電力電子技術(shù)浣喜明?？坪罅?xí)題解答

1、電力電子技術(shù)(?？频诙?習(xí)題解答第1章 思考題與習(xí)題答：晶閘管的導(dǎo)通條件是：晶閘管陽極和陽極間施加正向電壓，并在門極和陽極間施加正向觸發(fā)電壓和電流（或脈沖）。導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由負(fù)載阻抗決定，負(fù)載上電壓由輸入陽極電壓UA決定。答：晶閘管的關(guān)斷條件是：要使晶閘管由正向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，可采用陽極電壓反向使陽極電流IA減小，IA下降到維持電流IH以下時，晶閘管內(nèi)部建立的正反饋無法進行。進而實現(xiàn)晶閘管的關(guān)斷，其兩端電壓大小由電源電壓UA決定。答：溫度升高時，晶閘管的觸發(fā)電流隨溫度升高而減小，正反向漏電流隨溫度升高而增大，維持電流IH會減小，正向電壓和反向擊穿電壓隨溫度升高而減小。答：非正

2、常導(dǎo)通方式有：(1) Ig=0，陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值；(1) 陽極電壓上升率du/dt過高；(3) 結(jié)溫過高。答：晶閘管從正向陽極電流下降為零到它恢復(fù)正向阻斷能力所需的這段時間稱為關(guān)斷時間。即。答：快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、光控晶閘管等。答：光控晶閘管是在普通晶閘管的門極區(qū)集成了一個光電二極管，在光的照射下，光電二極管電流增加，此電流便可作為門極電觸發(fā)電流使晶閘管開通。主要用于高壓大功率場合。答：（a）因為，所以不合理。(b) 因為, KP100的電流額定值為100，裕量達倍，太大了。（c）因為，大于額定值，所以不合理。解：圖(a)： IT(AV)=IT=Kf=1.57圖(b)

3、： IT(AV)= ImIT=Kf=1.11圖(c)： IT(AV)= ImIT= ImKf=1.26圖(d)： IT(AV)=ImIT= ImKf=1.78圖(e)： IT(AV)=IT=Kf=2.83圖(f)： IT(AV)=IT=Kf=2解：(a)圖波形系數(shù)為1.57，則有： 1.57=1.57100A , IT(AV) = 100 A(b)圖波形系數(shù)為1.11，則有： 1.11=1.57100A , IT(AV)=141.4A(c)圖波形系數(shù)為1.26，則有： 1.26=1.57100A , IT(AV)=124.6A(d)圖波形系數(shù)為1.78，則有： 1.78=1.57100A ,

4、IT(AV)=88.2A(e)圖波形系數(shù)為2.83，則有： 2.83=1.57100A, IT(AV)=55.5A(f)圖波形系數(shù)為2，則有： 2=1.57100A , IT(AV)=78.5A解：KP代表普通型200代表其晶閘管的額定電流為200A，8代表晶閘管的正反向峰值電壓為800V，D代表通態(tài)平均壓降為。解：其波形如下圖所示：解：由題意可得晶閘管導(dǎo)通時的回路方程：可解得 ， =1要維維持持晶閘管導(dǎo)通，必須在 ， 所以脈沖寬度必須大于150µs。1.14單相正弦交流電源，晶閘管和負(fù)載電阻串聯(lián)如圖題1.14所示，交流電源電壓有效值為220V。解：（1）取實際工作電壓的2倍 UT=

5、2202622V, 取600V（2）因為Kf=2.22, 取兩倍的裕量，則：2IT(AV) 得： IT(AV)=111(A) 取100A。答：處于工作狀態(tài)的GTR，當(dāng)其集電極反偏電壓UCE漸增大電壓定額BUCEO時，集電極電流IC急劇增大（雪崩擊穿），但此時集電極的電壓基本保持不變，這叫一次擊穿。發(fā)生一次擊穿時，如果繼續(xù)增大UCE，又不限制IC，IC上升到臨界值時，UCE突然下降，而IC繼續(xù)增大（負(fù)載效應(yīng)），這個現(xiàn)象稱為二次擊穿。答：安全工作區(qū)是指在輸出特性曲線圖上GTR能夠安全運行的電流、電壓的極限范圍。按基極偏量分類可分為：正偏安全工作區(qū)FBSOA和反偏安全工作區(qū)RBSOA。正偏工作區(qū)又叫

6、開通工作區(qū)，它是基極正向偏量條件下由GTR的最大允許集電極功耗PCM以及二次擊穿功率PSB，ICM，BUCEO四條限制線所圍成的區(qū)域。反偏安全工作區(qū)又稱為GTR的關(guān)斷安全工作區(qū)，它表示在反向偏置狀態(tài)下GTR關(guān)斷過程中電壓UCE，電流IC限制界線所圍成的區(qū)域。答：要求如下：（1）提供合適的正反向基流以保證GTR可靠導(dǎo)通與關(guān)斷，（2）實現(xiàn)主電路與控制電路隔離，（3）自動保護功能，以便在故障發(fā)生時快速自動切除驅(qū)動信號避免損壞GTR。（4）電路盡可能簡單，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強。答：緩沖電路可以使GTR在開通中的集電極電流緩升，關(guān)斷中的集電極電壓緩升，避免了GTR同時承受高電壓、大電流。另一方面，

