(华北电力大学版)电力电子技术课后习题答案[1]jk

电力电子技术答案电力电子子技术习习题集标 * 的习题题是课本本上没有有的，作作为习题题的扩展展习题一* 试试说明什什么是电电导调制制效应及及其作用用。答：当PPN结通通过正向向大电流流时，大大量空穴穴被注入入基区（通通常是NN型材料料），基基区的空空穴浓度度（少子子）大幅幅度增加加，这些些载流子子来不及及和基区区的电子子中和就就到达负负极。为为了维持持基区半半导体的的电中性性，基区区的多子子（电子子）浓度度也要相相应大幅幅度增加加。这就就意味着着，在大大注入的的条件下下原始基基片的电电阻率实实际上大大大地下下降了，也也就是电电导率大大大增加加了。这这种现象象被称为为基区的的电导调调制效应应。电导调制制效应使使半导体体器件的的通态压压降降低低，通态态损耗下下降；但但是会带带来反向向恢复问问题，使使关断时时间延长长，相应应也增加加了开关关损耗。1. 晶闸管正正常导通通的条件件是什么么，导通通后流过过的电流流由什么么决定？晶闸管管由导通通变为关关断的条条件是什什么，如如何实现现？答：使晶晶闸管导导通的条条件是：晶闸管管承受正正向阳极极电压（UUAK00），并并在门极极施加触触发电流流（UGGK00）。2. 有时晶闸闸管触发发导通后后，触发发脉冲结结束后它它又关断断了，是是何原因因？答：这是是由于晶晶闸管的的阳极电电流IAA没有达达到晶闸闸管的擎擎住电流流（ILL）就去去掉了触触发脉冲冲，这种种情况下下，晶闸闸管将自自动返回回阻断状状态。在在具体电电路中，由由于阳极极电流上上升到擎擎住电流流需要一一定的时时间（主主要由外外电路结结构决定定），所所以门极极触发信信号需要要保证一一定的宽宽度。* 维维持晶闸闸管导通通的条件件是什么么？怎样样才能使使晶闸管管由导通通变为关关断？答：维持持晶闸管管导通的的条件是是使其阳阳极电流流IA大于能能保持晶晶闸管导导通的最最小电流流，即维维持电流流IH。 要要使晶闸闸管由导导通转为为关断，可可利用外外加反向向电压或或由外电电路作用用使流过过晶闸管管的电流流降到维维持电流流以下，便便可使导导通的晶晶闸管关关断。3. 图1-330中的的阴影部部分表示示流过晶晶闸管的的电流波波形，其其最大值值均为IIm，试计计算各波波形的电电流平均均值、有有效值。如如不考虑虑安全裕裕量，额额定电流流1000A的晶晶闸管，流流过上述述电流波波形时，允允许流过过的电流流平均值值Id各位多多少？图1-330 习习题1-4附图图解：（aa）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则；平均均值Ida为：（b）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则；平均均值Idb为：（c）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则；平均均值Idc为：（d）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则；平均均值Idd为：（e）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则：平均值IIde为：（f）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则：平均值IIde为： * 在在图1-31所所示电路路中，若若使用一一次脉冲冲触发，试试问为保保证晶闸闸管充分分导通，触触发脉冲冲宽度至至少要多多宽？图图中，EE=500V；LL=0.5H；R=0.5; IL=500mA（擎擎住电流流）。图1-331习题题1-55附图 图图1-332习题题1-99附图解：晶闸闸管可靠靠导通的的条件是是：必须须保证当当阳极电电流上升升到大于于擎住电电流之后后才能撤撤掉触发发脉冲。当当晶闸管管导通时时有下式式成立：解之得：可靠导通通条件为为：解得：即 也即触发发脉冲宽宽度至少少要5000s4. 