电力电子技术习题及答案.docx
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电力电子技术习题及答案
电力电子技术习题集
习题一
1.试说明什么是电导调制效应及其作用。
2.晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？
晶闸管由导通变为关断的条件是什么，如何实现？
3.有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？
4.图1-30中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值、有效值。
如不考虑安全裕量，额定电流100A的晶闸管，流过上述电流波形时，允许流过的电流平均值Id各位多少？
图1-30习题1-4附图
5.在图1-31所示电路中，若使用一次脉冲触发，试问为保证晶闸管充分导通，触发脉冲宽度至少要多宽？
图中，E=50V；L=0.5H；RΩ;IL=50mA（擎住电流）。
图1-31习题1-5附图图1-32习题1-9附图
6.为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而GTO却可以？
7.GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？
8.试比较GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异和各自的优缺点及主要应用领域。
9.请将VDMOS（或IGBT）管栅极电流波形画于图1-32中，并说明电流峰值和栅极电阻有何关系以及栅极电阻的作用。
10.全控型器件的缓冲吸收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。
11.限制功率MOSFET应用的主要原因是什么？
实际使用时如何提高MOSFET的功率容量？
习题二
1．具有续流二极管的单相半波可控整流电路，带阻感性负载，电阻为5Ω，电感为0.2H，电源电压的有效值为220V，直流平均电流为10A，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出晶闸管的电压定额（考虑电压2-3倍裕度）。
2．单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0～100V连续可调，输出电压平均值为30V时，负载电流平均值达到20A。
系统采用220V的交流电压通过降压变压器供电，且晶闸管的最小控制角αmin＝30°，（设降压变压器为理想变压器）。
试求：
（1）变压器二次侧电流有效值I2；
（2）考虑安全裕量，选择晶闸管电压、电流定额；
（3）作出α＝60°时，ud、id和变压器二次侧i2的波形。
3．试作出图2-8所示的单相桥式半控整流电路带大电感负载，在α＝30°时的ud、id、iVT1、iVD4的波形。
并计算此时输出电压和电流的平均值。
4．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，反电动势E＝60V，当α＝30°时，试求：
（1）作出ud、id和i2的波形；
（2）求整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及变压器二次侧电流有效值I2。
5.某一大电感负载采用单相半控桥式整流接有续流二极管的电路，负载电阻R=4Ω，电源电压U2=220V，α=π/3，求：
（1）输出直流平均电压和输出直流平均电流；
（2）流过晶闸管（整流二极管）的电流有效值；
（3）流过续流二极管的电流有效值。
6．三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？
如果不是，它们在相位上差多少度？
试作出共阳极接法的三相半波可控的整流电路在α＝30°时的ud、iVT1、uVT1的波形。
7.三相半波可控整流电路带大电感性负载，α＝π/3，R=2Ω，U2=220V，试计算负载电流Id，并按裕量系数2确定晶闸管的额定电流和电压。
8．三相桥式全控整流电路，U2＝100V，带阻感性负载，R＝5Ω，L值极大，当α＝60°，试求：
（1）作出ud、id和iVT1的波形；
（2）计算整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及流过晶闸管电流的平均值IdVT和有效值IVT；
（3）求电源侧的功率因数；
（4）估算晶闸管的电压电流定额。
9．三相桥式不控整流电路带阻感性负载，R＝5Ω，L＝∞，U2＝220V，XB=0.3Ω，求Ud、Id、IVD、I2和γ的值，并作出ud、iVD1和i2的波形。
10．请说明整流电路工作在有源逆变时所必须具备的条件。
11．什么是逆变失败？
如何防止逆变失败？
12.三相全控桥变流器，已知L足够大、R=1.2Ω、U2=200V、EM=-300V，电动机负载处于发电制动状态，制动过程中的负载电流66A，此变流器能否实现有源逆变？
求此时的逆变角β。
13．三相全控桥变流器，带反电动势阻感负载，R＝1Ω，L＝∞，U2＝220V，LB=1mH，当EM＝－400V，β＝60°时求Ud、Id和γ的值，此时送回电网的有功功率是多少？
14．三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？
其中最大的是哪一次？
变压器二次电流中含有哪些次数的谐波？
其中主要的是哪几次？
15．试计算第4题中i2的3、5、7次谐波分量的有效值I23、I25、I27，并计算此时该电路的输入功率因数。