7、緩沖電路也可以使GTR的集電極電壓變化率和集電極電流變化率得到有效值抑制，減小開關(guān)損耗和防止高壓擊穿和硅片局部過熱熔通而損壞GTR。答：GTR是電流型器件，功率MOS是電壓型器件，與GTR相比，功率MOS管的工作速度快，開關(guān)頻率高，驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，無二次擊穿問題，安全工作區(qū)寬，并且輸入阻抗可達幾十兆歐。但功率MOS的缺點有：電流容量低，承受反向電壓小。答：功率MOS采用水平結(jié)構(gòu)，器件的源極S，柵極G和漏極D均被置于硅片的一側(cè)，通態(tài)電阻大，性能差，硅片利用率低。VDMOS采用二次擴散形式的P形區(qū)的N+型區(qū)在硅片表面的結(jié)深之差來形成極短的、可精確控制的溝道長度（13）、制成垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可

8、以直接裝漏極、電流容量大、集成度高。答：VDMOS的安全工作區(qū)分為：（1）正向偏置安全工作區(qū)，由漏電源通態(tài)電阻限制線，最大漏極電流限制線，最大功耗限制線，最大漏源電壓限制線構(gòu)成。（2）開關(guān)安全工作區(qū)：由最大峰值漏極電流ICM，最大漏源擊穿電壓BUDS最高結(jié)溫IJM所決定。（3）換向安全工作區(qū)：換向速度一定時，由漏極正向電壓UDS和二極管的正向電流的安全運行極限值IFM決定。答：（1）過電流保護，（2）過電壓保護，（3）過熱保護，（4）防靜電。答：IGBT的開關(guān)速度快，其開關(guān)時間是同容量GTR的1/10，IGBT電流容量大，是同容量MOS的10倍；與VDMOS、GTR相比，IGBT的耐壓可以做得

9、很高，最大允許電壓UCEM可達4500V，IGBT的最高允許結(jié)溫TJM為150，而且IGBT的通態(tài)壓降在室溫和最高結(jié)溫之間變化很小，具有良好的溫度特性；通態(tài)壓降是同一耐壓規(guī)格VDMOS的1/10，輸入阻抗與MOS同。答：對一定值的集電極電流，IGBT的關(guān)斷損耗減小關(guān)斷損耗，損耗允許的情況下，答：SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT都可承受反向電壓。SCR可以用作靜態(tài)開關(guān)。答：功率MOSFET驅(qū)動電路的特點是：輸入阻抗高，所需驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，工作頻率高。答：SIT采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，溝道短而寬，適合于高電壓，大電流的場合，其漏極電流具有負(fù)溫度系數(shù)，可避免因溫度升高而引起的惡性循環(huán)漏極

10、電流通路上不存在PN結(jié)，一般不會發(fā)生熱不穩(wěn)定性和二次擊穿現(xiàn)象，其安全工作區(qū)范圍較寬,關(guān)斷它需加10V的負(fù)柵極偏壓UGS ,使其導(dǎo)通，可以加56V的正柵偏壓+UGS，以降低器件的通態(tài)壓降。答：其結(jié)構(gòu)在SIT的結(jié)構(gòu)上再增加一個P+層形成了無胞結(jié)構(gòu)。SITH的電導(dǎo)調(diào)制作用使它比SIT的通態(tài)電阻小，通態(tài)壓降低，通態(tài)電流大，但因器件內(nèi)有大量的存儲電荷，其關(guān)斷時間比SIT要慢，工作頻率低。答：MCT具有高電壓，大電流，高載流密度，低通態(tài)壓的特點，其通態(tài)壓降只有的左右，硅片的單位面積連續(xù)電流密度在各種器件中是最高的，另外，可承受極高的di/dt和du/dt。使得其保護電路簡化，的開關(guān)速度超過，且開關(guān)損耗也小

11、。答：緩沖電路的作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓du/dt或者過電流di/dt,減少器件的開關(guān)損耗。緩沖電路分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路是對du/dt抑制的電路，用于抑制器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路是對di/dt抑制的電路，用于抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。第2章 思考題與習(xí)題2.1 什么是整流？它與逆變有何區(qū)別？答：整流就是把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，而將直流轉(zhuǎn)換為交流電能稱為逆變，它是對應(yīng)于整流的逆向過程。2.2 單相半波可控整流電路中，如果：(1) 晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖；(2) 晶閘管內(nèi)部短路；(3

12、) 晶閘管內(nèi)部斷開；試分析上述三種情況負(fù)載兩端電壓ud和晶閘管兩端電壓uT的波形。答：（1）負(fù)載兩端電壓為0，晶閘管上電壓波形與U2相同；（2）負(fù)載兩端電壓為U2，晶閘管上的電壓為0；（3）負(fù)載兩端電壓為0，晶閘管上的電壓為U2。2.3某單相全控橋式整流電路給電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載供電，在流過負(fù)載電流平均值相同的情況下，哪一種負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選擇大一些?答：帶大電感負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選擇小一些。由于具有電感，當(dāng)其電流增大時，在電感上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，抑制電流增加。電阻性負(fù)載時整流輸出電流的峰值大些，在流過負(fù)載電流平均值相同的情況下，為防此時管子燒壞，應(yīng)選擇額定電流大一些的管子。2.4

