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1、电力电子技术习题答案电力电子技术习题答案第二章 电力电子器件2-1答： 电导调制效应是指PN结处于正向导通状态下，当正向电流较小时，二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻，其阻值较高并且管压降随正向电流的上升而升高；当正向电流较大时，在N区的少子孔穴浓度将很大，为了维持半导体电中性条件，势必多子电子的浓度也大幅增加。这导致了电阻率的下降，从而电压上升的增量不大。二极管的正向伏安特性曲线清楚地表明了电导调制效应的作用。2-2 答： 使晶闸管导通的条件是：晶闸管处于正向偏置电压时，给门极施加足够功率的触发电压；当晶闸管处于导通状态时只要将导通的电流减小到小于维持电流，或者直接施加反向电压

2、就可。2-3 答： 1) 2) 2-4 答：GTR电流容量大，耐压值高。但需要的驱动功率大，热稳定性差，易产生二次击穿，通态压降较高；MOSFETS静态驱动功率小，工作频率比较高，热稳定性优于GTR，通态压降低。它还具有正的温度特性，使得MOSFET管易于并联使用。但缺点是电流容量较小，耐压值较低。IGBT结合了GTR容量大和MOSFET驱动功率小的优点，但工作频率要低于MOSFET。2-5 答：IGBT对驱动电路的要求是驱动电压脉冲上升和下降沿要陡；有足够的驱动功率；关断时栅极可加一反向电压；某些应用场合驱动电路要和主电路隔离；带有保护功能；驱动电路到IGBT模块的引线尽可能短。IGBT过电

3、流保护可以采用两种方法：检测集电极电压和检测发射极电流。前者保护动作快，并在一些现成驱动模块上如EXB840等集成了检测和保护电路。 第三章 交流-直流变换电路3-1答：3-2 答： 该题实际上是考虑两个幅值不同,导通角也不同的波形做比较,前者幅度小,导通角为-,后者为-. 显然后者电流波形底部窄，通过对两种波形的波形系数分析，在同样平均电流的情况下，底部窄的的其有效值大，因此对后者要求晶闸管的额定电流大。3-3 答：续流二极管VD损坏。当损坏的VD症状是开路时，相当于没有续流二极管在起作用，所以输出电压会变得很低。3-4 答： 前者不是，后者是。因为大电感负载时，可认为流过电阻的电流是直流电

4、流，没有交流分量，所以有功功率就是UdId。3-5 答：两种供电方式都能输出0-24V直流电压。这里负载Rd=24V/30A=0.8。考虑最大输出为24V，则：1) 采取直接供电时(U2=220V)：按式3-3得=121；KF=2.81按式3-5和式3-7代入Id和（根号中的sin应为sin2）得I=KF*Id=84.24A；按式3-10得cos=0.311；S=IU2=18.53KVA。2) 采取降压供电时(U2=60V)：则=38.9；I=49.97A；cos=0.682；S=2.998KVA。比较两种方式,虽然后者需要一个变压器,但对电源容量要求小,功率因数也高得多。3-6 答:1) 移

5、相范围单相半波：由得: 所以移相范围为35.1126.6 单相全波：由得: 所以移相范围为95.2142.92) 晶闸管的额定电压和额定电流单相半波全波单相半波 由得: 注意126的控制角对应的有效值比上值小,所以不考虑。I=U/R=152/5=30.4A IT(AV)=2*(IT/1.57)=38.7A 单相全波 注意142.9的控制角对应的有效值比上值小,所以不考虑。I=IT=U/R=147.4/5=29.48A IT=I/1.414=20.84A IT(AV)=2*(IT/1.57)=26.54A 综上,可考虑选800V,50A和30A的晶闸管。3) 负载消耗最大功率单相半波:P=U*U

6、/R=152*152/5=4.621KW单相全波:P=U*U/R=147.4*147.4/5=4.349KW4) 最大功率因数单相半波 0.691单相全波 0.673-7 答:（图以=45为例）3-8 答:1) 电阻性负载时也需要辅助关断措施，因为整流桥始终输出上正下负的电压，晶闸管处于始终正向电压偏置，所以要能按1）图中波形输出使负载电压可调，则需要辅助关断电路，否则负载端电压是一个全波的完整整流波形。2) 03)也需要。因为当电源电压从正半周进入负半周时需要强制使V关断（如果不这样V是没法关断的），这时就需要续流二极管让电感能量通过二极管释放。反之，当电源电压从负半周进入正半周时也存在同样