16．试计算第6题中的i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27。
17.kV交流系统。
已知10kV母线的短路容量为150MVA，整流器直流侧电流Id＝400A，触发延迟角α＝15°，不计重叠角
，试求：
（1）相移功率因数cosφ1、整流器的功率因数λ；
（2）整流测直流电压Ud；
（3）有功功率、无功功率和交流侧基波电流有效值；
（4）截止到23次的各谐波电流的大小、总谐波畸变率。
18．晶闸管整流电路的功率因数是怎么定义的？
它与那些因素有关？
19.综述抑制相控整流电路网侧电流谐波的措施。
20.综述改善相控整流电路网侧功率因数的措施。
习题三
1.一升压换流器由理想元件构成，输入Ud在8~16V之间变化，通过调整占空比使输出U0=24V固定不变，最大输出功率为5W，开关频率20kHz，输出端电容足够大，求使换流器工作在连续电流方式的最小电感。
2.一台运行在20kHz开关频率下的升降压换流器由理想元件构成，其中L=0.05mH，输入电压Ud=15V，输出电压U0=10V，可提供10W的输出功率，并且输出端电容足够大，试求其占空比D。
3．在图3-1所示的降压斩波电路中，已知E=100V，R=0.5Ω，L=1mH，采用脉宽调制控制方式，T=20μs，当ton＝5μs时，试求：
（1）输出电压平均值UO、输出电流的平均值IO；
（2）输出电流的最大和最小瞬时值并判断负载电流是否断续；
（3）当ton＝3μs时，重新进行上述计算。
4．在图3-35所示降压斩波电路中，已知E=600V，R=0.1Ω，L=∞，EM=350V，采用脉宽调制控制方式，T=1800μs，若输出电流IO=100A，试求：
（1）输出电压平均值UO和所需的ton值；
（2）作出
、
以及iG、iD的波形。
图3-35电流型降压斩波电路
5．升压斩波电路为什么能使输出电压高于电源电压？
6．在图3-4所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，ton＝25μs时，计算输出电压平均值UO和输出电流的平均值IO。
7．说明降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路的输出电压范围。
8．在图3-7所示升降压斩波电路中，已知E=100V，R=0.5Ω，L和C极大，试求：
输出电压和输出电流的平均值；
（2）输出电压和输出电流的平均值，并计算此时的输入功率。
7．试说明升降压斩波电路（Boost－CuckChooper）和Cuk斩波电路的异同点。
8．在单相交流调压器中，电源电压U1=120V，电阻负载R=10Ω，触发角α=900，试计算：
负载电压有效值UO、负载电流有效值IO、负载功率PO和输入功率因数λ。
9．一电阻性负载加热炉有单相交流调压电路供电，如α＝00时位输出功率最大值，试求功率为80％，50％时的触发角α。
10．一晶闸管单相交流调压器带阻感性负载，电源电压为220V的交流电源，负载R=10Ω，L=1mH，试求：
（1）触发角α的移相范围；
（2）负载电流的最大有效值；
（3）最大输出功率及此时电源侧的功率因数；
（4）当α＝900时，晶闸管电流的有效值、晶闸管导通角和电源侧功率因数；
11．某单相反并联调功电路，采用过零触发。
电源电压U1=220V，电阻负载R=1Ω，控制的设定周期TC内，使晶闸管导通0.3s，断开0.2s，使计算送到电阻负载上的功率与假定晶闸管一直导通时所送出的功率。
12．交流调压电路和交流调功电路有什么区别？
二者各运用于什么样的负载？
为什么？
13．用一对反并联的晶闸管和使用一只双向晶闸管进行交流调压时，他们的主要差别是什么？
14．反并联的晶闸管和负载接成内三角形的三相交流调压电路，问该电路有何优点？
15．什么是TCR？
什么是TSC？
它们的基本原理是什么？
各有何特点？
16．交交变频电路的主要特点和不足之处是什么？
其主要用途是什么？
17．三相交交变频电路有哪两种接线方式？
它们有什么区别？
习题四
1.无源逆变电路和有源逆变电路有什么区别？
2.在逆变电路中器件的换流方式有哪些？
各有什么特点？
试举例说明。
3.为什么负载换向逆变器的负载阻抗必须呈容性而谐振式逆变器无次要求？
4.什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路？
二者各有什么特点？
5.电压型逆变电路中二极管的作用是什么？
如果没有将出现什么现象？
为什么电流型逆变电路中没有这样的二极管？
6.请说明整流电路、逆变电路、变流（变频）电路三个概念的区别。
7.并联谐振式逆变器利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件？
8.对于图4-16所示电路，测得uDS波形如图右边，请分析波形出现电压尖峰的原因，并说明消弱电压尖峰的办法。
图4-16习题8图4-17习题9
9.若电路及其输出波形如题图4-17所示，请画出开关管上的电压波形。
10.三相桥式电压型逆变电路，180º导电方式，Ud=100V。
试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值UUN1，输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、输出5次谐波的有效值UUV5。
习题五
1.试说明PWM控制的基本原理。
2.PWM逆变器有哪些优点？
其开关频率的高低有什么利弊？
3.单极性和双极性PWM控制有什么区别？
在三相桥式PWM逆变电路中，输出相电压（输出端相对于中性点的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平？
4.
