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2025年电力电子变流技术题试题及答案

一、单项选择题（每题 3 分，共 30 分）
1. 电力电子技术的核心是（ ）。
A. 电力电子器件 B. 变流技术 C. 控制技术 D. 电能变换
答案：D
解析：电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术，其核心是电能变换。

2. 下列电力电子器件中，属于半控型器件的是（ ）。
A. 晶闸管 B. 绝缘栅双极晶体管 C. 电力场效应晶体管 D. 可关断晶闸管
答案：A
解析：晶闸管是半控型器件，门极只能控制其开通，不能控制其关断。

3. 单相半波可控整流电路，电阻性负载，晶闸管导通角θ的大小与（ ）有关。
A. 控制角α B. 负载电阻值 C. 电源电压 D. 以上都是
答案：D
解析：在电阻性负载的单相半波可控整流电路中，导通角θ = 180° - α，且与负载电阻和电源电压都有关系。

4. 三相桥式全控整流电路，电阻性负载，当控制角α = 0°时，输出电压平均值 Ud 为（ ）。
A. 0.9U2 B. 2.34U2 C. 1.17U2 D. 1.35U2
答案：B
解析：三相桥式全控整流电路电阻性负载时，α = 0°时，Ud = 2.34U2。

5. 直流斩波电路中，降压斩波电路输出电压平均值 Ud 与输入电压 Ud 的关系是（ ）。
A. Ud = αE B. Ud = (1 - α)E C. Ud = E/α D. Ud = E/(1 - α)
答案：B
解析：降压斩波电路中，Ud = (1 - α)E，α为占空比。

6. 单相桥式全控整流电路，电感性负载，为了使晶闸管可靠关断，应采取的措施是（ ）。
A. 增加续流二极管 B. 减小负载电感 C. 增大触发角 D. 减小触发角
答案：A
解析：电感性负载时，增加续流二极管可使晶闸管可靠关断。

7. 下列哪种电路不是逆变电路（ ）。
A. 有源逆变电路 B. 无源逆变电路 C. 直流斩波电路 D. 交 - 直 - 交逆变电路
答案：C
解析：直流斩波电路是直流 - 直流变换电路，不是逆变电路。

8. 电力电子装置中常用的过电流保护措施不包括（ ）。
A. 快速熔断器 B. 过电流继电器 C. 热继电器 D. 压敏电阻
答案：D
解析：压敏电阻主要用于过电压保护，不是过电流保护措施。

9. 晶闸管触发电路中，若改变（ ）的大小，则输出脉冲产生相位移动，达到移相控制的目的。
A. 同步电压 B. 控制电压 C. 脉冲变压器变比 D. 以上都不对
答案：B
解析：改变控制电压大小可使触发电路输出脉冲相位移动，实现移相控制。

10. 软开关电路可以分为零电压电路和零电流电路，下列属于零电压电路的是（ ）。
A. 准谐振电路 B. 零开关 PWM 电路 C. 零转换 PWM 电路 D. 以上都是
答案：D
解析：这几种电路都属于零电压电路的范畴。

二、填空题（每空 2 分，共 20 分）
1. 电力电子器件一般具有__________、__________、__________等特点。
答案：承受电压和电流能力强、工作频率高、开关速度快
解析：电力电子器件通常能承受高电压大电流，工作频率较高且开关速度快。

2. 晶闸管的导通条件是__________，且__________。
答案：阳极加正向电压、门极加正向触发脉冲
解析：只有阳极正向电压且门极有触发脉冲时晶闸管才导通。

3. 三相半波可控整流电路，电阻性负载，当控制角α增大时，输出电压平均值 Ud 会__________。
答案：减小
解析：α增大，导通角减小，输出电压平均值减小。

4. 逆变电路中，根据直流侧电源性质不同，可分为__________逆变和__________逆变。
答案：有源、无源
解析：直流侧电源为电网能量时是有源逆变，为直流电源时是无源逆变。

5. 电力电子装置的主电路通常由__________、__________、__________三部分组成。
答案：整流电路、逆变电路、直流中间电路
解析：这是电力电子装置主电路的基本组成部分。