7、情况。3-9 答：1）由得: Ud=0.9*220(1+0.866)/2=184.7V Id=Ud/R=184.7/15=12.3A则平均值:IdVT=IdVD=Id*(-)/2=12.3*150/360=5.1A IdVDR=Id*/=12.3*30/180=2A 有效值:IVT=(-)/2)1/2*Id=(150/360)1/2*12.3=7.95A IVDR=(/)1/2*Id=(30/180)1/2*12.3=5.02A2) 即/(-)/2得(-)/2 最后得/33-10 答：可以。但触发角的移相范围只有0120。最小工作电压为0.585U2。3-11 答：一个晶闸管不能导通时，会导致

8、输出波形缺波头。例如VT1不导通，则uab,uac的波头将失去，此处输出将直接从uCb降为0。一个晶闸管短路问题将十分严重，例如VT1短路，当触发VT3时，会导致ub、ua相电压之间通过VT3及短路的VT1发生短路，从而又烧毁VT3。3-12 答：设=301）单相半波：IdVT=Id=30A，IVT=kf*IdVT=1.60630=48.2A。2）单相桥式：IdVT=Id/2=15A，IVT=kf*IdVT=1.60615=24.1A。上述两题均可采用式3-7（根号中的sin应为sin2）计算Kf3) 提示：三相半波电阻性负载时需要先推出一个晶闸管流过电流（1/3周期）的有效值计算式和平均值计

9、算式，获得波形系数Kf，然后根据一个晶闸管流过电流平均值（是负载电流的1/3）计算有效值。 3-13 答：1)由Ud=2.34U2cos且最小时,Ud最大,所以U2=Ud/2.34=220/2.34=94V2)因为Id=Ud/R=220/12=18.3A,IVT=(1/3)1/2*Id=10.56A 故IT(AV)=2*IVT/1.57=13.45A 电压考虑为2*1.414*1.732*94=460.5V 选20A 500V3)I2=(2/3)1/2*Id=14.94A4)COS=Ud*Id/3U2I2=220*18.3/3*94*14.94=4026/4213.6=0.9555)S=3U2

10、I2=4213.6VA3-14答：1)因为大电感,电流连续,则电压平均值可按Ud=2.34U2COS计算,但Id=(Ud-E)/RUd=2.34*220*0.5=257.4VId=(257.4-200)/1=57.4A2)(Ud-Ud-E)/1=Id Ud-6XBId/2-E=Id 57.4-0.3Id=Id 1.3Id=57.4 Id=57.4/1.3=44.15A由cos-cos(+)= XBId/1.414*1.732*U2*sin(/6)=2*0.314*44.15/220*2.45=27.7/539=0.0514cos(+)=cos-0.0514=0.5-0.0514=0.4486+

11、=63.35 =63.35-60=3.353-15 答：（1）Id均从整流电路上端流出，经过电感和反电势元件从整流电路下端流入。Ud方向电动状态时上正下负，发电状态时下正上负，E的方向如图示不变。（2）电动状态时|Ud|E，发电状态时E|Ud|。 3-16 答：Ud=-267.2V；Id=32.76A；=2.54；P=8.4KW。提示：先将漏抗、反电势、负载电阻串联后看成一条支路接在整流电路输出端，然后根据电路结构列出回路电压方程，再求解负载电流（注意是大电感负载）。3-17 答：换相重叠角会变大。因为电压降低时会使换相时的两个换相支路的漏抗压降比较小，使得换相环流比较小，造成换流时间加长。

12、第四章 直流-直流变换技术4-1 答：主要元器件有开关元件、电容器、电感器和快恢复二极管。基本原理是利用对电感的定时地间隙储能及释放，实现电能的转移和变换。4-2 答：根据式4-11、4-10、4-19、4-18可解得：k=0.62A，L=14.5，Uc=2.34mV。4-3 答：电感量太小或者负载偏轻时。对电路的影响是输出电压不能稳定，波动大。4-4 答：根据式4-31、4-35、4-38解得：k=0.8，L=2mH，C=1333uF。第五章 直流-交流变换电路5-1 答：有源逆变将负载能量（电机或蓄电池等）馈送给电网，往往通过整流电路来实现。而无源逆变将直流端电能逆变后直接供给负载。（注意

