《电力电子技术》习题解答.docx

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《电力电子技术》习题解答

《电力电子技术》习题解答

第1章电力电子器件思考题与习题

2.1晶闸管的导通条件是什么?

导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?

2.2晶闸管的关断条件是什么?

　如何实现?

　晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?

2.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？

2.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？

2.5请简述晶闸管的关断时间定义。

2.6试说明晶闸管有哪些派生器件？

2.7请简述光控晶闸管的有关特征。

2.8型号为KP100-3，维持电流IH=4mA的晶闸管，使用在图题2.8所示电路中是否合理，为什么?

（暂不考虑电压电流裕量）

图题2.8

2.9图题2.9中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试计算各图的电流平均值．电流有效值和波形系数。

图题2．9

2.10上题中，如不考虑安全裕量，问额定电流100A的晶闸管允许流过的平均电流分别是多少?

2.11某晶闸管型号规格为KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?

2.12如图题2.12所示，试画出负载Rd上的电压波形（不考虑管子的导通压降）。

图题2.12

2.13在图题2.13中，若要使用单次脉冲触发晶闸管T导通，门极触发信号（触发电压为脉冲）的宽度最小应为多少微秒（设晶闸管的擎住电流IL=15mA）？

图题2.13

2.14单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题2.14所示，交流电源电压有效值为220V。

（1）考虑安全余量，应如何选取晶闸管的额定电压？

（2）若当电流的波形系数为Kf=2.22时，通过晶闸管的有效电流为100A，考虑晶闸管的安全余量，应如何选择晶闸管的额定电流？

图题2.14

2.17GTR对基极驱动电路的要求是什么？

2.18在大功率GTR组成的开关电路中为什么要加缓冲电路?

第5章斩波电路思考题与习题

3.4试说明降压斩波电路（Ｂuck），升压斩波电路（Ｂoost）各有什么特点？

第10章PWM型无源逆变电路思考题与习题

4.7试说明PWM控制的工作原理。

4.8单极性和双极性PWM调制有什么区别？

4.9试说明PWM控制的逆变电路有何优点？

第2章单相半波可控整流电路思考题与习题

5.1什么是整流？

它与逆变有何区别？

5.2单相半波可控整流电路中，如果：

（1）晶闸管门极不加触发脉冲；

（2）晶闸管内部短路；

（3）晶闸管内部断开；

试分析上述三种情况负载两端电压ud和晶闸管两端电压uT的波形。

5.3某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些?

5.6某电阻性负载要求0~24V直流电压，最大负载电流Id=30A，如采用由220V交流直接供电和由变压器降压到60V供电的单相半波相控整流电路，是否两种方案都能满足要求?

试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、额定电压、额定电流、电路的功率因数及对电源容量的要求。

5.7某电阻性负载，Rd=50Ω,要求Ud在0~600V可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算：

（1）晶闸管额定电压、电流值；

（2）连接负载的导线截面积（导线允许电流密度j=6A／mm2）；

（3）负载电阻上消耗的最大功率。

5.8整流变压器二次侧中间抽头的双半波相控整流电路如图题5.8所示。

（1）说明整流变压器有无直流磁化问题?

（2）分别画出电阻性负载和大电感负载在α=60°时的输出电压Ud、电流id的波形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。

若已知U2=220V，分别计算其输出直流电压值Ud。

（3）画出电阻性负载α=60°时晶闸管两端的电压uT波形，说明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少?

图题5.8

5.9带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前15°处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为10°和20°时负载两端的电压ud波形。

5.10三相半波相控整流电路带大电感负载，Rd=10Ω，相电压有效值U2=220V。

求α=45°时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流IdT和有效电流IT，画出ud、iT2、uT3的波形。

5.11在图题5.11所示电路中，当α=60°时，画出下列故障情况下的ud波形。

（1）熔断器1FU熔断。

（2）熔断器2FU熔断。

（3）熔断器2FU、3FU同时熔断。

图题5.11

5.12现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载，负载电流Id都是40A，问流过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大?

5.13三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4Ω，要求Ud从0~220V之间变化。

试求：

（1）不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。

（2）计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取2倍裕量，选择晶闸管型号。

5.14单结晶体管触发电路中，作为Ubb的削波稳压管两端如并接滤波电容，电路能否正常工作?

如稳压管损坏断开，电路又会出现什么情况?

5.15三相半波相控整流电路带电动机负载并串入足够大的电抗器，相电压有效值U2=220V，电动机负载电流为40A，负载回路总电阻为0.2Ω，求当α=60°时流过晶闸管的电流平均值与有效值、电动机的反电势。

5.16三相全控桥电路带串联Ld的电动机负载，已知变压器二次电压为100V，变压器每相绕组折合到二次侧的漏感L1为100μH，负载电流为150A，求：

（1）由于漏抗引起的换相压降；

（2）该压降所对应整流装置的等效内阻及α=0°时的换相重叠角。

5.17晶闸管装置中不采用过电压、过电流保护，选用较高电压和电流等级的晶闸管行不行?