13、某電阻性負(fù)載的單相半控橋式整流電路，若其中一只晶閘管的陽、陰極之間被燒斷，試畫出整流二極管、晶閘管兩端和負(fù)載電阻兩端的電壓波形。解：設(shè)=0，T2被燒壞，如下圖： 2.5相控整流電路帶電阻性負(fù)載時，負(fù)載電阻上的Ud與Id的乘積是否等于負(fù)載有功功率，為什么?帶大電感負(fù)載時，負(fù)載電阻Rd上的Ud與Id的乘積是否等于負(fù)載有功功率，為什么?答：相控整流電路帶電阻性負(fù)載時，負(fù)載電阻上的平均功率不等于負(fù)載有功功率。因為負(fù)載上的電壓、電流是非正弦波，除了直流Ud與Id外還有諧波分量和，負(fù)載上有功功率為>。相控整流電路帶大電感負(fù)載時，雖然Ud存在諧波，但電流是恒定的直流，故負(fù)載電阻Rd上的Ud與Id的乘積

14、等于負(fù)載有功功率。2.6某電阻性負(fù)載要求024V直流電壓，最大負(fù)載電流Id=30A，如采用由220V交流直接供電和由變壓器降壓到60V供電的單相半波相控整流電路，是否兩種方案都能滿足要求?試比較兩種供電方案的晶閘管的導(dǎo)通角、額定電壓、額定電流、電路的功率因數(shù)及對電源容量的要求。解：采用由220V交流直接供電當(dāng)時： Udo=0.45U2=0.45220 =99V 由變壓器降壓到60V供電當(dāng)時：Ud=0.45U2=0.4560 =27V因此，只要調(diào)節(jié) 都可以滿足輸出024V直流電壓要求。(1) 采用由220V交流直接供電時：，Ud=24V時 取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為622V

15、和108A。電源提供有功功率 電源提供視在功率 電源側(cè)功率因數(shù) (2) 采用變壓器降壓到60V供電：，Ud=24V時, 取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為168.8V和65.4A。變壓器二次側(cè)有功功率 變壓器二次側(cè)視在功率 電源側(cè)功率因數(shù) 2.7某電阻性負(fù)載，Rd=50,要求Ud在0600V可調(diào)，試用單相半波和單相全控橋兩種整流電路來供給，分別計算：(1) 晶閘管額定電壓、電流值；(2) 連接負(fù)載的導(dǎo)線截面積(導(dǎo)線允許電流密度j=6Amm2)；(3) 負(fù)載電阻上消耗的最大功率。解：（1）單相半波時,晶閘管的最大電流有效值 晶閘管額定電流為 IT(AV)12(A) 晶閘管承受最大電

16、壓為 =1885V 取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為4000V和30A。所選導(dǎo)線截面積為 負(fù)載電阻上最大功率 （2）單相全控橋時,負(fù)載電流有效值 (Kf=1.11)晶閘管的額定電流為 IT(AV)6(A) IT=晶閘管承受最大電壓為 =1885V取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為4000V和20A。所選導(dǎo)線截面積為 負(fù)載電阻上最大功率 2.8 整流變壓器二次側(cè)中間抽頭的雙半波相控整流電路如圖題2.8所示。(1) 說明整流變壓器有無直流磁化問題?(2) 分別畫出電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載在=60°時的輸出電壓Ud、電流id的波形，比較與單相全控橋式整流電路是否

17、相同。若已知U2=220V，分別計算其輸出直流電壓值Ud。（3）畫出電阻性負(fù)載=60°時晶閘管兩端的電壓uT波形，說明該電路晶閘管承受的最大反向電壓為多少? 圖題2.8解：（1）因為在一個周期內(nèi)變壓器磁通增量為零，所以沒有直流磁化。（2）其波形如下圖所示，與單相全控橋式整流電路相同。電阻性負(fù)載： 感性負(fù)載： (3)其波形如下圖所示，晶閘管承受的最大反向電壓為。2.9帶電阻性負(fù)載三相半波相控整流電路，如觸發(fā)脈沖左移到自然換流點之前15°處，分析電路工作情況，畫出觸發(fā)脈沖寬度分別為10°和20°時負(fù)載兩端的電壓 ud波形。解：三相半波相控整流電路觸發(fā)脈沖的的

18、最早觸發(fā)時刻在自然換流點，如觸發(fā)脈沖左移到自然換流點之前15°處，觸發(fā)脈沖寬度為10°時，不能觸發(fā)晶閘管， ud=0。觸發(fā)脈沖寬度為15°時，能觸發(fā)晶閘管，其波形圖相當(dāng)于=0°時的波形。2.10 三相半波相控整流電路帶大電感負(fù)載，Rd=10，相電壓有效值U2=220V。求=45°時負(fù)載直流電壓Ud、流過晶閘管的平均電流IdT和有效電流IT，畫出ud、iT2、uT3的波形。解：1.17因為：220V ，Ud=1.17=182Vud、iT2、uT3波形圖如下所示：2.11 在圖題2.11所示電路中，當(dāng)=60°時，畫出下列故障情況下的ud波