为什么晶晶闸管不不能用门门极负脉脉冲信号号关断阳阳极电流流，而GGTO却却可以？答：GTTO和普普通晶闸闸管同为为PNPPN结构构，由PP1N1P2和N1P2N2构成两两个晶体体管V11、V2分别具具有共基基极电流流增益1和2，由普普通晶闸闸管得分分析可得得，121是是器件临临界导通通的条件件。121两两个晶体体管饱和和导通；121.15，而而GTOO则为121.005，饱饱和程度度不深，在在门极控控制下易易于退出出饱和。C GGTO在在设计时时，2较大，晶晶体管VV2控制制灵敏，而而1很小，这这样晶体体管V11的集电电极电流流不大，易易于从门门极将电电流抽出出，从而而使GTTO关断断。* GGTO与与GTRR同为电电流控制制器件，前前者的触触发信号号与后者者的驱动动信号有有哪些异异同？答：二者者都是电电流型驱驱动型器器件，其其开通和和关断都都要求有有相应的的触发脉脉冲，要要求其触触发电流流脉冲的的上升沿沿陡且实实行强触触发。GTR要要求在导导通期间间一直提提供门极极触发电电流信号号，而GGTO当当器件导导通后可可以去掉掉门极触触发电流流信号；GTOO的电流流增益（尤尤其是关关断电流流增益很很小）小小于GTTR，无无论是开开通还是是关断都都要求触触发电流流有足够够的幅值值和陡度度，其对对触发电电流信号号（尤其其是关断断门极负负脉冲电电流信号号）的要要求比GGTR高高。5. 试比较GGTR、GGTO、MMOSFFET、IIGBTT之间的的差异和和各自的的优缺点点及主要要应用领领域。答：见下下表器件优点缺点应用领域域GTR耐压高，电电流大，开开关特性性好，通通流能力力强，饱饱和压降降低开关速度度低，电电流驱动动型需要要驱动功功率大，驱驱动电路路复杂，存存在2次次击穿问问题UPS、空空调等中中小功率率中频场场合GTO电压、电电流容量量很大，适适用于大大功率场场合，具具有电导导调制效效应，其其通流能能力很强强电流关断断增益很很小，关关断时门门极负脉脉冲电流流大，开开关速度度低，驱驱动功率率很大，驱驱动电路路复杂，开开关频率率低高压直流流输电、高高压静止止无功补补偿、高高压电机机驱动、电电力机车车地铁等等高压大大功率场场合。MOSFFET开关速度度快，开开关损耗耗小，工工作频率率高，门门极输入入阻抗高高，热稳稳定性好好，需要要的驱动动功率小小，驱动动电路简简单，没没有2次次击穿问问题电流容量量小，耐耐压低，通通态损耗耗较大，一一般适合合于高频频小功率率场合开关电源源、日用用电气、民民用军用用高频电电子产品品IGBTT开关速度度高，开开关损耗耗小，通通态压降降低，电电压、电电流容量量较高。门门极输入入阻抗高高，驱动动功率小小，驱动动电路简简单开关速度度不及电电力MOOSFEET，电电压、电电流容量量不及GGTO。电机调速速，逆变变器、变变频器等等中等功功率、中中等频率率的场合合，已取取代GTTR。是是目前应应用最广广泛的电电力电子子器件。* 请请将VDDMOSS（或IIGBTT）管栅栅极电流流波形画画于图11-322中，并并说明电电流峰值值和栅极极电阻有有何关系系以及栅栅极电阻阻的作用用。答： VDMMOSFFET和和IGBBT都是是电压驱驱动型器器件，由由于存在在门极电电容，其其门极电电流的波波形类似似于通过过门极电电阻向门门极电容容的充电电过程，其其峰值电电流为IIpUUGE/RRG。栅极极电阻的的大小对对器件的的静态和和动态开开关特性性有很大大的影响响：RGG增加，则则开通时时间、关关断时间间、开通通损耗关关断损耗耗增加；和位移移电流减减小；触触发电路路振荡抑抑止能力力强，反反之则作作用相反反。因此此在损耗耗容许的的条件下下，RGG可选大大些以保保证器件件的安全全，具体体选择要要根据实实际电路路选。典典型的应应用参数数为：UGEE155V，UGEE(5110)VV，RGG100500欧* 全全控型器器件的缓缓冲吸收收电路的的主要作作用是什什么？试试分析RRCD缓缓冲电路路中各元元件的作作用。