电力电子技术题库

南通大学

电气工程学院

电力电子技术

题

库

1

第二章 电力电子器件

一、填空题

1、若晶闸管电流有效值是 157A，则其额定电流为 100A 。若该晶闸管阳、阴间电压为 60sinwtV ，则其额定电压应为 60V 。（不考虑晶闸管的电流、 电压安全裕量。）2、功率开关管的损耗包括两方面，一方面是 导通损耗 ；另一方是 开关损耗 。 3、在电力电子电路中，常设置缓冲电路，其作用是 抑制电力电子器件的内因过电压、 du/dt 或者过电流和 di/dt ，减小器件的开关损耗 。 4、缓冲电路可分为 关断缓冲电路 和开通缓冲电路 。

5、电力开关管由于承受过电流，过电压的能力太差。所以其控制电路必须设有过流和过压保护电路。

二、判断题

1、“电力电子技术”的特点之一是以小信息输入驱动控制大功率输出。 （ √ ） 2、某晶闸管，若其断态重复峰值电压为 500V，反向重复峰值电压为 700V，则该晶闸管的额定电压是 700V。（ × ）

3、晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小由管子本身电特性决定。 （ × ）

4、尖脉冲、矩形脉冲、强触发脉冲等都可以作为晶闸管的门极控制信号。 （ √ ） 5、在晶闸管的电流上升至其维护电流后，去掉门极触发信号，晶闸管级能维护导通。（ × ）

6、在 GTR的驱动电路设计中，为了使 GTR 快速导通，应尽可能使其基极极驱动电流大些。（ × ）

7、达林顿复合管和电力晶体管属电流驱动型开关管；而电力场效应晶体管和绝缘栅极双极型晶体管则属电压驱动型开关管。 （ √ ）

8、IGBT 相比 MOSFET，其通态电阻较大，因而导通损耗也较大。 （ × ） 9、整流二级管、晶闸管、双向晶闸管及可关断晶闸管均属半控型器件。 （ × ） 10、导致开关管损坏的原因可能有过流、过压、过热或驱动电路故障等。 （ √ ）

三、选择题

1、下列元器件中，（ BH ）属于不控型，（ DEFIJKLM）属于全控型 , （ ACG ）属于半控型。

A、普通晶闸管 B 、整流二极管 C 、逆导晶闸管 D 、大功率晶体管

E、绝缘栅场效应晶体管 F 、达林顿复合管 G 、双向晶闸管 H 、肖特基二极管 I 、可关断晶闸管 J 、绝缘栅极双极型晶体管 K 、MOS控制晶闸管 L、静电感应晶闸管 M 、静电感应晶体管

2、下列器件中，（ c ）最适合用在小功率，高开关频率的变换器中。 A、GTR B、 IGBT C 、MOSFET D、 GTO

3、开关管的驱动电路采用的隔离技术有（ ad ） A、磁隔离 B、电容隔离 C、电感隔离 D、光耦隔离

四、问答题

1、使晶闸管导通的条件是什么？

答：晶闸管承受正向阳极电压， 并在门极施加触发电流或 脉冲（uak＞0且ugk＞ 0）。

2

2、维持晶闸管导通和条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？

答：（1）维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最

小电流，即维持电流。

（ 2）要使晶闸管由导通变为断， 可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸

管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维护电流以下，便可使 导通的晶闸管关断。

3、GTO和普通晶闸管同为 PNPN结构，为什么 GTO能够自关断， 而普通晶闸管不能？

答：GTO和普通晶闸管同为 PNPN结构，由P1N1P2 和N1P2N2构成两个晶体管 V1、 V2 分别具有其基极电流增益 α1 和 α2，由普通晶闸管的分析可得， α1+α 2=1 是器件临界导通的条件。 α1+α 2＞ 1，两个等效晶体管过饱和而导通： α1+α2

＜ 1，不能维持饱和导通而关断。 GTO之所以能够自行关断， 而普通晶闸管不能，是因为 GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：

1） GTO 在设计时 α2 较大，这样晶体管 V2 控制灵敏，易于 GTO关断；

2）GTO 导通时的 α1+α2 更接近于 1，普通晶闸管 α1+α2≥1.15 ，而 GTO则

为α 1+α2≈1.05 ，GTO的饱和程度不深， 接近于临界饱和， 这样为门极 控制关断提供了有利条件；

3） 多元集成结构使每个 GTO元阴极面积小，门极和阴极间的距离在为缩短，

使得 P2级区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。

4、IGBT、GTR、 GTO和电力 MOSFET的驱动电路各有什么特点？

答：（1）IGBT 驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻， IGBT 是电压驱

动型器件， IGBT的驱动多采用专用混合集成驱动器。

（2）GTR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减少开通损耗，并断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。