19、形。(1) 熔斷器1FU熔斷。 (2) 熔斷器2FU熔斷。(3) 熔斷器2FU、3FU同時熔斷。圖題2.11解：這三種情況下的波形圖如下所示： (a) (b) (c)2.12現(xiàn)有單相半波、單相橋式、三相半波三種整流電路帶電阻性負(fù)載，負(fù)載電流Id都是40A，問流過與晶閘管串聯(lián)的熔斷器的平均電流、有效電流各為多大?解：設(shè)單相半波：IdT=Id=40A (Kf=1.57)單相橋式：IdT=Id=20A三相半波：IdT=Id=13.3A當(dāng)時 Ud=1.17UU=Ud/1.17時 2.13三相全控橋式整流電路帶大電感負(fù)載，負(fù)載電阻Rd=4，要求Ud從0220V之間變化。試求： (1)不考慮控制角裕量時，

20、整流變壓器二次線電壓。(2)計算晶閘管電壓、電流值，如電壓、電流取2倍裕量，選擇晶閘管型號。 解：（1）因為Ud=2.34U；不考慮控制角裕量，時（2）晶閘管承受最大電壓為取2倍的裕量,URM=460.6V晶閘管承受的平均電流為IdT=Id又因為所以IdT=18.33A，取2倍的裕量IdTmax=36.67(A)選擇KP505的晶閘管。2.14單結(jié)晶體管觸發(fā)電路中，作為Ubb的削波穩(wěn)壓管兩端如并接濾波電容，電路能否正常工作?如穩(wěn)壓管損壞斷開，電路又會出現(xiàn)什么情況? 答：在穩(wěn)壓管兩端如并接濾波電容后，電路能否正常工作。如穩(wěn)壓管損壞斷開，單結(jié)晶體管上峰值電壓太高，不利于單結(jié)晶體管工作。2.15 三

21、相半波相控整流電路帶電動機負(fù)載并串入足夠大的電抗器，相電壓有效值U2=220V，電動機負(fù)載電流為40A，負(fù)載回路總電阻為0.2，求當(dāng)=60°時流過晶閘管的電流平均值與有效值、電動機的反電勢。解：電流平均值為：IdT=Id=40/3=13.3 電流有效值為：設(shè)電動機的反電勢為ED，則回路方程為：而 所以 2.16三相全控橋電路帶串聯(lián)Ld的電動機負(fù)載，已知變壓器二次電壓為100V，變壓器每相繞組折合到二次側(cè)的漏感L1為100H，負(fù)載電流為150A，求： (1)由于漏抗引起的換相壓降； (2)該壓降所對應(yīng)整流裝置的等效內(nèi)阻及=0°時的換相重疊角。解：(1) (2) 等效內(nèi)阻2.1

22、7 晶閘管裝置中不采用過電壓、過電流保護，選用較高電壓和電流等級的晶閘管行不行?答：晶閘管裝置中必須采用過電壓、過電流保護，而不能用高電壓、高電流的晶閘管代替，因為在電感性負(fù)載裝置中，晶閘管在開關(guān)斷過程中，可能會出現(xiàn)過沖陽極電壓，此時極易損壞晶閘管。當(dāng)未采取過電流保護，而電路過載或短路時更易損壞晶閘管。2.18 什么是有源逆變？有源逆變的條件是什么？有源逆變有何作用？答：如果將逆變電路交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流電，反送到電網(wǎng)上去稱為有源逆變。有源逆變的條件：（1） 一定要有直流電動勢，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓；（2） 變流器必須

23、工作在的區(qū)域內(nèi)使Ud<0。有源逆變的作用：它可用于直流電機的可逆調(diào)速，繞線型異步電動機的串級調(diào)速，高壓電流輸電太陽能發(fā)電等方面。2.19 無源逆變電路和有源逆變電路有何區(qū)別？答：有源逆變電路是把逆變電路的交流側(cè)接到電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流反送到電網(wǎng)去。無源逆變電路的交流側(cè)直接接到負(fù)載，將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流供給負(fù)載。2.20 有源逆變最小逆變角受哪些因素限制？為什么？答：最小有源逆變角受晶閘管的關(guān)斷時間tq折合的電角度、換相重疊角以及安全裕量角的限制。如果不能滿足這些因素的要求的話，將導(dǎo)致逆變失敗。第3章 思考題與習(xí)題3.1 開關(guān)器件的開關(guān)損耗大小同哪些因素有關(guān)

24、？答：開關(guān)損耗與開關(guān)的頻率和變換電路的形態(tài)性能等因素有關(guān)。3.2 試比較Buck電路和Boost電路的異同。答；相同點：Buck電路和Boost電路多以主控型電力電子器件（如GTO，GTR，VDMOS和IGBT等）作為開關(guān)器件，其開關(guān)頻率高，變換效率也高。不同點：Buck電路在T關(guān)斷時，只有電感L儲存的能量提供給負(fù)載，實現(xiàn)降壓變換，且輸入電流是脈動的。而Boost電路在T處于通態(tài)時，電源Ud向電感L充電，同時電容C集結(jié)的能量提供給負(fù)載，而在T處于關(guān)斷狀態(tài)時，由L與電源E同時向負(fù)載提供能量，從而實現(xiàn)了升壓，在連續(xù)工作狀態(tài)下輸入電流是連續(xù)的。3.3 試簡述Buck-Boost電路同Cuk電路的異同

