2025年完整版電力電子技術期末考試試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下電力電子器件中，屬于全控型器件且驅動方式為電壓驅動的是（）。A.晶閘管（SCR）B.電力晶體管（GTR）C.絕緣柵雙極晶體管（IGBT）D.門極可關斷晶閘管（GTO）2.三相橋式全控整流電路帶電阻負載時，若觸發(fā)角α=30°，則輸出電壓平均值U_d的計算公式為（）。A.1.17U2cosαB.2.34U2cosαC.0.9U2cosαD.1.35U2cosα3.電壓型逆變電路的特點是（）。A.直流側串聯(lián)大電感B.交流側輸出電流為矩形波C.直流側并聯(lián)大電容D.開關器件需反并聯(lián)二極管4.降壓斬波電路（Buck電路）中，若輸入電壓U_i=48V，占空比D=0.6，則輸出電壓平均值U_o為（）。A.28.8VB.32VC.40VD.56V5.軟開關技術的主要目的是（）。A.提高開關頻率B.降低器件成本C.簡化驅動電路D.減小開關損耗6.單極性SPWM調制中，載波為三角波，調制波為正弦波，當調制比M>1時，輸出電壓會出現(xiàn)（）。A.過調制現(xiàn)象B.欠調制現(xiàn)象C.直流偏移D.諧波含量降低7.晶閘管的擎住電流I_L與維持電流I_H的關系為（）。A.I_L>I_HB.I_L=I_HC.I_L<I_HD.無固定關系8.三相交交變頻電路的輸出頻率上限約為輸入頻率的（）。A.1/2B.1/3C.1/5D.1/109.以下不屬于電力電子裝置中EMI（電磁干擾）抑制措施的是（）。A.增加開關頻率B.加裝濾波器C.采用軟開關技術D.優(yōu)化電路布局10.碳化硅（SiC）器件相比硅（Si）器件的主要優(yōu)勢是（）。A.導通壓降更低B.工作溫度更低C.開關速度更慢D.成本更低二、填空題（每空1分，共15分）1.電力電子器件的驅動電路按驅動信號類型可分為________驅動和________驅動，IGBT屬于________驅動型器件。2.單相全波整流電路（帶中心抽頭變壓器）帶電阻負載時，輸出電壓平均值為________（U2為變壓器二次側單相電壓有效值）。3.逆變電路中，若交流側接電網(wǎng)，稱為________逆變；若接負載，稱為________逆變。4.升壓斬波電路（Boost電路）的基本關系式為U_o=U_i/(1-D)，其中D為________，其取值范圍為________。5.PWM控制技術的理論基礎是________，通過對一系列脈沖的________進行調制，等效獲得所需波形。6.晶閘管的開通條件是________且________；關斷條件是________。7.電力電子系統(tǒng)的效率η=________（用輸入功率P_in和輸出功率P_out表示）。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述IGBT的結構特點及工作原理。2.比較單相橋式全控整流電路帶電阻負載和帶阻感負載（L足夠大）時的輸出電壓波形差異，并說明原因。3.什么是電壓型逆變電路和電流型逆變電路？各舉一例典型應用。4.分析軟開關電路中零電壓開關（ZVS）的實現(xiàn)條件及關鍵元件作用。5.說明SPWM調制中載波比N的定義及其對輸出諧波的影響。四、分析計算題（共25分）1.（10分）單相橋式全控整流電路接阻感負載（L足夠大，電流連續(xù)），輸入交流電壓U2=220V，觸發(fā)角α=60°，負載電阻R=10Ω。（1）計算輸出電壓平均值U_d和輸出電流平均值I_d；（2）計算晶閘管的電流有效值I_T和承受的最大正反向電壓U_TM。2.（15分）某Buck-Boost斬波電路輸入電壓U_i=24V，輸出電壓U_o=-36V（負號表示極性相反），開關頻率f=50kHz，負載電阻R=12Ω。