脉宽调制（PWM）技术的制约条件主要表现在哪些方面？
5.在SPWM调制中，何谓同步调制？
何谓异步调制？
为什么常采用分段同步调制的方法？
6.脉宽调制逆变器的基本控制方法有哪些？
7.在图5-31中，半周期的脉冲数为7，脉冲幅值为相应正弦波幅值的2倍，试按照面积等效原理计算各脉冲的宽度。
8.什么是SPWM波形的规则采样法？
和自然采样法相比，规则采样法有和优缺点？
9.单相和三相SPWM波形中，所含主要谐波的频率是多少？
图5-31习题7
10.简要说明空间矢量PWM控制的基本原理及特点。
11.多电平逆变器的优缺点有哪些？
12.目前多电平逆变器的拓扑结构主要有哪几种？
各有什么优缺点？
习题六
1.什么是高压直流输电？
和交流输电系统相比有何优缺点？
2.直流输电工程按照直流联络线可分为几类？
各有什么优缺点？
3.简单介绍一下直流输电系统的主要结构，各个元件都有什么功能。
4.为什么目前在绝大多数直流输电工程普遍采用晶闸管阀？
5.对于目前广泛使用的12脉波换流桥，其交流侧电流和直流母线主要有那些次数的谐波？
如果是采用18脉波换流桥呢？
6.高压直流输电的交流滤波器主要有哪几种？
各有什么优缺点？
7.在高压直流输电系统中，调节输送的直流电流和直流功率的主要手段是什么？
8.分析一下在高压直流输电系统中，如果采用全控型器件（如IGBT）并利用PWM控制技术的技术可行性。
习题七
1.什么叫灵活交流输电系统（柔性交流输电系统）？
目前的主要应用有那些？
2.为什么要对交流电网进行无功功率补偿？
3.什么叫SVC？
SVC主要包括哪几种组合结构？
4.为什么TCR常和TSC并联使用？
试画出其单线电路图。
5.在TSC中，电容的最优投切时刻如何选择？
6.什么叫静止同步补偿器（STATCOM）？
和传统的SVC相比有何优缺点？
7.画出不考虑损耗时STATCOM的等效电路图和其感性、容性向量图，并分析其工作原理。
习题八
1.对电网的谐波补偿有何重要意义？
2.与传统的无源滤波器相比，有源电力滤波器有何优缺点？
3.试分析图8-27所示的APF的电路结构和工作原理。
4.根据有源电力滤波器接入电网的方式，有源电力滤波器主要分为哪三大类？
各有什么优缺点？
5.并联型、串联型有源滤波器各适用于什么应用场合？
6.为什么目前通常将无源LC滤波器和有源滤波器混合使用？
这样作有何现实意义？
7.简单叙述一下瞬时无功理论，其和传统的无功理论有何不同？
图8-27习题2
8.试分析图8-28所示谐波检测电路的工作原理。
如果该电路既要检测谐波电流又要检测无功电流，那么该检测电路应如何改动？
图8-28习题8
习题九
1.同步机励磁系统有何主要作用？
2.同步发电机全静态励磁系统有何优点？
3.同步电动机励磁用整流器有何特点？
4.什么是自控式无换向器电动机？
有何优缺点？
5.自控式无换向器电动机的转速调整是如何实现的？
6.为什么自控式无换向器电动机在低速时会出现明显的转矩脉动？
7.
8.
9.