5.18什么是有源逆变？

有源逆变的条件是什么？

有源逆变有何作用？

5.19有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？

为什么？

5.20无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？

5.21三相PWM整流与三相PWM逆变有何区别？

第6章思考题与习题

6.1在单相交流调压电路中，当控制角小于负载功率因数角时为什么输出电压不可控？

6.2晶闸管相控直接变频的基本原理是什么？

为什么只能降频、降压，而不能升频、升压？

6.3晶闸管相控整流电路和晶闸管交流调压电路在控制上有何区别？

6.4交流调压和交流调功电路有何区别？

6.5一电阻炉由单相交流调压电路供电，如=0°时为输出功率最大值，试求功率为80%，50%时的控制角。

6.6一交流单相晶闸管调压器，用作控制从220V交流电源送至电阻为0.5Ω，感抗为0.5Ω的串联负载电路的功率。

试求：

（1）控制角范围；

（2）负载电流的最大有效值。

6.7试述单相交-交变频电路的工作原理。

6.8交-交变频电路的输出频率有何限制？

6.9三相交-交变频电路有哪两种接线方式？

它们有什么区别？

第7章思考题与习题

7.1高频化的意义是什么？

为什么提高开关频率可以减小滤波器和变压器的体积和重量？

7.2何谓软开关和硬开关？

怎样才能实现完全无损耗的软件关过程？

7.3零开关，即零电压开通和零电流关断的含义是什么？

7.4试分析图题7.4两个电路在工作原理上的差别，并指出它们的异同点。

图题7.4

7.5软开关电路可以分为哪几类？

其典型拓扑分别是什么样的？

各有什么特点？

7.6准谐振变换器与多谐振变换器的区别是什么？

7.7以BuckDC/DC变换器为例，说明零电流关断准谐振变换器ZCSQRC的工作原理。

答：

见教材“7.2.1准谐振变换电路”

7.8以BuckDC/DC变换器为例，说明零电压开通准谐振变换器ZVSQRC的工作原理。

答：

见教材“7.2.1准谐振变换电路”

7.9准谐振型变换器为什么只适宜于变频方式下工作而不宜在恒频PWM方式下工作？

与恒频PWM变换器相比较，在变频下工作的变换器有哪些缺点？

7.10试说明在零电压多谐振开关电路中，为什么二极管为零时刻比电容上电压为零时刻提前？

答：

见教材“7.2.1准谐振变换电路”

7.11软开关PWM的含义是什么？

7.12试比较ZCSPWM与ZCTPWM这两种变换方式的优缺点。

答：

ZCTPWM电路主开关管在零电流下关断，降低了类似IGBT这种具有很大电流拖尾的大功率电力电子器件的关断损耗，并且没有明显增加主功率开关管及二极管的电压、电流应力。

同时，谐振网络可以自适应地根据输入电压与负载的变化调整自己的环流能力。

更重要的是它的软开关条件与输入、输出无关，这就意味着它可在很宽的输入电压和输出负载变化范围内有效地实现软开关操作过程，并且用于保证ZVS条件所需的环流能量也不大。

ZCTPWM电路变换器的开通是典型的硬开关方式，

ZCS—PWM变换电路的输入电压和负载在一个很大范围内变化时，可像常规的PWM变换电路那样通过恒定频率PWM控制调节输出电压，且主开关管电压应力小。

其主要特点与ZCSQRS电路是一样的，即主开关管电流应力大，续流二极管电压应力大。

由于谐振电感仍保持在主功率能量的传递通路上．因此，实现ZCS的条件与电网电压、负载变化有很大的关系，这就制约了它在这些场合的作用。

可以像QRC电路一样通过谐振为主功率开关管创造零电压或零电流开关条件，又可以使电路像常规PWM电路一样，通过恒频占空比调制来调节输出电压。

7.13试比较ZVSPWM与ZVTPWM这两种变换方式的优缺点。

答：

ZVSPWM变换电路既有主开关零电压导通的优点，同时，当输入电压和负载在一个很大的范围内变化时．又可像常规PWM那样通过恒频PWM调节其输出电压，从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件，克服了QRC变换电路中变频控制带来的诸多问题。

但其主要缺点是保持了原QRC变换电路中固有的电压应力较大且与负载变化有关的缺陷。

另外，谐振电感串联在主电路中，因此主开关管的ZVS条件与电源电压及负载有关。

ZVTPWM电路主功率管在零电压下完成导通和关断，有效地消除了主功率二极管的反向恢复特性的影响，同时又不过多的增加主功率开关管与主功率二极管的电压和电流应力ZVTPWM变换器中的辅助开关是在高电压、大电流下关断，这就使辅助开关的开关损耗增加，从而影响整个电路的效率。

然而，无论是ZCTPWM还是ZVTPWM的缺点都可以通过电路拓扑结构的改进来加以克服。

7.14零电流关断PWM变换器与零电流关断准谐振变换器ZCSQRC在电路结构上有什么区别？

特性上有哪些改进？

答：

ZCSPWM变换电路是在ZCSQRC电路的谐振电容上并联一个辅助开关管和其并联的组成的。

ZCS—PWM变换电路保持了ZCS—QRC电路中主开关管零电流关断的优点；同时，当输入电压和负载在一个很大范围内变化时，又可像常规的PWM变换电路那样通过恒定频率PWM控制调节输出电压，且主开关管电压应力小。

其主要特点与ZCSQRS电路是一样的，即主开关管电流应力大，续流二极管电压应力大。

7.15零电压开通PWM变换器与零电压开通准谐振变换器ZVSQRC在电路结构上有什么区别？

特性上有哪些改进？

答：

ZVSPWM变换电路是在ZVSQRC电路的谐振电感上并联一个辅助开关管和组成的。

ZVSPWM变换电路既有主开关零电压导通的优点，同时，当输入电压和负载在一个很大的范围内变化时，又可像常规PWM那样，通过恒频PWM调节其输出电压，从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件，克服了QRC变换电路中变频控制带来的诸多问题。

第8章思考题与习题

8.1开关电源与线性稳压电源相比有何优缺点？

答：

（1）功