电力电子技术作业含答案.docx

1、电力电子技术作业含答案第2章电力电子器件1.使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电 流（脉冲）。或：Uak0且血0。2.维持晶闸管导通的条件是什么？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电 流，即维持电流。3.怎样才能使晶闸管由导通变为关断？4.答：要使晶闸管山导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过 晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导 通的晶闸管关断。5.全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，diz/dt或过电

2、流和Ai/At,减小器件的开关损耗。6.试分析全控型器件的RCD缓冲电路中各元件的作用。答：RCD缓冲电路中，各元件的作用是：开通时，G经凡放电，兄起到限制放 电电流的作用；关断时，负载电流经VDs从C分流，使du/dt减小，抑制 过电压。7.晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？答：A:触发信号应有足够的功率。B：触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。C：触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。第3章整流电路1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，Z = 20mH,圧=100V,求当a =0。 和60。时

3、的负载电流厶，并画出4与必波形。解：a=0。时，在电源电压仏的正半周期晶闸管导通时，负载电感储能，在 晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压仏的负半周期，负载电感Z 释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压4的一个周期里，以下方程均成立：1 =迈Ur sin cot dr 考虑到初始条件：当 戶0时人=0可解方程得:zd = （1 -COS6X）coL4与Zi的波形如下图:当a =60时，在出正半周期60。180。期间晶闸管导通使电感L储能，电感厶储藏的能量在/负半周期180。、300。期间释放，因此在个周 期中6。涸。期间以下微分方程成立：L沽矶论考虑初始条件：当方=60时厶=0可解

4、方程得: a ( 1 八5 = (-cosiyr)coL 2其平均值为20 警cwg）二餐 W25 此时&与几的波形如下图：2.单相桥式全控整流电路，丛=100V,负载中7?=20,厶值极大，当a =30 时，要求：作出4、id、和2；的波形；2求整流输出平均电压仏、电流厶，变压器二次电流有效值；3考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：仏、厶、和丄；的波形如下图：0忆/APvcotO、丿Al1 /Ncot0计hc5ta0_ cot2输出平均电压仏、电流厶，变压器二次电流有效值厶分别为仏=0.9 Ik cos a =0. 9X100Xcos30 =77.97 (V)厶=仏 /*=7

5、7. 97/2 = 38. 99 (A)I2=I, =38.99 (A)3晶闸管承受的最大反向电压为：d他=10071 = 141.4 (V)考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：弘=(23) X 141. 4=283424 (V)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。流过晶闸管的电流有效值为：几=厶/ 71=27. 57 (A)晶闸管的额定电流为：厶=(1.52) X27. 57/ 1.57=2635 (A)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。3.单相桥式全控整流电路，圧二100V,负载中斥2Q, 值极大，反电势 庄60V,当 二30。时，要求：1作岀4、几和2；的波形；2求整流输出平均电压厶:、

6、电流厶 变压器二次侧电流有效值3考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：4、必和Z的波形如下图：2整流输出平均电压区、电流变压器二次侧电流有效值厶分别为仏=0.9 Ik cos a =0. 9X100Xcos30 =77. 97(A)Ta =(仏一)/?= (77. 9760)/2=9 (A)Iz= Id =9 (A)3晶闸管承受的最大反向电压为：V2 4=10072 =141. 4 (V)流过每个晶闸管的电流的有效值为：= / 近=6. 36 (A)故晶闸管的额定电压为：弘=(23)X141. 4=283424 (V)晶闸管的额定电流为：1= (1. 52) X6. 36 / 1.