25、。答：這兩種電路都有升降壓變換功能，其輸出電壓與輸入電壓極性相反，而且兩種電路的輸入、輸出關(guān)系式完全相同，Buck-Boost電路是在關(guān)斷期內(nèi)電感L給濾波電容C補充能量，輸出電流脈動很大，而Cuk電路中接入了傳送能量的耦合電容C1，若使C1足夠大，輸入輸出電流都是平滑的，有效的降低了紋波，降低了對濾波電路的要求。3.4 試說明直流斬波器主要有哪幾種電路結(jié)構(gòu)？試分析它們各有什么特點？答：直流斬波電路主要有降壓斬波電路（uck），升壓斬波電路（oost），升降壓斬波電路（uckoost）和庫克（ook）斬波電路。降壓斬波電路是：一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的變換電路。它主要用于直流穩(wěn)壓電源

26、和直流直流電機的調(diào)速。升壓斬波電路是：輸出電壓的平均值高于輸入電壓的變換電路，它可用于直流穩(wěn)壓電源和直流電機的再生制動。升降壓變換電路是輸出電壓平均值可以大于或小于輸入直流電壓，輸出電壓與輸入電壓極性相反。主要用于要求輸出與輸入電壓反向，其值可大于或小于輸入電壓的直流穩(wěn)壓電源。庫克電路也屬升降壓型直流變換電路，但輸入端電流紋波小，輸出直流電壓平穩(wěn)，降低了對濾波器的要求。3.5 試分析反激式和正激式變換器的工作原理。答：正激變換器：當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時，它在高頻變壓器初級繞組中儲存能量，同時將能量傳遞到次級繞組，根據(jù)變壓器對應(yīng)端的感應(yīng)電壓極性，二極管D1導(dǎo)通，此時D2反向截止，把能量儲存到電感L中，

27、同時提供負(fù)載電流；當(dāng)開關(guān)管T截止時，變壓器次級繞組中的電壓極性反轉(zhuǎn)過來，使得續(xù)流二極管D2導(dǎo)通（而此時D1反向截止），儲存在電感中的能量繼續(xù)提供電流給負(fù)載。變換器的輸出電壓為： 反激變換器：當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通，輸入電壓Ud便加到變壓器TR初級N1上，變壓器儲存能量。根據(jù)變壓器對應(yīng)端的極性，可得次級N2中的感應(yīng)電動勢為下正上負(fù)，二極管D截止，次級N2中沒有電流流過。當(dāng)T截止時，N2中的感應(yīng)電動勢極性上正下負(fù)，二極管D導(dǎo)通。在T導(dǎo)通期間儲存在變壓器中的能量便通過二極管D向負(fù)載釋放。在工作的過程中，變壓器起儲能電感的作用。輸出電壓為 3.6 試分析全橋式變換器的工作原理。答：當(dāng)ug1和ug4為高電平，u

28、g2和ug3為低電平，開關(guān)管T1和T4導(dǎo)通，T2和T3關(guān)斷時，變壓器建立磁化電流并向負(fù)載傳遞能量；當(dāng)ug1和ug4為低電平，ug2和ug3為高電平，開關(guān)管T2和T3導(dǎo)通，T1和T4關(guān)斷，在此期間變壓器建立反向磁化電流，也向負(fù)載傳遞能量，這時磁芯工作在BH回線的另一側(cè)。在T1、T4導(dǎo)通期間(或T2和T3導(dǎo)通期間)，施加在初級繞組NP上的電壓約等于輸入電壓Ud。與半橋電路相比，初級繞組上的電壓增加了一倍，而每個開關(guān)管的耐壓仍為輸入電壓。3.7 有一開關(guān)頻率為50kHz的Buck變換電路工作在電感電流連續(xù)的情況下，L=0.05mH，輸入電壓Ud=15V，輸出電壓U0=10V(1) 求占空比D的大?。?/p>

29、(2) 求電感中電流的峰-峰值I；(3) 若允許輸出電壓的紋波U0/U0=5%，求濾波電容C的最小值。解：（1）， （2） (3)因為 則 µF3.8 圖題3.8所示的電路工作在電感電流連續(xù)的情況下，器件T的開關(guān)頻率為100kHz，電路輸入電壓為交流220V，當(dāng)RL兩端的電壓為400V時：(1) 求占空比的大小； (2) 當(dāng)RL=40時，求維持電感電流連續(xù)時的臨界電感值； (3) 若允許輸出電壓紋波系數(shù)為0.01，求濾波電容C的最小值。 題圖3.8解:（）由題意可知： =0.45（） （其中）（）, 3.9 在Boost變換電路中，已知Ud=50V，L值和C值較大，R=20，若采用脈

30、寬調(diào)制方式，當(dāng)Ts=40s，ton=20s時，計算輸出電壓平均值U0和輸出電流平均值I0。解：由于和的值都比較大，3.10 有一開關(guān)頻率為50kHz的庫克變換電路，假設(shè)輸出端電容足夠大，使輸出電壓保持恒定，并且元件的功率損耗可忽略，若輸入電壓Ud=10V，輸出電壓U0調(diào)節(jié)為5V不變。試求:(1) 占空比；(2) 電容器C1兩端的電壓Uc1；(3) 開關(guān)管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間。解：(1) 因為 則 (注意)(2) (3) 第4章 思考題與習(xí)題4.1 什么是電壓型和電流型逆變電路？各有何特點？答：按照逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)為電壓源的逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)為電流源的逆變電路稱

31、為電流型逆變電路。電壓型逆變電路的主要特點是：（2） 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。（3） 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)，而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同，其波形接近于三角波或正弦波。（4） 當(dāng)交流側(cè)為阻感性負(fù)載時，需提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了二極管。（5） 逆變電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動的，因直流電壓無脈動，故功率的脈動是由交流電壓來提供。（6） 當(dāng)用于交直交變頻器中，負(fù)載為電動機時，

