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2024年兰州理工大学电气工程及其自动化专业电力电子课程试题答案解析

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每小题2分，共10分。请将正确选项的代表字母填在题后的括号内）

1.下列哪种电力电子器件属于电压控制型器件？()

A.电力二极管

B.晶闸管

C.MOSFET

D.IGBT

2.单相桥式全控整流电路，若控制角α=60°，则输出电压的平均值为输入电压有效值的多少倍？()

A.0.45

B.0.9

C.1.17

D.1.34

3.在直流斩波电路中，Boost电路的主要作用是？()

A.提升输入电压

B.降低输入电压

C.将直流电转换为交流电

D.将交流电转换为直流电

4.下列哪种拓扑结构属于逆变电路？()

A.单相半波整流电路

B.三相桥式全控整流电路

C.单相全波整流电路

D.H桥逆变电路

5.软开关技术的主要目的是？()

A.提高电路的效率

B.降低电路的开关损耗

C.增强电路的可靠性

D.扩展电路的应用范围

二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在题中的横线上）

6.电力电子器件通常工作在________状态和________状态。

7.晶闸管是一种________控制型器件，其触发导通后，即使撤销触发信号，也能依靠________电流维持导通。

8.单相桥式整流电路中，若变压器副边电压有效值为Vin，则输出电压的平均值为________。

9.在PWM控制技术中，通过改变________的宽度来控制输出电压的大小。

10.电力电子变流技术是将一种形式的电能转换为另一种形式电能的技术，其主要功能包括________、________、________和________。

三、简答题（每小题6分，共30分。请将答案写在答题纸上）

11.简述MOSFET和IGBT两种电力电子器件的主要区别。

12.简述单相桥式全控整流电路的工作原理。

13.简述Boost变换器的工作原理。

14.简述逆变电路的基本工作原理。

15.简述软开关技术的基本概念及其优势。

四、计算题（每小题10分，共30分。请将计算过程和结果写在答题纸上）

16.有一单相桥式全控整流电路，负载为纯阻性，输入交流电压有效值为220V，试计算当控制角α=30°时，输出电压的平均值和输出电流的平均值（假设理想情况，忽略二极管压降）。

17.有一Boost变换器，输入电压为12V，输出电压为24V，负载电阻为10Ω，开关频率为50kHz，占空比为0.5，试计算电感值L。

18.有一H桥逆变电路，输入直流电压为100V，负载为阻感负载，电阻R=10Ω，电感L=0.1H，试计算当开关周期为0.01s，导通占空比为0.5时，负载电流的基波有效值。

五、分析题（10分。请将答案写在答题纸上）

19.有一逆变电路在实际运行过程中出现输出电压波形畸变的现象，试分析可能的原因并提出相应的解决方法。

试卷答案

一、选择题

1.C

2.B

3.A

4.D

5.B

二、填空题

6.导通，关断

7.电流，阳极

8.0.9Vin

9.脉冲宽度

10.整流，逆变，斩波，变压

三、简答题

11.解析思路：对比MOSFET和IGBT的结构、驱动特性、开关速度、耐压和电流容量等。MOSFET是电压控制器件，驱动电路简单，开关速度快，耐压较低，电流容量较小；IGBT是电流控制器件，驱动电路复杂，开关速度较慢，耐压较高，电流容量较大。

12.解析思路：描述单相桥式全控整流电路的四个晶闸管导通顺序，以及在每个导通期间负载电压和电流的变化情况，最终得到输出电压的平均值。

13.解析思路：描述Boost变换器的工作原理，包括开关管导通时电感储能和电容储能的过程，以及开关管关断时电感释放能量的过程，最终实现升压功能。

14.解析思路：描述逆变电路的基本工作原理，即将直流电转换为交流电，包括H桥电路的结构，开关管的导通和关断控制，以及输出交流电压波形的形成。

15.解析思路：描述软开关技术的概念，即通过控制器件在开关过程中实现零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS），以减少开关损耗，提高电路效率。常见的软开关技术包括谐振变换器、有源钳位变换器等。

四、计算题

16.解析思路：根据单相桥式全控整流电路输出电压平均值的公式Vd=0.9Vin(1+cosα)/2，代入Vin=220V和α=30°，即可计算出输出电压的平均