（3）GTO驱动电路的特点是： GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流， 关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开 通驱动电路，关断驱 动电路和门极反偏电路三部分。

（4）电力 MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。

5、全控型开关器件： GTR、IGBT，MOSFET，达林顿管中属于电流型驱动的开关管的是哪几种？属于电压型驱动的是哪几种？

答：属于电流型驱动： GTR、达林极管。属于电压型驱动： IGBT， MOSFET。 6、全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析 RCD 缓冲电路中各元件的作用。

答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压， du/dt 或过电流和 di/dt ，减小器件的开关损耗。

RCD 缓冲电路中，各元件的作用是：开通时， CS 经RS 放电， RS 起到放电电流的作用；关断时，负载电流经 VDS 从 CS 分流，使 du/dt 减小，抑制过电压。

3

7、试说明 IGBT、GTR、GTO和电力 MOSFET各自的优缺点。

解：对 IGBT、GTR、GTO和电力 MOSFET的优缺点的比较如下表：

器件 IGBT

优点

有耐脉冲电流冲击的能力， 通 态压降较低， 输入阻抗高， 为

电压驱动，驱动功率小

耐压高，电流大，开关特性好， 通流能力强，饱和压降低

缺点

开关速度高， 开关损耗小， 具 开关速度低于电力 MOSFET，电

压，电流容量不及 GTO

GRT

开关速度低， 为电流驱动， 所

需驱动功率大，驱动电路复

杂，存在二次击穿问题 电流关断增益很小， 关断时门

GTO

电压电流容量大， 适用于大功 率场合，具有电导调制效应，

其通流能力很强

及负脉冲电流大，开关速度 低，驱动功率大， 驱动电路复

杂，开关频率低

电流容量小， 耐压低，一般中

电力

开关速度快， 输入阻抗高， 热 稳定性好，所需驱动功率小且 驱动电路简单，工作频率高，

不存在二次击穿问题

适用于功率不超过 10kw 的电

力电子装置

MOSFET

第三章 整流电路

一、填空题

1、变压器漏抗对整流电路的影响是 整流电路输出电压 Ud 幅值减小 ；变压器漏抗对逆变电路的影响是 逆变电路输出电压压 Ud 幅值增大 。

2、三相桥式可控整流电路，若输入电压为 u21=100sinwt ，电阻性负载，设控制角 α=60°，则输出电压 Ud= 82.73V 。

二、判断题

1、对于输入接整流变压器的可控整流电路，变压器存在直流磁化的有三相半波整流电路、单相半波整流电路和单相双半波整流电路。 （×）

2、对于单相桥式全控整流电路，晶闸管 VT1 无论是烧成短路还是断路，电路都可作单相半波整流电路工作。 （×）

3、单相桥式电路，反电动势负载，已知 β=60°U2=100V，E=50V，则电路处于待逆变状态。（× ）

4、在有源逆变电路中，当某一晶闸管发生故障，失去开通能力，则会导致逆变失败。（√）

5、变压器漏抗使整流电路和有源逆变电路的输出电压幅值均减小。 （×）

6、对于三相半波整流电路，电阻性负载，当 Id 一定时，流过晶闸管的电流有效值 IT 随控制角 α 的增加而增加。（√）

7、对于三相半波整流电路电阻性负载，当 α =45°，U2=100V 时，输出电压平均值约为 85V。（√）

8、输出接有续流二极管的三相桥式全控桥，不可能工作在有源逆变状态。 （√） 9、下列各种变流装置中，能实现有源逆变电路的，在括号中画“ √ ”，不能的

4

画“×”。

（ 1）单相双半波可控整流电路。 （√）

（ 2）接续流二极管的单相双半波可控整流电路。 （× ） （ 3）单相全控桥式整流电路。 （√） （ 4）单相半控桥式整流电路。 （× ） （ 5）三相半波可控整流电路。 （√ ）

（ 6）带续流二级管的三相半波可控整流电路。 （× ） （ 7）三相桥式全控整流电路。 （√ ）

三、选择题

1、下列路中，不可以实现有源逆变有（ bd ）

A、三相半可控整流电路 B、三相桥式半控整流电路

C、单相桥式整流电路 D、单项双半波整流电路外接续流二极管

2、下列电路中，输入整流变压器不存在直流磁化的有（ acef ）

A、单相桥式整流电路 B、单相半波整流电路

C、单相双半波整流电路 D、三相半波整流电路

E、三相桥式有源逆变电路 F、单相双半波外接续流二极管

d

）

A、三相半波 B、单相双半波 C、三相桥式 D、十二相整流

4、整流变压器漏抗对电路的影响有（ acd）

A、变流装置的功率因数降低 B、输出电压脉冲减小C、电流变化缓和 D、引起相间短路

3、下列可控整流电路中，输出电压谐波含量最少的是（

四、问答题

1、单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？

答：单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有 2k（k=1、 2、 3⋯）次谐波，其中幅值最大的 2 次谐波。变压器二次侧电流中含有 2k+1（k=1、2、3⋯）次即奇次谐波，其中主要的是 3 次、 5 次谐波。