13、目前的光伏、风能等并网发电技术与这两个概念有所不同）。5-2 答：见本章概述。5-3 答：见本章概述。5-4 答：教材介绍的电压型逆变器主要由可关断器件和反向二极管构成，而电流型逆变器由晶闸管和辅助的换流电路构成。5-5 答：在驱动感性负载时提供无功电流的通路。电流型逆变电路在反馈无功能量时直流电流并不反向，所以不需要开关器件并反馈二极管。5-6 答：调节直流端电压；移相调压；多脉冲宽度调节；SPWM。5-7 答：二极管起辅助换流作用，帮助换流电容器电压经过换流过程使其反向，为下一阶段的晶闸管换流做准备。换相过程见教材108页。5-8 答： 2此题因为是电阻性负载，只有4个开关器件均不导通时，

14、输出电压才为0。此刻假定上下桥臂的两个器件特性一致，则每个器件承受输入电压Ud的一半。5-9 答：UUN1m=63.7V，UUN1=47.1V，UUVm=110V，UUV=81.6V，UUV5=22V。5-10 答：1）保证并联电容后负载呈容性； 2）保证晶闸管关断时承受反压一段时间，故要求负载相位角/2+。5-11 答：根据冲量相等的脉冲作用于惯性环节上，其效果基本相同的原理。见教材110页。载波比指的是载波频率与调制信号频率之比。5-12 答：由于是感性负载，VD1-VD4将起作用。 1）单极性调制：在调制电压为正，电流为负时，若u0=0，则VD1，V3导通。若u0=Ud，VD1和VD4导

15、通；如果电流进入到正半周后，若u0=0，则V1，VD3导通。若u0=Ud，V1和V4导通；在调制电压为负时，也有电流为正和为负两种情况，开关器件的工作状态读者自己分析。 2）双极性调制：不存在u0=0的电平。在调制电压为正，电流为负时，若u0=Ud，VD1和VD4导通；若u0=-Ud，V2和V3导通；在调制电压为正，电流为正时，若u0=Ud，V1和V4导通；若u0=-Ud，VD2和VD3导通；调制电压为负的状态请读者自行分析。 5-13 答：区间1：V1，V4导通；区间2：VD2，VD3导通；区间3：V2，V3导通；区间4：VD1，VD4导通。5-14 答：3个单相组成一个三相逆变器具有消除3

16、倍谐波、电气隔离的优点。而三相桥式逆变器结构简单，控制方便，但没有电气隔离（许多场合并不影响使用）。5-15 答：异步调制指的是载波比m是变化的。而同步调制m是常数。异步调制在调制频率上升时半周期内脉冲数减少，输出波形与正弦波之间差异也变大。同步调制则在调制频率很低时，由于m不变，载波频率也很低，这使得输出谐波频率也很低，并不宜滤除。第六章 交流-交流变换电路6-1 答：1）在电感性负载条件下，要使输出可调，必须有控制角。根据电感值和电阻值可得=60，所以60180。 2）=60时输出最大，则I=220/2=110A；P=12.1KW。 3）cos=0.5。6-2 答：因为R=4.84，所以5

17、KW功率输出时，U0=155.5V。根据式6-1，6-4可得cos=0.707，I0=32.12A6-3 答：根据负载条件，=26.6。而=20，所以输出已不能控，并且就是完整正弦波输出。因此I=U/Z=22A。6-4 答：交流调压电路是通过相控方式，使输出电压波形为不完整正弦波来改变输出电压有效值。而交流调功电路是通过控制输出波形的数量和间隙改变平均功率。一般情况下两者电路结构是相同的，只是控制方式不同。前者的输出谐波较大，后者谐波为零。6-5 答：交-交变频电路直接将交流电变换成频率可调的交流电，原理见教材103页。6-6 答：最大输出频率为工频的1/2-1/3。制约输出频率的因数是交-交变频至少要保证每半周期至少要输出两个波头的波形。6-7 答：交-交变频电路电路简单，效率高，输出功率大，适合于低速运行的大容量交流电机控制。但最高频率只能低于工频。