32、如果電動機工作在再生制動狀態(tài)，就必須向交流電源反饋能量。因直流側(cè)電壓方向不能改變，所以只能靠改變直流電流的方向來實現(xiàn)，這就需要給交直整流橋再反并聯(lián)一套逆變橋。電流型逆變電路的主要特點是：（1） 直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源，直流電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。（2） 因為各開關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作用，故交流側(cè)電流為矩形波，與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，而交流側(cè)電壓波形和相位因負(fù)載阻抗角的不同而不同。（3） 直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，因電流不能反向，故可控器件不必反并聯(lián)二極管。（4） 當(dāng)用于交直交變頻器且負(fù)載為電動機時，若交直變換為可控整流，則很方便地實現(xiàn)再生制動。4.2 電壓型逆

33、變電路中的反饋二極管的作用是什么？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓與電流的極性相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓與電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。4.3為什么在電流型逆變電路的可控器件上要串聯(lián)二極管？解：由于全電路開關(guān)管采用自關(guān)斷器件，其反向不能承受高電壓，所以需要在各開關(guān)器件支路串入二極管。4.4 三相橋式電壓型逆變電路采用180°導(dǎo)電方式，當(dāng)其直流側(cè)電壓Ud=100V時。（） 求輸出相電壓基波幅值和有效值

34、（） 求輸出線電壓基波幅值和有效值（）輸出線電壓中五歡諧波的有效值。解：輸出相電壓基波幅值 輸出相電壓基波有效值 輸出線電壓基波幅值 輸出線電壓基波有效值 輸出線電壓中5次諧波 輸出線電壓中5次諧波有效值 4.5 全控型器件組成的電壓型三相橋式逆變電路能否構(gòu)成導(dǎo)電型？為什么？解：全控型器件組成的電壓型三相橋式逆變電路能構(gòu)成導(dǎo)電型。由于三相橋式逆變電路每個橋臂導(dǎo)通，同一相上下兩臂的導(dǎo)通有間隔，各相導(dǎo)通依次相差，且不存在上下直通的問題，所以其能構(gòu)成導(dǎo)電型。但當(dāng)直流電壓一定時，其輸出交流線電壓有效值比 180°導(dǎo)電型低得多，直流電源電壓利用率低。4.6 并聯(lián)諧振型逆變電路利用負(fù)載電壓進行換

35、流，為了保證換流成功應(yīng)滿足什么條件？答：為了保證電路可靠換流，必須在輸出電壓u0過零前t時刻觸發(fā)T2、T3，稱t為觸發(fā)引前時間。為了安全起見，必須使 式中k為大于1的安全系數(shù)，一般取為23。4.7 試說明PWM控制的工作原理。答：將一個任意波電壓分成N等份，并把該任意波曲線每一等份所包圍的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，且矩形脈沖的中點與相應(yīng)任意波等份的中點重合，得到一系列脈沖列。這就是PWM波形。但在實際應(yīng)用中，人們采用任意波與等到腰三角形相交的方法來確定各矩形脈沖的寬度。PWM控制就是利用PWM脈沖對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖

36、，用這些脈沖來代替所需要的波形。4.8單極性和雙極性 PWM調(diào)制有什么區(qū)別？解：單極性控制方式在調(diào)制信號的正半個周期或負(fù)半個周期內(nèi)，三角波載波是單極性輸出的，所得的波也是單極性范圍內(nèi)變化的。而雙極性控制方式中，三角波載波始終是有正有負(fù)，而輸出的波是雙極性的。4.9 試說明PWM控制的逆變電路有何優(yōu)點？答：PWM電路優(yōu)點如下：（1）可以得到所需波形的輸出電壓，滿足負(fù)載需要；（2）整流電路采用二極管整流，可獲得較高的功率因數(shù)；（3）只用一級可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡單；（4）通過對輸出脈沖的寬度控制就可以改變輸出電壓的大小，大大的加快了逆變器的響應(yīng)速度。 4.10 圖題4.10所示的全橋逆變電路，

37、如負(fù)載為 RLC串聯(lián)，R10，L31.8 mH，C=159 F，逆變器頻率f100 HZ，Ud110 V、求：（1）基波電流的有效值；（2）負(fù)載電流的諧波系數(shù)。圖題4.10解：（1）基波電壓的有效值為：基波時的負(fù)載阻抗： 基波電流的有效值為：（2）其主要的諧波是三次諧波與五次諧波，對應(yīng)的負(fù)載阻抗分別為：其電流諧波系數(shù)分別為：。 4.11在圖4.10所示的單相全橋逆變電路中，直流電源Ud=300 V，向R5，L0.02H 的阻感性負(fù)載供電。若輸出波形為近似方波，占空比D= 0.8，工作頻率為 60 HZ，試確定負(fù)載電流波形，并分析諧波含量。計算時可略去換相的影響和逆變電路的損耗。試求對應(yīng)于每種諧