2、三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？

答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有 6k（k=1、2、3⋯）次谐波，其中幅值最大的 6 次谐波。变压器二次侧电流中含有 6k± 1（ k=1、2、3⋯）次谐波，其中主要的是 5次、 7 次谐波。

3、在单相桥式全控制整流电路中，若有一晶闸管因为过流而烧成断路，结果会怎样？如果这只晶闸管被烧成短路，结果又会怎样？

答：若有一晶闸管因为过流而烧成断路，则单相桥式全控制流电路变为单相半波可控制流电路， 如果这只晶闸管被烧成短路， 会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重时使输入变压器因过流而损坏。 因此在设计电路时， 在变压器二次侧与晶闸管之间应串联快速熔断丝，起到过流保护的作用。

4、有一感性负载单相半控桥式整流电路，当触发脉冲突然消失或 α突然增大到 π 时，电路会产生什么现象？电路失控时， 可用什么方法判断哪一只晶闸管一直导

5

能，哪一只一直阻断？

答：对于单相半控桥式整流电路， 当触发脉冲突然消失或 α突然增大到 π 时，电路会出现失控现象， 即一只晶闸管一直导通， 两只整流二极管轮流导通。 出现这种现象时，可用万用表测量晶闸管两端电压或用示波器测量晶闸管两端电压波形来判断导通和关断情况。

5、在主电路没有整流压器，用示波器观察主电路各点波形时，务必采取什么措施？用双踪示波器同时观察电路两处波形时，务必注意什么问题？

答：必须把示波器插头的接地端断开，否则会引起短路。用双踪示波器同时

观察时，由于探头的负端在示波器内部被短接， 所以使用时， 探头的负端可以选 择两个电位相同的点或无直接电联系的点，否则会引起短路。

6、三相全控桥式整流电路，当一只晶闸管短路时，电路会发生什么情况

答：在三相桥式电路中，若一只晶闸管发生短路，例如共阴极组中一只管了短路，则其余共阴极组中任意一只晶闸管被触发导通后， 都要引起电源线电压短路，使管子连续烧坏，严重时，还会损坏输入变压器，所以要求每只晶闸管桥路中应串接快速熔断器，以保护晶闸管及整个电路。

7、对于单相全控桥式有源逆变电路，为了加快电动机的制动过程，增大电枢电流，应如何调节 β 角？当电枢电流增大后， 换相重叠角是否会加大？这是否会造成逆变失败？

解：因为 Id=（Ud-ED ）/ R Ε，在有源逆变条件下， Id=[- Ud0cosβ-（-ED）]/R Ε=

（ ED-Udocosβ）/RΕ，所以电动机工作在发电制动状态。发为加快电动机制动过程，增大 Id ，必须使 β增大。又知 cos α-cos （ α + γ）=IdXB/ 2U 2sin( π /m)， 所以当制动电源 Id增大时，换向重叠角 γ亦增加，当 β增大超过一定数值，加上换向重叠角 γ的增大，可能造成逆变的失败。 8、使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？

答： ①直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。

②要求晶闸管的控制角 α＞π/2，使 Ud 为负值。

9、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？

答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路 形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联， 由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变。

防止逆变失败的方法有： 采用精确可靠的触发电路， 使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角 β等。

第四章 逆变电路

一、填空题

1、换流方式主要有 器件换流 、电网换流 、负载换流 、和强迫换流 。 2、单相电压型逆变电路中二极管的作用是 反馈和续流。

3、180度导电方式三相电压型逆变电路中， 为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源短路，要求采用 先断后通 的方法。

4、单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路中为了保证晶闸管可靠关断，反压时间 tB应大于晶闸管关断时间 tq。（大于、等于或小于）

5、串联二极管式晶闸管三相电流型逆变电路采用 强迫换流方式。

6

二、选择题

1、电压型逆变电路特点有（ bcd ）

A、直流侧接大电感 B、交流侧电流接正弦波 C、直流侧电压无脉动 D、直流侧电流有脉动 2、电流型逆变电路特点有（ a ）

A、直流侧接大电感 B、交流侧电流接正弦波 C、直流侧电压无脉动 D、直流侧电流有脉动

3、无源逆变电路中，以下半导体器件采用器件换流的有（ acd ），采用强迫换流和负载换流的有（ b ）。 A、GTO B、 SCR C、 IGBT D、MOSFET 4、（ ad ）属于自然换流，（ bc ）属于外部换流。 A、器件换流 B、电网换流 C、负载换流 D、强迫换流