第1章电力电子器件
填空题：
1.电力电子器件一般工作在________状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。
3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加________。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为________、________、________三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为________。
6.电力二极管的主要类型有________、________、________。
7.肖特基二极管的开关损耗________快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为____正向有触发则导通、反向截止____。
9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL________IH。
10.晶闸管断态不重复电压UDRM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDRM________Ubo。
11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________。
14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。
15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。
16.IGBT的开启电压UGE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET。
17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。
18.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为________和________两类。
19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。
20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。
21.抑制过电压的方法之一是用________吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。
在过电流保护中，快速熔断器的全保护适用于________功率装置的保护。
22.功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用________型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。
23.晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是________措施，给每只管子并联RC支路是________措施，当需同时串联和并联晶闸管时，应采用________的方法。
24.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有________温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有________温度系数。
25.在如下器件：
电力二极管（PowerDiode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于不可控器件的是________，属于半控型器件的是________，属于全控型器件的是________；属于单极型电力电子器件的有________，属于双极型器件的有________，属于复合型电力电子器件得有________；在可控的器件中，容量最大的是________，工作频率最高的是________，属于电压驱动的是________，属于电流驱动的是________。
简答题：
26.电力电子器件是如何定义和分类的？
同处理信息的电子器件相比，它的特点是什么？
27.应用电力电子器件的系统组成如题图1-27所示，试说明其中保护电路的重要意义？
28.二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻，阻值较高且为常量，为何二极管在正向电流较大时管压降仍然很低？
29.二极管在恢复阻断能力时为什么会形成反向电流和反向电压过冲？
这与它们的单相导电性能是否矛盾？
这种反向电流在电路使用中会带来什么问题？
30.使晶闸管导通的条件是什么？
31.维持晶闸管导通的条件是什么？
怎样才能使晶闸管由导通变为关断？
32.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？
33.GTR的安全工作区是如何定义的？
如题图1-33所示，GTR带电感性负载时，如果不接二极管VD会产生什么问题？
有了二极管VD是否还要加缓冲电路呢？
34.如何防止电力MOSFET因静电感应应起的损坏？
35.晶闸管的触发电路有哪些要求？
36.GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？
37.IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点？
38.全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？
试分析RCD缓冲电路中各组件的作用。
39.试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。
计算题：
40.晶闸管在单相正弦有效值电压220V时工作,若考虑晶闸管的安全裕量,其电压定额应选多大?
41.流经晶闸管的电流波形如题图1－41所示。
试计算电流波形的平均值、有效值及波形系数。
若取安全裕量为2，问额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流平均值和最大值为多少？
42.在题图1-42电路中，E＝50V，R＝0.5W,L＝0.5H，晶闸管擎住电流为15mA。
要使晶闸管导通，门极触发脉冲宽度至少应为多少？
43.题图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。
44.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？
这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?
第2章整流电路档
填空题：
1.电阻负载的特点是________，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是________。
2.阻感负载的特点是________，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是________，其承受的最大正反向电压均为________，续流二极管承受的最大反向电压为________（设U2为相电压有效值）。
3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为________，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为________和________；带阻感负载时，α角移相范围为________，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为________和________；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个________。
4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ=________;当控制角α小于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ=________。
5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与________的波形基本相同，只是后者适用于________输出电压的场合。
6.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压UFm等于________，晶闸管控制角α的最大移相范围是________，使负载电流连续的条件为________（U2为相电压有效值）。
7.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差________，当它带阻感负载时，α的移相范围为________。
8.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中，共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是________的相电压，而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是________的相电压；这种电路α角的移相范围是________，ud波形连续得条件是________。
9.对于三相半波可控整流电路，换相重迭角的影响，将使用输出电压平均值________。
10.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为________，随负载加重Ud逐渐趋近于________，通常设计时，应取RC≥________T，此时输出电压为Ud≈________U2（U2为相电压有效值）。
11.电容滤波三相不可控整流带电阻负载电路中，电流id断续和连续的临界条件是________，电路中的二极管承受的最大反向电压为________U2。
12.实际工作中，整流电路输出的电压是周期性的非正弦函数，当α从0°～90°变化时，整流输出的电压ud的谐波幅值随α的增大而________，当α从90°～180°变化时，整流输出的电压ud的谐波幅值随α的增大而________。
13.三相桥式全控整流电路带阻感负载时，设交流侧电抗为零，直流电感L为足够大。
当α＝30°时，三相电流有效值与直流电流的关系为I＝________Id，交流侧电流中所含次谐波次数为________，其整流输出电压中所含的谐波次数为________。
14.带平衡电抗器的双反星形可控整流电路适用于________的场合，当它带电感负载时，移相范围是________，带电阻负载时，移相范围是________；如果不接平衡电抗器，则每管最大的导通角为________，每管的平均电流为________Id。
15.多重化整流电路可以提高________，其中移相多重联结有________和________两大类。
16.逆变电路中
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