7、 57=68 (A)晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。4.单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压 波形。解：注意到二极管的特点：承受电压为正即导通。因此，二极管承受的电压不 会出现正的部分。在电路中器件均不导通的阶段，交流电源电压III晶闸管平 衡。整流二极管在一周内承受的电压波形如下:5.单相全控桥，反电动势阻感负载，住1Q,匸,庄40V, Q二100Y, 厶二0.5mH,当 二60。时求弘、与 的数值，并画出整流电压4的波形。 解：考虑厶时，有：厶：=0. 9cos a _ A仏=2%厶/ nh= (U-E / R解方程组得：&= ( h

8、 斤 0. 9Ecos a+2宓)/ (兀片+2広)=44.55 (V)仏=0.455 (V)=4. 55 (A)又cos a cos(a + /) = 41 /dXB / U即得出cos(60 + /)=0. 4798换流重叠角=61. 33 60 =1.336单相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶 闸管移相范围分别是多少？答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是0、180,当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 90%7.在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和 电感性负载下整流电压4的波形。解：假设

9、= 当负载为电阻时，4的波形如下：当负载为电感时，a的波形如下:8.三相半波可控整流电路，仏二100V,带电阻电感负载，住5Q,厶值极大，当 二60。时，要求：1画出4、几和（VT1的波形；2计算弘、厶、厶和心。解：4、2；和的波形如下图：弘、厶、厶和心分别如下仏=1.17仏cos =1. 17X100Xcos60 =58.5 (V)7d=/R=58.5/5 = 11.7 (A)7avT=7d/3 = 11. 7 / 3 = 3. 9 (A)I=IJ 巧=6. 755 (A)9.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时 的整流电压4波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短

10、路，其他晶闸管受什么 影响？答：假设VT不能导通，整流电压4波形如下：假设VT被击穿而短路，则当晶闸管或工导通时，将发生电源相间短 路，使得%、VT5也可能分别被击穿。10.三相桥式全控整流电路，E二100V,带电阻电感负载，住5Q, Z值极大，当I I II I III I IV i V I VI Ii忧快團丿-、八 I / 1/ X兴I j八、11.三相全控桥，反电动势阻感负载，启200V,住1Q,匸f $二220V, 二60。，当厶二0和厶二ImH情况下分别求仏、厶的值，后者还应求 并分别作出4与人的波形。解：当厶=0时：=2.34/cosa=2.34X220Xcos60 =257.4

11、(V)h=(仏一g) / R= (257.4-200) / 1 = 57.4 (A)当厶=lmH时仏=2. 34/cos a 仏仏=3広厶/ n厶=(仏一) / R解方程组得：U&= (2. 34 兀型？ cos a +3兀) / (口斤+3兀)=244.15 (V)=44. 15 (A)仏=13. 25 (V)又 T COSQ cos(a + /) 2XsId / V6 Uzcos(60 + /)=0. 4485/ = 63. 35 -60 =3.354、Trn和厶匸的波形如下：12.三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的 晶闸管移相范围分别是多少？答：三相桥式全控

12、整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范用是0、120,当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 90%13.三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？其中幅 值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是 哪儿次？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6& (&=1、2、3)次的 谐波，其中幅值最大的是6次谐波。变压器二次侧电流中含有6启=1(1、2、 3)次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。14.三相桥式全控整流电路，炉100V,带电阻电感负载，住5Q, Z值极大，当 二60。时，要求：(1)计算仏、厶和 屁 (2) Z的5、7次谐波

13、分量的有效值厶、心；(3)输入功率因数。解：(1) 4、1&、込t和Zt分别如F仏=2. 34仏cos =2. 34X100Xcos60 =117 (V)厶=仏/7?=117/5 = 23. 4 (A)厶叭=厶/3 = 23. 4/3 = 7. 8 (A)厶丁=厶/、你=23. 4 /、你=13. 51 (A)(2)由此可计算出5次和7次谐波分量的有效值为：厶5=石厶/5 H = X23. 4/5 n =3. 65 (A)7=7=76 Ta/7 n =V6 X23. 4/7n =2. 61 (A)(3)基波电流的有效值：厶=亦厶/ Ji =V6 X23. 39/ n =18. 243 (A)基

14、波因数为=IJ Id=0. 955电路的输入功率因数为： cosd =0. 955 cos60 =0.4815.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？答：条件有二：1直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变 流电路直流侧的平均电压；3要求晶闸管的控制角a ji/2,使広为负值。16.什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形 成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向审联，由于逆变 电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的