答：缓冲冲电路的的主要作作用是抑抑止器件件在开关关过程中中出现的的过高的的、和过电电压，减减小器件件的开关关损耗保保证器件件工作在在安全范范围之内内。RCD缓缓冲电路路中主要要是为了了防止器器件关断断过程中中的过电电压。器器件关断断时，负负载电流流经二极极管D向向吸收电电容C充充电，使使器件两两端的电电压由00缓慢上上升，减减缓，一一方面可可以抑止止过电压压，一方方面可以以减小关关断损耗耗；开通通时，吸吸收电容容的能量量经电阻阻R向器器件放电电，为下下次关断断做好准准备，电电阻R的的作用是是限制放放电电流流的大小小、抑止止缓冲电电路的振振荡。* 限限制功率率MOSSFETT应用的的主要原原因是什什么？实实际使用用时如何何提高MMOSFFET的的功率容容量？答：限制制功率MMOSFFET应应用的主主要原因因是其电电压、电电流容量量难以做做大。因因为MOOSFEET是单单极性器器件，所所以通态态损耗较较大，其其通态电电阻为。高高压大电电流时，其其通态电电阻（对对应损耗耗）达到到令人难难以接受受的程度度（目前前的市场场水平最最大为112000V/336A）。实际使用用时由于于MOSSFETT具有正正的温度度系数，可可以方便便地采用用多管串串并联的的方法来来提高其其功率容容量。习题二1*具具有续流流二极管管的单相相半波可可控整流流电路，带带阻感性性负载，电电阻为55，电电感为00.2HH，电源源电压的的有效值值为2220V，直直流平均均电流为为10AA，试计计算晶闸闸管和续续流二极极管的电电流有效效值，并并指出晶晶闸管的的电压定定额（考考虑电压压2-33倍裕度度）。解：本题题困难，可可不作为为习题要要求。电路上图图所示。设设触发角角为，则在在期间晶晶闸管导导通，其其直流输输出电压压Ud如图（bb）所示示；在00和2期间，续续流二极极管导通通，直流流输出电电压为00，则直直流平均均电压为为带入已知知参数可可得，即即。设晶闸管管开始导导通时的的电流值值为I00，晶闸闸管关断断、二极极管开始始导通时时的电流流值为II1，则在在晶闸管管导通期期间的回回路方程程为：由（1）可可得方程程的通解解为 （4）带入式（22）的初初值条件件，解得得将上式带带入（44）并将将已知参参数带入入可得将式（33）的条条件带入入得 （55）当二极管管导通时时，电流流表达式式为在t=2/2处处，i=I0，可得得I1和I0之间的的关系 （66）由（5）、（66）可解解得则得电流流的完全全表达式式如下 （7）按照（77）用解解析方法法求解晶晶闸管和和二极管管的电流流有效值值非常复复杂，为为简化计计算，用用I1和I0之间的的直线段段来代替替实际的的曲线方方程（由由于L较较大，这这种代替替不会带带来很大大误差）。则晶闸管管和二极极管的电电流有效效值分别别为从图（gg）可以以看出，晶晶闸管承承受的反反压为电电源电压压峰值，即即，考虑虑3倍安安全余量量可选耐耐压10000VV的晶闸闸管。2单相相桥式全全控整流流电路接接电阻性性负载，要要求输出出电压在在01100VV连续可可调，输输出电压压平均值值为300 V时时，负载载电流平平均值达达到200A。系系统采用用2200V的交交流电压压通过降降压变压压器供电电，且晶晶闸管的的最小控控制角minn300，（设设降压变变压器为为理想变变压器）。试试求： （11）变压压器二次次侧电流流有效值值I2； （22）考虑虑安全裕裕量，选选择晶闸闸管电压压、电流流定额； （33）作出出660时时，ud、id和变压压器二次次侧i2的波形形。解：由题题意可知知负载电电阻欧，单相全控控整流的的直流输输出电压压为直流输出出最大为为1000V，且且此时的的最小控控制角为为minn300，带带入上式式可求得得（1）minn300时，（2）晶晶闸管的的电流有有效值和和承受电电压峰值值分别为为 考虑虑3倍余余量，选选器件耐耐压为116835500VV；电流流为(555.33/1.57)31000A（3）3试作作出图22-7所示的的单相桥桥式半控控整流电电路带大大电感负负载，在在330时时的ud、id、iVT11、iVD44的波形形。