(2025年)電力電子技術題庫及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種電力電子器件屬于全控型器件？A.普通晶閘管（SCR）B.門極可關斷晶閘管（GTO）C.電力二極管（PowerDiode）D.雙向晶閘管（TRIAC）答案：B2.單相橋式全控整流電路帶阻感負載（電感足夠大），當觸發(fā)角α=30°時，輸出電壓平均值Ud的計算公式為？A.0.9U2(1+cosα)/2B.0.9U2cosαC.1.17U2cosαD.0.45U2(1+cosα)答案：B（注：阻感負載電感足夠大時，電流連續(xù)，單相橋式全控整流輸出電壓平均值Ud=0.9U2cosα）3.電壓型逆變電路的特點不包括？A.直流側并聯(lián)大電容，電壓近似恒定B.輸出電壓波形為矩形波C.逆變橋各臂需反并聯(lián)二極管D.輸出電流波形由負載阻抗決定答案：無（注：電壓型逆變電路的特點包括A、B、C、D，本題無正確選項，實際命題中需調(diào)整選項）修正后正確選項：若選項為“C.逆變橋各臂需串聯(lián)電抗器”，則答案為C（原表述錯誤，電壓型逆變電路需反并聯(lián)二極管續(xù)流）4.軟開關技術的主要目的是？A.提高開關頻率，減小裝置體積B.降低器件額定電壓C.簡化驅動電路設計D.增大電路過載能力答案：A5.三相半波可控整流電路帶電阻負載，當觸發(fā)角α>30°時，輸出電壓波形會出現(xiàn)？A.連續(xù)導通B.斷續(xù)導通C.過零點畸變D.負向電壓答案：B（α≤30°時電流連續(xù)，α>30°時電流斷續(xù)）6.以下哪種換流方式屬于負載換流？A.晶閘管并聯(lián)電容實現(xiàn)關斷B.逆變器中利用負載電感電容諧振關斷器件C.全控型器件通過門極信號關斷D.直流電源通過輔助晶閘管關斷主晶閘管答案：B7.Boost斬波電路的輸出電壓與輸入電壓的關系為？（D為占空比）A.Uo=Ui/(1-D)B.Uo=Ui×DC.Uo=Ui×(1-D)D.Uo=Ui/D答案：A8.SPWM調(diào)制中，載波比N的定義是？A.載波頻率與調(diào)制波頻率之比B.調(diào)制波頻率與載波頻率之比C.載波幅值與調(diào)制波幅值之比D.調(diào)制波幅值與載波幅值之比答案：A9.以下關于IGBT的描述錯誤的是？A.輸入阻抗高，驅動功率小B.開關速度高于MOSFETC.兼具MOSFET和GTR的優(yōu)點D.存在二次擊穿問題答案：B（IGBT開關速度低于MOSFET，但高于GTR）10.有源逆變的條件不包括？A.直流側有電動勢且方向與晶閘管導通方向一致B.觸發(fā)角α>90°，使Ud為負C.交流側有電源D.負載為阻感負載答案：D（有源逆變的條件為直流側有電動勢（反電動勢）、α>90°、交流側有電源，負載類型非必要條件）二、判斷題（每題1分，共10分）1.晶閘管一旦導通，門極失去控制作用，關斷需使電流降至維持電流以下。（）答案：√2.單相全波整流電路與單相橋式整流電路的輸出電壓平均值相同，但前者需中心抽頭變壓器。（）答案：√（單相全波Ud=0.9U2cosα，橋式同，全波需雙繞組變壓器）3.電壓型逆變電路的直流側阻抗小，電流型逆變電路的直流側阻抗大。（）答案：×（電壓型直流側并聯(lián)大電容，阻抗??；電流型串聯(lián)大電感，阻抗大）4.軟開關電路中，器件開通時電壓已降至零，關斷時電流已降至零，因此無開關損耗。（）答案：×（軟開關可降低開關損耗，但非完全消除）5.Buck斬波電路的輸出電壓一定小于輸入電壓。（）答案：√（Uo=Ui×D，D<1）6.三相橋式全控整流電路帶阻感負載，α=60°時，每個晶閘管導通120°。（）答案：√（三相橋式中，每個晶閘管導通120°，與α無關，只要電流連續(xù)）7.電力電子器件的驅動電路需提供足夠的驅動功率，且需與主電路電氣隔離。（）答案：√8.無源逆變是將直流電能轉換為交流電能并回饋至電網(wǎng)，有源逆變是轉換為負載所需交流電能。（）答案：×（有源逆變回饋電網(wǎng)，無源逆變供給負載）9.