15、晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角0等。第4章逆变电路1.无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？ 答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。而无源逆变电路的交 流侧直接和负载联接。2.换流方式各有那儿种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流 方式。电网换流：山电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件 上即可。负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于 负载电压时，可实现负载换流。强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流 称为强迫换流。

16、通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同釆用电网换流、负载 换流和强迫换流3种方式。3.什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。 答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要特点是：1直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无 脉动，直流回路呈现低阻抗。2由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负 载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。3当交流侧为阻感

17、负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量 的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联 了反馈二极管。电流型逆变电路的主要特点是：1直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回 路呈现高阻抗。2电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出 电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负 载阻抗情况的不同而不同。3当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量 的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路 那样要给开关器件反并联二极管。4.电压型逆变电路中反馈二极管的

18、作用是什么？答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直 流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供 通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同 时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反 馈二极管提供电流通道。5.为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？答：在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电 感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经 电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。第5章直流-直流变流电路1.介绍降压斩波电路工作原理答：降压斩

19、波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间九，由电 源E向L、R、M供电，在此期间，U=E.然后使V关断一段时间 如，此时 电感L通过二极管VD向R和M供电，么=0。一个周期内的平均电压U = xo输出电压小于电源电压，起到降压的作用。n +匕2.介绍升压斩波电路工作原理答：假设电路中电感丄值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源卍向 电感厶充电，充电电流基本恒定为,同时电容6上的电压向负载斤供电，因 。值很大，基本保持输出电压为恒值広。设V处于通态的时间为U,此阶段电 感Z上积蓄的能量为E/,ron o当V处于断态时厅和共同向电容C充电并向负载 斤提供能量。设V处于断态的时间为则在

20、此期间电感L释放的能量为 仏如。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感积蓄的能量与释放的 能量相等，即：化简得：Uo=-E = E*off G式中的T/orrl,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。3.在降压斩波电路中，已知 启200V,斥10Q, L值极大，5F30V,户50 u s, tor=20 u S,计算输出电压平均值儿输出电流平均值厶。解：山于Z值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为炉仏 E 二 2（）x2（）（）二80 （V）T 50输出电流平均值为I。二L 二 g 二5 R 104.在图3-la所示的降压斩波电路中，启100V, Z=lmH,住0. 5 Q ,

21、5F10V,采 用脉宽调制控制方式，U20US,当 佔5us时，计算输出电压平均值岛 输出 电流平均值厶，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连 续。当时，重新进行上述计算。10 c .二二0. 1100t 二 二()卩)1 二 002R 0.5当九二5 U s时，有二二0. 0025由于ap 1 丿.0025 1二刍二二0. 249加e 1 e I所以输出电流连续。此时输出平均电压为Uo 二區E二IB兰二25（V）T 20输岀平均电流为10二匕出L二兰二12二30R 0.5输出电流的最大和最小值瞬时值分别为 一川 1-厂丿当：二3us时，釆用同样的方法可以得出：a p 二0.

22、0015由于ap 1 0.015 1二刍亠0. 149刃 疋-1 严-1所以输出电流仍然连续。此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为:a =1222=15(V)T 20R1 0015厂顾T_l1-(0.0015T 1 e -1乞込二土仝100.5 =10. 13(A)0.5 =9. 873 (A) 丿0.55.在升压斩波电路中，已知方50V,厶值和。值极大，住10Q,采用脉宽调制 控制方式，当7M0us,肪20us时，计算输出电压平均值 岛 输出电流平均 值厶。壬尸磊如100 (V)输出电流平均值为:第6章 交流-交流变流电路1.一单相交流调压器，电源为工频220V,阻感

23、串联作为负载，其中住0.5Q,22mH。试求：开通角a的变化范围；负载电流的最大有效值；最大输出功率及此时电源侧的功率因数：当a=-时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通2角和电源侧功率因数。解：负载阻抗角为：4=arctan ( ) =arctan (八()x2xi()_)_q 89864二51. 49 R 0.5开通角0的变化范围为：4) a 31即0. 89864 a n当a =4)时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为 2 凡/爲R = J?。、r 二37. 532 (KW)lJ/+(皿)2 丿功率因数为2 - Pomax - 37532 - 0.6227S 人 220 x

