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2025年电力电子常见例题试题及答案

一、选择题（每题 3 分，共 30 分）
1. 电力电子技术的核心是（ ）
A. 电力变换 B. 电能传输 C. 电力控制 D. 电力生产
答案：A
解析：电力电子技术主要研究电能的变换，包括电压、电流、频率等的变换，所以核心是电力变换。

2. 以下哪种器件属于全控型器件（ ）
A. 晶闸管 B. 二极管 C. 绝缘栅双极型晶体管 D. 电力二极管
答案：C
解析：绝缘栅双极型晶体管（IGBT）可以通过控制信号来控制其导通和关断，属于全控型器件；晶闸管是半控型器件，二极管和电力二极管是不可控器件。

3. 单相桥式全控整流电路，电阻性负载，晶闸管承受的最大反向电压是（ ）
A. $\sqrt{2}U_2$ B. $2\sqrt{2}U_2$ C. $\frac{\sqrt{2}}{2}U_2$ D. $U_2$
答案：A
解析：在单相桥式全控整流电路电阻性负载时，晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧电压的峰值，即$\sqrt{2}U_2$。

4. 三相半波可控整流电路，电阻性负载，晶闸管触发角α的移相范围是（ ）
A. 0° - 120° B. 0° - 150° C. 0° - 180° D. 0° - 90°
答案：A
解析：三相半波可控整流电路电阻性负载时，晶闸管触发角α的移相范围是 0° - 120°。

5. 降压斩波电路中，已知电源电压$E = 100V$，负载电阻$R = 10\Omega$，导通比$D = 0.5$，则负载电压平均值$U_0$为（ ）
A. 50V B. 100V C. 200V D. 25V
答案：A
解析：降压斩波电路负载电压平均值$U_0 = DE$，已知$E = 100V$，$D = 0.5$，则$U_0 = 0.5×100 = 50V$。

6. 升压斩波电路中，已知电源电压$E = 50V$，负载电阻$R = 20\Omega$，导通比$D = 0.4$，则负载电压平均值$U_0$为（ ）
A. 50V B. 125V C. 200V D. 83.3V
答案：B
解析：升压斩波电路负载电压平均值$U_0=\frac{E}{1 - D}$，已知$E = 50V$，$D = 0.4$，则$U_0=\frac{50}{1 - 0.4}=125V$。

7. 直流 - 直流变流电路是（ ）
A. AC/DC 变换器 B. DC/AC 变换器 C. DC/DC 变换器 D. AC/AC 变换器
答案：C
解析：直流 - 直流变流电路是将一种直流电压变换为另一种直流电压，即 DC/DC 变换器。

8. 逆变电路中，当交流侧和电网连结时，这种逆变称为（ ）
A. 无源逆变 B. 有源逆变 C. 他励逆变 D. 自励逆变
答案：B
解析：当逆变电路交流侧和电网连接时，将直流电逆变成与电网同频率的交流电回馈到电网，称为有源逆变。

9. 下列哪种电路可以实现有源逆变（ ）
A. 三相半波可控整流电路 B. 单相桥式全控整流电路 C.降压斩波电路 D. 以上都可以
答案：A
解析：三相半波可控整流电路在一定条件下可以实现有源逆变，单相桥式全控整流电路一般用于整流，降压斩波电路是直流 - 直流变换，不能实现有源逆变。

10. PWM 控制技术的重要理论基础是（ ）
A. 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
B. 电力电子器件的开关特性
C. 电力变换技术
D. 电力控制技术
答案：A
解析：PWM 控制技术的重要理论基础是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。

二、填空题（每题 2 分，共 20 分）
1. 电力电子技术包括电力变换技术、电力控制技术和（ ）技术。
答案：电力电子器件制造
解析：电力电子技术涵盖电力变换、控制以及电力电子器件制造等方面。

2. 电力二极管的主要特性有（ ）、正向导通特性和反向截止特性。
答案：单向导电性
解析：电力二极管具有单向导电性，正向导通，反向截止。

3. 晶闸管导通的条件是阳极加正向电压且（ ）。
答案：门极加正向触发信号
解析：晶闸管导通需阳极正向电压和门极正向触发信号。

4. 单相桥式全控整流电路，电感性负载，当触发角α增大时，输出电压平均值（ ）。
答案：减小
解析：电感性负载时，触发角增大，输出电压平均值减小。

5. 三相桥式全控整流电路，电阻性负载，晶闸管触发角α的计算式为（ ）。
答案：$α = arctan(\frac{U_d}{U_2})$（其中$U_d$为输出电压平均值，$U_2$为变压器二次侧相电压有效值）
解析：通过电路分析得出该计算式。