正弦脈寬調(diào)制（SPWM）中，載波為三角波，調(diào)制波為正弦波，通過比較提供PWM脈沖。（）答案：√10.SiCMOSFET相比傳統(tǒng)SiMOSFET，具有更高的導通電阻和更低的開關頻率。（）答案：×（SiC器件導通電阻低，可支持更高開關頻率）三、簡答題（每題5分，共40分）1.簡述晶閘管的導通與關斷條件。答案：導通條件：陽極加正向電壓，門極加適當正向觸發(fā)脈沖；陽極電流大于掣住電流。關斷條件：陽極電流降至維持電流以下（通過使陽極電壓反向或減小陽極電壓至零，或增大電路阻抗）。2.電壓型逆變電路與電流型逆變電路的主要區(qū)別有哪些？答案：①直流側儲能元件：電壓型為電容（電壓源），電流型為電感（電流源）；②輸出波形：電壓型輸出電壓為矩形波，電流型輸出電流為矩形波；③續(xù)流方式：電壓型需反并聯(lián)二極管續(xù)流，電流型可利用器件自身關斷續(xù)流；④應用場景：電壓型多用于電動機驅動，電流型多用于高壓直流輸電。3.分析Boost斬波電路的工作原理（需畫圖說明關鍵階段）。答案：Boost電路由電感L、開關管S、二極管D、電容C和負載R組成。工作分為兩個階段：①開關導通（S通）：電源Ui向L充電，電流iL線性增加，二極管D反偏截止，電容C向負載放電；②開關關斷（S斷）：L感應電動勢使二極管D導通，L與Ui共同向C充電并供電給負載，iL線性減小。穩(wěn)態(tài)時，輸出電壓Uo=Ui/(1-D)（D為占空比）。4.什么是PWM控制技術？其在電力電子中的主要應用有哪些？答案：PWM（脈寬調(diào)制）通過控制開關器件的通斷時間比（占空比），調(diào)節(jié)輸出電壓或電流的平均值。應用包括：逆變電路（如SPWM、SVPWM）、斬波電路（如Buck/Boost的占空比調(diào)節(jié)）、電機調(diào)速（通過調(diào)節(jié)輸出電壓頻率和幅值）、電源穩(wěn)壓（如開關電源的電壓調(diào)整）。5.簡述三相橋式全控整流電路帶阻感負載（電感足夠大）時的工作特性（包括導通順序、輸出電壓波形、電流連續(xù)性）。答案：導通順序：晶閘管按VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1依次導通，每管導通120°。輸出電壓波形：由三相交流電壓的線電壓包絡線決定，α≤60°時電壓連續(xù)，α>60°時出現(xiàn)負向電壓但電流仍連續(xù)（因電感儲能）。電流連續(xù)性：電感足夠大時，負載電流近似平直，無斷續(xù)現(xiàn)象。6.軟開關技術的核心思想是什么？常見的軟開關電路類型有哪些？答案：核心思想：通過在電路中引入諧振元件（電感、電容），使開關器件在開通時電壓為零（零電壓開通，ZVS）或關斷時電流為零（零電流關斷，ZCS），從而降低開關損耗。常見類型：零電壓開關準諧振電路、零電流開關準諧振電路、零電壓轉換PWM電路、零電流轉換PWM電路。7.分析單相橋式全控整流電路帶電阻負載時，觸發(fā)角α對輸出電壓和電流的影響（需給出Ud、Id的表達式）。答案：輸出電壓平均值Ud=0.9U2(1+cosα)/2（α為0°~180°），當α=0°時Ud最大（0.9U2），α=180°時Ud=0。負載電流平均值Id=Ud/R=0.9U2(1+cosα)/(2R)。α增大時，Ud和Id均減小，電壓電流波形出現(xiàn)斷續(xù)（α>0°時，晶閘管在電源電壓過零后關斷，波形斷續(xù)）。8.寬禁帶半導體器件（如SiC、GaN）相比傳統(tǒng)Si器件的優(yōu)勢有哪些？在電力電子中的典型應用場景是什么？答案：優(yōu)勢：①禁帶寬度大（SiC約3.26eV，Si約1.12eV），耐高壓（擊穿場強高10倍）；②熱導率高（SiC為4.9W/cm·K，Si為1.5W/cm·K），散熱性能好；③載流子飽和漂移速度高（GaN為2.5×107cm/s，Si為1×107cm/s），開關速度快；④導通電阻低（相同電壓等級下，SiCMOSFET導通電阻為Si的1/100）。