三、问答题

1、无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？ 答：两种电路的不同主要是：

有源逆变电路的交流测接电网， 即交流侧接有电源。 而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。

2、换流方式各有哪几种？各有什么特点？ 答：换流方多有 4 种：

器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。电网换流：由电网提供换流电压， 只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。负载换流：由负载提供换流电压， 当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电

压时，可实现负载换流。

强迫换流：设置附加换流电路， 给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强

迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。

晶闸管电路不能采用器件换流， 根据电路形式的不同采用电网换流、 负载换流和强迫换流 3 种方式。

3、什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点

答：按照逆变电路直流测电源性质分类， 直流侧是电压源的逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。电压型逆变电路的主要特点是：

①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动， 直流回路呈现低阻抗。

②由于直流电压源的钳位作用， 交流侧输出电压波形为矩形波， 并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位同负载阻抗情况的不同而不同。③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作

用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道， 逆变桥各臂都并联了反馈二级管。

电流型逆变电路的主要特点是：

①直流侧串联有大电感， 相当于电流源。 直流侧电流基本无脉动， 直流回路呈现高阻抗。

7

②电路中开关器件的作用是改变直流电路的流通路径， 因此交流侧输出电流为矩 形波，并且与负载阻抗角无关。 而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况 的不同而不同。

③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作 用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向， 因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。

第五章 直流斩波电路

一、填空题和判断题

1、开关型 DC-DC 变换电路的 3 个基本元件是 功率开关管 、电感和电容 。 2、设DC-DC 变换器的 Boost 电路中， Ui=10.0V ，D=0.7 则 U= 33.3V 。 3、设DC-DC 变换器的 Buck 电路中， Ui=10.0V ，D=0.7 则U= 7V 。

4、直流斩波电路是 固定的直流电转换成可变的直流电 ，其中典型电路有 升压斩波电路和降压斩波电路 。

5、变频开关 DC-DC 变换电路由于开关频率高，因而可减少滤波电路体积。

（√）

6、多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多少结构相同的基本斩波电 路，使得输入电源电源和输出负载电流的脉动次数增加、 脉动幅度减小， 对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。 （√）

二、问答题

1、简述降压斩波电路工作原理。

答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让 V 导通一段时间 ton ，由

电源 E 向 L、R、M 供电，在此期间， uo=E。然后使 V 关断一段时间 toff ，此进电 感 L通过二级管 VD向R和M供电，uo=0。一个周期内的平均电压， uo= 。 输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

第六章交- 交变流电路

1、交流调压电路和交流调功电路采用的控制方法分别是 相位控制 和通断控制。

第七、八 章

一、填空题

1、正弦脉宽调制（ SPWM）技术运用于电压型逆变电路中，当改变 调制比 / 载波比，可改变逆变器输出电压幅值； 改变调制波频率 可改变逆变器输出电压频率；改变载波频率 可改变开关管的工作频率。

2、SPWM波形的生成方法主要有 3 种，分别是 自然采样法 、规则采样法 和谐波消除法

3、在单相正弦脉宽调制控制中，设载波频率为 Fc，调制波频率为 Fr，则在逆变器输出波形中，幅值最高且影响最大的是 Fc/Fr 次谐波分量。

4、单项桥式逆变电路，采用 PWM 控制技术，当载波角频率为 Wc 时，电路

8

输出电压的谐波分量中， 幅值最高、影响最大的是角频率为 Wc 的谐波分量。

5、准谐振电路中电压或电流的波形为 正弦半波 ，零开关 PWM电路电压和电流的波形基本上是 方波。

6、间接交流变流电路是先将 交流电整流为直流电 ，再将直流电逆变为交流电。而间接直流变流电路是先将 直流电逆变为交流电 ，再将交流电整流为直流电 。

7、间接交流变流电路主要可分为两类 变压变频变流电路 和恒压恒频变流电路。

8、三相桥式 PWM型逆变电路中，输出相电压有两种电平 0.5Ud 和-0.5 Ud。

输出线电压有三种电平 Ud、0、- Ud。

二、判断选择题

1、在 SPWM控制的逆变电路中，载波频率越高， SPWM 波形中谐波频率也就越高，也就容易滤除。（ √ ）

2、下列间接直流变流电路中， （ ab ）是单端电路，（ cde ）是双端电路。 A．正激电路 B 反激电路 C 半桥电路 D 全桥电路 E 推挽电路

大题目看作业

9