24、 273.98实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即cosO.62274a=-W，先计算晶闸管的导通角，由式(4-7)得2sin(-+ 0 -0. 89864)二sin(冬 0. 89864) e丽2 2解上式可得晶闸管导通角为：0 =2. 375=136. 1也可由图4-3估计出的值。此时，晶闸管电流有效值为 U Esin &cos(2a + 0 + &)cos(pM = ：_ 220 % b 375 .375 xcos( + 0.89864 +2.375) -23 2 (A)cos 0.89864_ 72x0.803 _ -电源侧功率因数为其中:/o =血/yr 二 174. 2

25、 于是可得出八空74f3959S 人 220x174.22.一调光台灯山单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在。二0 时输岀功率为最大值，试求功率为最大输岀功率的80% 50%时的开通角Q。 解：a二0时的输出电压最大，为=丄 j（JIsin 期）2期=4此时负载电流最大，/omax = -1 = R R因此最大输出功率为Pmax = /maJz =字K输出功率为最大输出功率的80%时，有:此时，Kuo =、砲|乂由解得r7 rr /sin2a 兀 _aa =60. 54同理，输出功率为最大输出功率的30%时，有:U。=屈3乂由a 二90第7章PWM控制技术1.介绍PWM控制的基本原

26、理。答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度 进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在 具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同 是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理2.单极性和双极性PWM调制有什么区别？三相桥式PWM型逆变电路中，输 出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM波形各有儿种电 平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制

27、方式。三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个周期中有 正、有负，则称之为双极性PWM控制方式。三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压有两种电平：0.5E和-0.5廐。 输出线电压有三种电平廐、0、-弘。3.什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制 有什么优点？答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。在异步调制方 式中，通常保持载波频率固定不变，因而当信号波频率忑变化时，载波比N 是变化的。载波比沖等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步 调制。分段同步调制是把逆变电路的输出频率划分为若干段，每个频段的载波比一 定，不同频段

28、采用不同的载波比。其优点主要是，在高频段釆用较低的载波 比，使载波频率不致过高，可限制在功率器件允许的范圉内。而在低频段采用 较高的载波比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。4.根据对输出电压平均值进行控制的方法不同，直流斩波电路可有哪三种控制 方式？并简述其控制原理。笫一种调制方式为：保持开关周期不变，改变开关导通时间怙称为脉宽调制。简称“PWM”调制。第二种调制方式为：保持开关导通时间J不变，改变开关周期，称为频率调制。简称为“PFM”调制。第三种调制方式为：同时改变周期T与导通时间3。使占空比改变，称为混合调制。5.PWM逆变电路的控制方法主要有哪儿种？解：PWM逆变电路的常用控

29、制方法有两种，一是计算法；二是调制法。其中调制法乂可分为两种，一是异步调制法；二是同步调制法。第8章软开关技术1.软开关电路可以分为哪儿类？答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电 路分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可将软开 关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路。2.在移相全桥零电压开关PWM电路中，如果没有谐振电感厶，电路的工作状态 将发生哪些变化，哪些开关仍是软开关，哪些开关将成为硬开关？答：如果没有谐振电感厶，电路中的电容G，与电感L仍可构成谐振电 路，而电容Gs, 将无法与厶构成谐振回路，这样，S3、S。将变为硬开关，S|、S2仍为软开关。3.在零电压转换PWM电路中，辅助开关$和二极管VD是软开关还是硬开关， 为什么？答：在S开通时，堀不等于零；在S关断时，其上电流也不为零，因此S为 硬开关。由于电感厶的存在，S开通时的电流上升率受到限制，降低了 S的开 通损耗。由于电感厶的存在，使的电流逐步下降到零，自然关断，因此VD： 为软开关。1-11.晶闸管内部有（ ）PN结A.个B.二个C.三个D.四个参考答案：C2.晶闸管两端并联一个RC电路的作用是（ ）A.分流B.降压C.过电压保护D.过电流保护参考答案：C3.普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ ）来表