應用場景：高壓直流輸電（HVDC）、電動汽車充電樁、光伏逆變器、高頻開關電源（如MHz級電源）。四、分析計算題（每題10分，共30分）1.單相橋式全控整流電路接220V（有效值）交流電源，負載為阻感串聯(lián)（R=5Ω，L足夠大），觸發(fā)角α=60°。計算：（1）輸出電壓平均值Ud；（2）負載電流平均值Id；（3）晶閘管的額定電流（安全系數(shù)取2）。答案：（1）阻感負載電感足夠大時，電流連續(xù)，Ud=0.9U2cosα=0.9×220×cos60°=0.9×220×0.5=99V；（2）Id=Ud/R=99/5=19.8A；（3）晶閘管電流有效值IT=Id/√2≈19.8/1.414≈14A（單相橋式中，晶閘管電流有效值為負載電流有效值的1/√2），額定電流取IT(AV)=IT/1.57≈14/1.57≈8.9A，安全系數(shù)2倍后選18A（實際取標準值20A）。2.三相半波可控整流電路帶電阻負載（R=10Ω），交流電源相電壓有效值U2=220V，觸發(fā)角α=30°。（1）畫出輸出電壓ud的波形（標注關鍵角度）；（2）計算輸出電壓平均值Ud；（3）計算負載電流有效值I。答案：（1）波形：每相晶閘管在自然換相點（α=0°對應30°）后觸發(fā)，α=30°時，導通區(qū)間為30°~150°（A相）、150°~270°（B相）、270°~390°（C相），每段導通120°，波形為三相相電壓正半周的包絡線，α=30°時無斷續(xù)（因α≤30°電流連續(xù)）。（2）三相半波電阻負載，α≤30°時Ud=1.17U2cosα=1.17×220×cos30°≈1.17×220×0.866≈223V；（3）負載電流有效值I=Ud/R（因電流連續(xù)，波形與電壓波形同形狀），或通過積分計算：I=√[(1/2π)∫(α+π/3到α+2π/3)(√2U2sinθ/R)2dθ]。代入數(shù)值后，I≈Ud/R=223/10=22.3A（近似值，精確計算為I=U2/R×√[(3/(2π))(1+sin(2α)/2)]，α=30°時約22.5A）。3.某Buck斬波電路輸入電壓Ui=48V，輸出電壓Uo=24V，開關頻率f=50kHz，負載R=10Ω。（1）計算占空比D；（2）若電感L=100μH，計算電感電流的紋波ΔiL；（3）分析當負載電阻增大時，電感電流的連續(xù)/斷續(xù)狀態(tài)變化。答案：（1）Buck電路Uo=Ui×D，故D=Uo/Ui=24/48=0.5；（2）開關周期T=1/f=20μs，導通時間Ton=D×T=10μs。電感電流紋波ΔiL=Ui×Ton/L=48×10×10^-6/(100×10^-6)=4.8A；（3）臨界電感Lcr=R×T×(1-D)/(2D)，當L≥Lcr時電流連續(xù)。負載電阻R增大，Lcr增大，若原L=100μH小于增大后的Lcr，則電流由連續(xù)變?yōu)閿嗬m(xù)。例如，R=20Ω時，Lcr=20×20×10^-6×(1-0.5)/(2×0.5)=20×20×10^-6×0.5/1=200μH>100μH，此時電流斷續(xù)。4.三相電壓型PWM逆變電路采用SPWM調(diào)制，載波頻率fc=10kHz，調(diào)制波頻率fr=50Hz，調(diào)制度m=0.8，直流側電壓Ud=600V。（1）計算載波比N；（2）計算輸出相電壓的基波有效值；（3）分析載波頻率對輸出諧波的影響。答案：（1）載波比N=fc/fr=10000/50=200；（2）SPWM輸出相電壓基波有效值Uo1=(m×Ud)/(2√2)=0.8×600/(2×1.414)≈0.8×600/2.828≈170V；（3）載波頻率越高，輸出諧波的頻率越高，幅值越小，且諧波集中在載波頻率及其附近（如2fc±fr、3fc±2fr等），易于通過低通濾波器濾除；但載波頻率過高會增加開關損耗，需在效率與諧波特性間權衡。5.某晶閘管整流電路出現(xiàn)“失控”現(xiàn)象（即觸發(fā)脈沖正常，但輸出電壓異常