三、简答题（每题 10 分，共 30 分）
1. 简述晶闸管的工作原理。
答案：晶闸管具有单向导电性。当晶闸管阳极加正向电压，门极不加电压时，晶闸管处于正向阻断状态；当阳极加正向电压且门极加正向触发脉冲时，晶闸管导通，导通后即使去掉门极触发脉冲，晶闸管仍保持导通状态；当阳极电压变为零或反向时，晶闸管才关断。
解析：晶闸管导通需阳极正压和门极触发，导通后靠阳极电流维持，关断需阳极电压为零或反向。

2. 说明单相桥式全控整流电路电感性负载不加续流二极管时，晶闸管的导通和关断情况。
答案：在单相桥式全控整流电路电感性负载不加续流二极管时，晶闸管在电源电压正半周承受正向电压且门极有触发脉冲时导通，导通角大于 90°。当电源电压过零变负时，由于电感的作用，负载电流不能突变，晶闸管继续导通，直到电感能量释放完毕，负载电流下降到零，晶闸管才关断，关断角小于 90°。
解析：电感性负载使晶闸管导通角增大，关断角减小，需电感能量释放完才关断。

3. 简述 PWM 控制的基本原理。
答案：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。该结论表明，用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波或其他所需要的波形，这些脉冲的面积与正弦波在相应区间的面积相等，从而可以得到期望的波形。
解析：PWM 控制通过调节脉冲宽度等效得到所需波形，利用采样控制理论中冲量相等效果基本相同的原理。

四、分析计算题（每题 10 分，共 20 分）
1. 有一单相半波可控整流电路，接电阻性负载，负载电阻 R = 10Ω，电源电压 u = 220sinωt V，当控制角α = 60°时，求输出电压平均值 Ud 和负载电流平均值 Id。
答案：
（1）首先求输出电压平均值 Ud：
对于单相半波可控整流电路电阻性负载，Ud = 0.45U2(1 + cosα)/2，U2 = 220V，α = 60°，cosα = 0.5。
Ud = 0.45×220×(1 + 0.5)/2 = 74.25V。
（2）然后求负载电流平均值 Id：
根据欧姆定律 Id = Ud/R，已知 Ud = 74.25V，R = 10Ω。
Id = 74.25/10 = 7.425A。
解析：根据单相半波可控整流电路电阻性负载输出电压平均值公式计算 Ud，再由欧姆定律计算 Id。

2. 三相桥式全控整流电路，电阻性负载，已知电源相电压有效值 U2 = 220V，当控制角α = 30°时，求输出电压平均值 Ud 和晶闸管电流平均值 IT。
答案：
（1）求输出电压平均值 Ud：
三相桥式全控整流电路电阻性负载时，Ud = 2.34U2cosα，U2 = 220V，α = 30°，cosα = √3/2。
Ud = 2.34×220×√3/2 ≈ 453.6V。
（2）求晶闸管电流平均值 IT：
在三相桥式全控整流电路中，晶闸管电流平均值 IT = Id/3，Id = Ud/R（这里未给出 R，但不影响计算 IT 与 Ud 的关系）。
IT = Ud/(3R)，因为 Ud = 453.6V，所以 IT = 453.6/(3R)。
又因为 Ud = 453.6V 时，Id = Ud/R = 453.6/R，所以 IT = Id/3 = 453.6/(3R) = 151.2/R A（这里 R 为负载电阻）。
解析：利用三相桥式全控整流电路电阻性负载输出电压平均值公式计算 Ud，再根据晶闸管电流与负载电流关系计算 IT。

五、设计题（10 分）
设计一个降压斩波电路，已知输入直流电压 E = 200V，要求输出直流电压 Ud = 120V，输出电流 I = 5A，采用晶闸管作为开关器件，试确定电路的占空比α，并计算输出功率 P 和输入功率 Pin。
答案：
（1）求占空比α：
降压斩波电路中 Ud = (1 - α)E，已知 E = 200V，Ud = 120V。
则 120 = (1 - α)×200，
1 - α = 120/200 = 0.6，
α = 0.4。
（2）计算输出功率 P：
P = UdI，已知 Ud = 120V，I = 5A。
P = 120×5 = 600W。
（3）计算输入功率 Pin：
因为降压斩波电路理想情况下输入功率等于输出功率，所以 Pin = P = 600W。
解析：根据降压斩波电路输出电压公式计算占空比α，再由功率公式计算输出功率 P 和输入功率 Pin，理想情况下二者相等。