（1）求電路的占空比D；（2）計算電感電流的平均值I_L；（3）若電感L=100μH，計算電感電流的紋波Δi_L；（4）說明Buck-Boost電路與Cuk電路在輸出特性上的主要區(qū)別。五、綜合設計題（10分）設計一個用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的單相并網(wǎng)逆變器主電路拓撲，要求：（1）畫出主電路結構圖（標注主要元件）；（2）說明各元件的作用；（3）簡述控制策略的核心要求（需包含MPPT和并網(wǎng)同步）。答案一、單項選擇題1.C2.B3.C4.A5.D6.A7.A8.B9.A10.A二、填空題1.電流；電壓；電壓2.0.9U23.有源；無源4.占空比；0<D<15.面積等效原理；寬度（或占空比）6.陽極加正向電壓；門極加觸發(fā)脈沖；陽極電流小于維持電流7.P_out/P_in×100%三、簡答題1.IGBT結構特點：由BJT（雙極型三極管）和MOSFET（絕緣柵場效應管）組成的復合器件，具有MOSFET的電壓驅動特性和BJT的低導通壓降優(yōu)勢。工作原理：當柵極加正向電壓時，MOSFET導通，為BJT提供基極電流使其導通；柵極電壓為零時，MOSFET截止，BJT因基極電流消失而關斷。2.電阻負載時，輸出電壓波形為正負半周各有一個波頭，波形與α相關，α越大，波頭越窄；阻感負載（L足夠大）時，電流連續(xù)，晶閘管導通角增大，輸出電壓波形在負半周出現(xiàn)負值（電感釋放能量），平均值降低，波形更平緩。3.電壓型逆變電路：直流側并聯(lián)大電容（電壓源特性），輸出電壓為矩形波，需反并聯(lián)二極管續(xù)流（如單相全橋逆變器）；電流型逆變電路：直流側串聯(lián)大電感（電流源特性），輸出電流為矩形波，開關器件多為半控型（如中頻感應加熱電源）。4.ZVS實現(xiàn)條件：開關管開通前，其兩端電壓已降為零；關鍵元件為諧振電感和電容，通過諧振使開關管電壓在開通前自然過零，減少開通損耗。5.載波比N=fc/fm（fc為載波頻率，fm為調制波頻率）；N越大，輸出諧波頻率越高，幅值越小，易通過濾波器濾除；N過小會導致低次諧波含量增加，影響輸出波形質量。四、分析計算題1.（1）單相橋式全控整流阻感負載（電流連續(xù)）時，U_d=0.9U2cosα=0.9×220×cos60°=0.9×220×0.5=99V；I_d=U_d/R=99/10=9.9A。（2）晶閘管電流有效值I_T=I_d/√2≈9.9/1.414≈7.0A；最大正反向電壓U_TM=√2U2≈311V。2.（1）Buck-Boost電路關系式U_o=-U_iD/(1-D)，代入數(shù)據(jù)-36=-24D/(1-D)→36(1-D)=24D→36=60D→D=0.6。（2）輸出功率P_o=U_o2/R=362/12=108W，輸入功率P_in=P_o（忽略損耗），I_i=P_in/U_i=108/24=4.5A；電感電流平均值I_L=I_i/(1-D)=4.5/(1-0.6)=11.25A（或I_L=I_o/(1-D)，I_o=U_o/R=36/12=3A，I_L=3/(1-0.6)=7.5A？需修正：Buck-Boost中電感電流為輸入電流與輸出電流之和，正確推導應為：穩(wěn)態(tài)時電感電流平均值I_L=I_i+I_o=4.5+3=7.5A）。（3）Δi_L=U_i×D/(fL)=24×0.6/(50×103×100×10??)=14.4/(5)=2.88A（或關斷時Δi_L=U_o×(1-D)/(fL)=36×0.4/(50×103×100×10??)=14.4/5=2.88A，兩者相等）。（4）Buck-Boost輸出電流脈動大，Cuk電路因引入電容耦合，輸入和輸出電流均連續(xù)，紋波更小，適用于對電流平滑性要求高的場合。五、綜合設計題（1）主電路結構：光伏陣列→DC-DC變換器（Boost電路）→DC-AC逆變器（單相全橋）→濾波器（L或LC）→電網(wǎng)。（2）元件作用：Boost電路用于升