38、波的負(fù)載功率。解：輸出方波電壓瞬時值為 輸出電壓和電流波形為：基波電壓和各諧波電壓的有效值為：，基波和各諧波的負(fù)載阻抗為：基波和各諧波電流的有效值為： , ， 基波和每種諧波的負(fù)載功率為：, , , 第5章 思考題與習(xí)題5.1在單相交流調(diào)壓電路中，當(dāng)控制角小于負(fù)載功率因數(shù)角時為什么輸出電壓不可控？答：當(dāng)時電源接通，如果先觸發(fā)T1，則T1的導(dǎo)通角>180°如果采用窄脈沖觸發(fā)，當(dāng)下的電流下降為零，T2的門極脈沖已經(jīng)消失而無法導(dǎo)通，然后T1重復(fù)第一周期的工作，這樣導(dǎo)致先觸發(fā)一只晶閘管導(dǎo)通，而另一只管子不能導(dǎo)通，因此出現(xiàn)失控。5.2晶閘管相控直接變頻的基本原理是什么？為什么只能降頻、降

39、壓，而不能升頻、升壓？答：晶閘管相控直接變頻的基本原理是：電路中具有相同特征的兩組晶閘管整流電路反并聯(lián)構(gòu)成，將其中一組整流器作為正組整流器，另外為反組整流器，當(dāng)正組整流器工作，反組整流器被封鎖，負(fù)載端輸出電壓為上正下負(fù)；如果負(fù)組整流器工作，正組整流器被封鎖，則負(fù)載端得到輸出電壓上負(fù)下正，這樣就可以在負(fù)載端獲得交變的輸出電壓。晶閘管相控直接變頻，當(dāng)輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓數(shù)就越少，波形畸變嚴(yán)重。一般認(rèn)為：輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的。而當(dāng)輸出電壓升高時，也會造成輸出波形畸變。因此，只能降頻、降壓，而不能升頻、升壓。5.3晶閘管相控整流電路和晶閘管交流調(diào)壓電路在控制上有何區(qū)別？答

40、：相控整流電路和交流調(diào)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大小（相位控制）來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。但二者電路結(jié)構(gòu)不同，在控制上也有區(qū)別。相控整流電路的輸出電壓在正負(fù)半周同極性加到負(fù)載上，輸出直流電壓。交流調(diào)壓電路，在負(fù)載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管T1 、T2 或采用雙向晶閘管T相聯(lián)。當(dāng)電源處于正半周時，觸發(fā)T1 導(dǎo)通，電源的正半周施加到負(fù)載上；當(dāng)電源處于負(fù)半周時，觸發(fā)T2 導(dǎo)通，電源負(fù)半周便加到負(fù)載上。電源過零時交替觸發(fā)T1、T2 ，則電源電壓全部加到負(fù)載。輸出交流電壓。5.4交流調(diào)壓和交流調(diào)功電路有何區(qū)別？答：交流調(diào)功能電路和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，但控制方式不同

41、。交流調(diào)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣碚{(diào)節(jié)輸出電壓的大小。晶閘管交流調(diào)功能電路采用整周波的通、斷控制方法，例如以n個電源周波為一個大周期，改變導(dǎo)通周波數(shù)與阻斷周波數(shù)的比值來改變變換器在整個大周期內(nèi)輸出的平均功率，實現(xiàn)交流調(diào)功。5.5一電阻爐由單相交流調(diào)壓電路供電，如=0°時為輸出功率最大值，試求功率為80%，50%時的控制角。解：=0°時為輸出電壓最大值 負(fù)載上最大電流為 輸出最大功率 輸出功率為80%時， ， 而 故 輸出功率為最大值的50%時， ， 而 故 5.6一交流單相晶閘管調(diào)壓器，用作控制從220V交流電源送至電阻為0.5，

42、感抗為0.5的串聯(lián)負(fù)載電路的功率。試求：（1） 控制角范圍；（2） 負(fù)載電流的最大有效值。解：(1) 負(fù)載阻抗角為： 最小控制角為 故控制范圍 (2) 處，輸出電壓最大，電流也最大，故最大有效值為：5.7試述單相交-交變頻電路的工作原理。答：其電路有兩組整流圈，一組為正組整流器，另一組為反組整流器，其正組和反組整流器以交替地以低于電源的頻率切換正反組整流器的工作狀態(tài)，當(dāng)正組工作，反組封鎖時，負(fù)載輸出電壓為上正下負(fù)，如果負(fù)組工作，正組封鎖，則為上負(fù)下正，如果控制角的大小不變，則輸出電壓波形為矩形波，如果讓控制角按90°0°逐漸減小，然后再從0°90°逐漸增

43、大。那么正組整流電流的輸出電壓的平均值按正弦規(guī)律變化，從零增大到最大，然后從最大減小到零，反組用上述同樣的控制方法，就可以得到接近正弦波的輸出電壓。5.8交-交變頻電路的輸出頻率有何限制？答：交交變頻電路的輸出電壓是由若干段電網(wǎng)電壓拼接而成的。當(dāng)輸出頻率升高時，輸出電壓一個周期內(nèi)電網(wǎng)電壓的段數(shù)就減少，所含的諧波分量就要增加。這種輸出電壓波形的畸變是限制輸出頻率提高的主要因素之一。一般認(rèn)為，交流電路采用6脈波的三相橋式電路時，最高輸出頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。電網(wǎng)頻率為50HZ，交交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。5.9三相交-交變頻電路有哪兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？答：第一種：

