的作用，B選項錯誤。限流不是直流側電感在電流型逆變電路中的主要功能，C選項錯誤。10.三相橋式全控整流電路帶電阻性負載時，控制角α的移相范圍是（）A.0°～90°B.0°～120°C.0°～150°D.0°～180°答案：A解析：三相橋式全控整流電路帶電阻性負載時，為了保證整流電路能夠正常工作，控制角\(\alpha\)的移相范圍是\(0^{\circ}～90^{\circ}\)。當\(\alpha\gt90^{\circ}\)時，輸出電壓平均值會變?yōu)樨撝?，電路進入逆變狀態(tài)，所以A選項正確。二、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述晶閘管的導通和關斷條件。答：晶閘管的導通條件：-晶閘管陽極和陰極之間施加正向電壓，即陽極電位高于陰極電位。-同時在門極和陰極之間施加適當?shù)恼蛴|發(fā)脈沖信號，使門極有足夠的觸發(fā)電流流入。只有同時滿足這兩個條件，晶閘管才能從阻斷狀態(tài)轉變?yōu)閷顟B(tài)。晶閘管的關斷條件：-要使導通的晶閘管關斷，必須使陽極電流減小到小于維持電流\(I_H\)?？梢酝ㄟ^降低陽極電壓、增大負載電阻或者使陽極電壓反向等方法來實現(xiàn)。當陽極電流小于維持電流時，晶閘管內部的正反饋過程無法維持，晶閘管就會從導通狀態(tài)轉變?yōu)樽钄酄顟B(tài)。2.說明PWM控制的基本原理。答：PWM（脈沖寬度調制）控制的基本原理是：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。也就是說，這些不同形狀的窄脈沖對環(huán)節(jié)的作用效果只取決于脈沖的沖量（即脈沖的面積），而與脈沖的形狀無關。在PWM控制中，通常是用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦波。具體做法是把正弦波分成多個等份，每一等份的正弦波面積用一個與之面積相等的窄脈沖來代替，這樣就得到了一系列等幅不等寬的脈沖序列。通過改變脈沖的寬度，可以調節(jié)輸出信號的平均值。例如，在逆變電路中，通過控制開關器件的導通和關斷時間，產生一系列PWM脈沖，這些脈沖經(jīng)過低通濾波器后就可以得到接近正弦波的輸出電壓，從而實現(xiàn)對輸出電壓的大小和頻率的控制。3.比較電壓型逆變電路和電流型逆變電路的特點。答：電壓型逆變電路的特點：-直流側為電壓源，通常由電容濾波，直流電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。-輸出電壓為矩形波，輸出電流的波形和相位因負載不同而不同。-由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，與負載阻抗角無關，而交流側輸出電流波形和相位隨負載阻抗情況的不同而不同。-逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管，為交流側向直流側反饋無功能量提供通路。電流型逆變電路的特點：-直流側為電流源，通常由電感濾波，直流電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。-輸出電流為矩形波，輸出電壓的波形和相位因負載不同而不同。-交流側輸出電流波形為矩形波，與負載阻抗角無關，而交流側輸出電壓波形和相位隨負載阻抗情況的不同而不同。-不需要反饋二極管，因為電流源的方向是固定的，無功能量的反饋通過直流側電感來實現(xiàn)。三、分析計算題（每題20分，共40分）1.單相半波可控整流電路，帶電阻性負載，已知變壓器二次側電壓\(U_2=220V\)，負載電阻\(R=10\Omega\)，控制角\(\alpha=60^{\circ}\)。求：-輸出電壓的平均值\(U_d\)；-輸出電流的平均值\(I_d\)；-晶閘管承受的最大正反向電壓\(U_{TM}\)。解：-（1）根據(jù)單相半波可控整流電路帶電阻性負載時輸出電壓平均值公式\(U_d=0.45U_2\frac{1+\cos\alpha}{2}\)，已知\(U_2=220V\)，\(\alpha=60^{\circ}\)，\(\cos60^{\circ}=\frac{1}{2}\)，則：\(U_d=0.45\times220\times\frac{1+\frac{1}{2}}{2}=0.45\times220\times\frac{3}{4}=74.25V\)-（2）根據(jù)歐姆定律\(I_d=\frac{U_d}{R}\)，已知\(U_d=74.25V\)，\(R=10\Omega\)，則：\(I_d=\frac{74.25}{10}=7.425A\)-（3）在單相半波可控整流電路中，晶閘管承受的最大正向電壓和最大反向電壓均為變壓器二次側電壓的峰值\(U_{2m}\)，\(U_{2m}=\sqrt{2}U_2\)，已知\(U_2=220V\)，則：\(U_{TM}=\sqrt{2}\times220\approx311V\)2.三相橋式全控整流電路，帶電阻性負載，已知變壓器二次側線電壓\(U_{2l}=380V\)，負載電阻\(R=10\Omega\)，控制角\(\alpha=30^{\circ}\)。求：-輸出電壓的平均值\(U_d\)；-輸出電流的平均值\(I_d\)；-晶閘管的電流平均值\(I_{dT}\)和電流有效值\(I_T\)。解：-（1）三相橋式全控整流電路帶電阻性負載時，輸出電壓平均值公式為\(U_d=2.34U_2\cos\alpha\)，這里\(U_2\)是變壓器二次側相電壓有效值，已知變壓器二次側線電壓\(U_{2l}=380V\)，則相電壓\(U_2=\frac{U_{2l}}{\sqrt{3}}=\frac{380}{\sqrt{3}}V\)，\(\alpha=30^{\circ}\)，\(\cos30^{\circ}=\frac{\sqrt{3}}{2}\)，所以：\(U_d=2.34\times\frac{380}{\sqrt{3}}\times\frac{\sqrt{3}}{2}=2.34\times190=444.6V\)-（2）根據(jù)歐姆定律\(I_d=\frac{U_d}{R}\)，已知\(U_d=444.6V\)，\(R=10\Omega\)，則：\(I_d=\frac{444.6}{10}=44.46A\)-（3）在三相橋式全控整流電路中，每個晶閘管在一個周期內導通\(120^{\circ}\)。-