6. 降压斩波电路中，输出电压平均值$U_0$与电源电压$E$、导通比$D$的关系为（ ）。
答案：$U_0 = DE$
解析：降压斩波电路输出电压平均值公式。

7. 升压斩波电路中，输出电压平均值$U_0$与电源电压$E$、导通比$D$的关系为（ ）。
答案：$U_0=\frac{E}{1 - D}$
解析：升压斩波电路输出电压平均值公式。

8. 无源逆变电路是将直流电逆变成（ ）电。
答案：频率可变的交流
解析：无源逆变是将直流逆变成频率可变的交流供负载使用。

9. PWM 控制就是对脉冲的（ ）进行调制的技术。
答案：宽度
解析：PWM 控制通过调制脉冲宽度来实现。

10. 软开关技术主要包括零电压开关和（ ）。
答案：零电流开关
解析：软开关技术包含零电压开关和零电流开关。

三、简答题（每题 10 分，共 30 分）
1. 简述电力电子技术的应用领域。
答案：电力电子技术在电力系统、工业、交通运输、新能源等领域都有广泛应用。在电力系统中用于无功补偿、电力系统谐波抑制等；工业领域用于电机调速、电解电镀等；交通运输方面应用于电动汽车的驱动等；新能源领域如太阳能发电、风力发电中的电力变换等。
解析：电力电子技术通过电能变换满足不同领域对电能的需求，在多个领域发挥重要作用。

2. 分析晶闸管的工作原理。
答案：晶闸管具有四层结构，由 P1、N1、P2、N2 组成。当阳极加正向电压，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信号时，晶闸管内部形成强烈的正反馈，使得晶闸管迅速导通；导通后，即使门极信号消失，晶闸管仍保持导通状态；当阳极电压减小到零或反向时，晶闸管才会关断。
解析：通过对晶闸管结构和各层电压电流关系的分析得出其工作原理。

3. 简述 PWM 控制的基本原理。
答案：PWM 控制是利用冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同的原理。通过对脉冲宽度进行调制，等效地得到所需要的波形（含形状和幅值）。以正弦波作为调制信号，等腰三角波作为载波信号，通过比较两者的大小来控制功率开关器件的通断，从而得到一系列等幅不等宽的脉冲波形，这些脉冲波形的面积与正弦波在相应区间的面积相等，从而实现对输出波形的控制。
解析：基于相关理论，阐述 PWM 控制通过调制脉冲宽度实现波形控制的过程。

四、计算题（每题 10 分，共 20 分）
1. 单相桥式全控整流电路，电阻性负载，已知电源电压$U_2 = 220V$，负载电阻$R = 10\Omega$，触发角α = 60°，求输出电压平均值$U_d$、输出电流平均值$I_d$和晶闸管电流有效值$I_T$。
答案：
输出电压平均值$U_d = 0.9U_2cosα = 0.9×220×cos60° = 0.9×220×0.5 = 99V$；
输出电流平均值$I_d=\frac{U_d}{R}=\frac{99}{10}=9.9A$；
晶闸管电流有效值$I_T=\frac{1}{\sqrt{2}}I_d=\frac{1}{\sqrt{2}}×9.9≈7A$。

解析：根据单相桥式全控整流电路电阻性负载的输出电压平均值公式计算$U_d$，再由欧姆定律计算$I_d$，最后根据晶闸管电流有效值与输出电流平均值的关系计算$I_T$。

2. 三相半波可控整流电路，电感性负载，已知电源电压$U_2 = 380V$，负载电感$L$很大，触发角α = 30°，求输出电压平均值$U_d$。
答案：
三相半波可控整流电路电感性负载时，输出电压平均值$U_d = 1.17U_2cosα = 1.17×380×cos30° = 1.17×380×\frac{\sqrt{3}}{2}≈380V$。

解析：依据三相半波可控整流电路电感性负载的输出电压平均值公式进行计算。

五、综合题（每题 20 分，共 20 分）
设计一个降压斩波电路，要求输出电压平均值$U_0 = 50V$，负载电流平均值$I_0 = 10A$，电源电压$E = 100V$，计算导通比$D$，并选择合适的电力电子器件。
答案：
导通比$D=\frac{U_0}{E}=\frac{50}{100}=0.5$。
对于降压斩波电路，可选用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为开关器件。因为 IGBT 具有开关速度快、通态压降小、输入阻抗高、承受电流能力较强等优点，适合该电路的工作要求。在选择 IGBT 时，需要考虑其额定电压、额定电流等参数，要保证所选 IGBT 的额定电压大于电源电压与负载电压之和，额定电流大于负载电流平均值。例如，可选择额定电压为 200V，额定电流为 20A 的 IGBT。

解析：根据降压斩波电路输出电压平均值公式计算导通比，再根据电路特点选择合适的电力电子器件，并考虑器件参数的选取。