44、公共交流母線方法。它由三組彼此獨立的，輸出電壓相位相互錯開120 的單相交-交變頻電路組成，他們的電源進線通過進線電抗器接在公共的交流母線上。因為電源進線端公用，所以三相單相變頻電路的輸出端必須隔離。為此，交流電動機的三個繞組必須拆開，同時引出六根線。第二種：輸出星形連接方式。由三組彼此獨立的，輸出電位相互錯開120°的單相交交變頻電路組成，共電源進線通過線電抗器接在公共的交流母線上。三相交交變頻電路的輸出端星形聯(lián)結(jié)，電動機的三個繞組也是星形聯(lián)結(jié)，電動機中點和變頻器中點接在一起，電動機只引三根線即可。因為三組單相變頻器連接在一起，其電源進線就必須隔離，所以三組單相變頻器分別

45、用三個變壓器供電。第6章 思考題與習(xí)題7.1高頻化的意義是什么？為什么提高開關(guān)頻率可以減小濾波器和變壓器的體積和重量？答：高頻化可以減小濾波器的參數(shù)，減小變壓器的體積從而使裝置小型化、輕型化；提高開關(guān)頻率，可以減小濾波器的電感和電容的參數(shù)，減小濾波器的體積和重量；當(dāng)變壓器輸入正弦波時，頻率升高時，可以減小N和S的參數(shù)，從而減小變壓器各繞組的匝數(shù)和鐵心的尺寸，使變壓器的體積減小，重量減輕，。6.2何謂軟開關(guān)和硬開關(guān)？怎樣才能實現(xiàn)完全無損耗的軟件關(guān)過程？答：如果開關(guān)器件在其端電壓不為零時開通則稱為硬件通，在其電流不為零時關(guān)斷則稱為硬關(guān)斷。硬開通、硬關(guān)斷統(tǒng)稱為硬開關(guān)。在硬開關(guān)過程中，開關(guān)器件在較高電

46、壓下承載有較大電流，故產(chǎn)生很大的開關(guān)損耗。如果在電力電子變換電路中采取一些措施，如改變電路結(jié)構(gòu)和控制策略，使開關(guān)器件被施加驅(qū)動信號而開通過程中其端電壓為零，這種開通稱為零電壓開通；若使開關(guān)器件撤除其驅(qū)動信號后的關(guān)斷過程中其承載的電流為零，這種關(guān)斷稱為零電流關(guān)斷。零電壓開通和零電流關(guān)斷是最理想的軟開關(guān)，其開關(guān)過程中無開關(guān)損耗。如果開關(guān)器件在開通過程中端電壓很小，在關(guān)斷過程中其電流也很小，這種開關(guān)過程的功率損耗不大，稱之為軟開關(guān)。 6.3零開關(guān)，即零電壓開通和零電流關(guān)斷的含義是什么？答：使開關(guān)開通前的兩端電壓為零，則開關(guān)導(dǎo)通過程中就不會產(chǎn)生損耗和噪聲，這種開通方式為零電壓開通；而使開關(guān)關(guān)斷時其電流

47、為零，也不會產(chǎn)生損耗和噪聲，稱為零電流關(guān)斷。6.4軟開關(guān)電路可以分為哪幾類？其典型拓?fù)浞謩e是什么樣的？各有什么特點？見教材 6.5準(zhǔn)諧振型變換器為什么只適宜于變頻方式下工作而不宜在恒頻PWM方式下工作？與恒頻PWM變換器相比較，在變頻下工作的變換器有哪些缺點？答：對于零電壓開通準(zhǔn)諧振變換器ZVS QRC，在一個開關(guān)周期中，僅在期間電源不輸出能量，而這段時間段的長短與 、的諧振周期有關(guān)。當(dāng)、的值一定時，降低開關(guān)頻率（即增大）將使輸出電壓、輸出功率增大。因此，零電壓開通準(zhǔn)諧振變換電路只適宜于改變變換電路的開關(guān)頻率來調(diào)控輸出電壓和輸出功率。對于零電流關(guān)斷準(zhǔn)諧振變換器ZCS QRC，因為在一個開關(guān)周期

48、中，僅在期間電源輸出功率，期間向電源回饋能量。而當(dāng)、的值一定時諧振周期是不變的，變換電路的開關(guān)頻率越高，就越小，的相對導(dǎo)通時間（電源輸出功率的時間）增長，將使輸出電壓、輸出功率增大，需要改變開關(guān)頻率來調(diào)控輸出電壓和輸出功率。因此適宜于變頻方式工作。恒頻PWM變換器在 QRC電路中，一旦電路參數(shù)固定后，電路的諧振過程也就確定下來了，這使得電路唯一可以控制的量是諧振過程完成后到下一次開關(guān)周期開始前的一段間隔，這實際上使得電路只能通過改變開關(guān)周期來改變輸出電壓，即采用調(diào)頻方式。這就給系統(tǒng)功率變換的高頻變壓器、濾波器等參數(shù)設(shè)計帶來了巨大的困難，使ZCS QRC和ZVS QRC的應(yīng)用受到限制。6.6軟開關(guān) PWM的含義是什么？答：恒頻PWM變換器。6.7試比較ZCS PWM與 ZCT PWM這兩種變換方式的優(yōu)缺點。答：ZCT PWM電路主開關(guān)管在零電流下關(guān)斷，降低了類似IGBT這種具有很大電流拖尾的大功率電力電子器件的關(guān)斷損耗，并