并计计算此时时输出电电压和电电流的平平均值。解：输出电压压和电流流的平均均值分别别为：4单相相桥式全全控整流流电路，U2100V，负载中R2 ，L值极大，反电动势E60V，当30时，试求： （11）作出出ud、id和i2的波形形； （22）求整整流输出出电压平平均值UUd、电流流Id，以及及变压器器二次侧侧电流有有效值II2。解：整流流输出电电压平均均值Ud、电流流Id，以及及变压器器二次侧侧电流有有效值II2分别为为：5. 某某一大电电感负载载采用单单相半控控桥式整整流接有有续流二二极管的的电路，负负载电阻阻R=4，电源源电压UU2=2220V，=/3，求：(1) 输出直直流平均均电压和和输出直直流平均均电流；(2) 流过晶晶闸管（整整流二极极管）的的电流有有效值；(3) 流过续续流二极极管的电电流有效效值。解：（11）电路路波形图图见第33题（2）（3）6三相相半波可可控整流流电路的的共阴极极接法和和共阳极极接法，aa、b两两相的自自然换相相点是同同一点吗吗？如果果不是，它它们在相相位上差差多少度度？试作作出共阳阳极接法法的三相相半波可可控的整整流电路路在30时的uud、iVT11、uVT11的波形形。解：a、bb两相的的自然换换相点不不是同一一点，它它们在相相位上差差多少1180度度，见下下图。共阳极接接法的三三相半波波可控的的整流电电路在300时的的ud、iVT11、uVT11的波形形如下图图7. 三相半波波可控整整流电路路带大电电感性负负载，/3，RR=2，U2=2220V，试试计算负负载电流流Id，并按按裕量系系数2确确定晶闸闸管的额额定电流流和电压压。解：按裕量系系数2确确定晶闸闸管的电电流定额额为：；电压定定额为：* 三三相半波波共阴极极接法的的整流电电路中，如如果c相相的触发发脉冲消消失，试试绘出在在电阻性性负载和和大电感感性负载载下整流流的输出出电压UUd（3000）。解：电阻阻负载时时波形如如下图：大电感负负载时的的波形为为：* 三相相桥式全全控整流流电路中中，如果果c相上上桥臂晶晶闸管（第第5号管管）的触触发脉冲冲消失，试试绘出在在电阻性性负载和和大电感感性负载载下整流流的输出出电压UUd（6000）。解：电阻阻负载时时波形如如下图：解释：当当3、44号晶闸闸管导通通（直流流输出为为Ubaa）完即即将切换换到4、55号晶闸闸管导通通时，由由于5号号晶闸管管触发丢丢失，且且由于是是电阻负负载，在在本该44、5导导通的区区间内由由于Ubba为负负值，所所以3号号管被加加反压关关断，整整流输出出为0。在在随后本本该5、66管导通通区间，由由于5号号管丢失失脉冲，回回路也没没法导通通，输出出还是00。随着着6、11的再次次导通，进进入下一一个循环环。电感负载载时波形形如下图图：解释：当当3、44号晶闸闸管导通通（直流流输出为为Ubaa）完即即将切换换到4、55号晶闸闸管导通通时，由由于5号号晶闸管管触发丢丢失，没没法给33号管提提供反压压使之关关断，且且由于是是电感负负载，所所以3号号管将会会继续导导通。这这时实际际导通的的管子还还是3、44两个晶晶闸管，即即整流输输出仍为为Ubaa。在随随后本该该5、66管导通通区间，44号管被被导通的的6号管管关断，直直流电流流通过33、6两两管形成成的短路路回路续续流，直直流输出出是0。随随着6、11的再次次导通，进进入下一一个循环环。8三相相桥式全全控整流流电路，U2100V，带阻感性负载，R5 ，L值极大，当60，试求： （11）作出出ud、id和iVT11的波形形； （22）计算算整流输输出电压压平均值值Ud、电流流Id，以及及流过晶晶闸管电电流的平平均值IIdVTT和有效效值IVT； （33）求电电源侧的的功率因因数； （44）估算算晶闸管管的电压压电流定定额。解：（11） （22） （33）由功功率因数数的定义义知： （44）按22倍余量量估算，晶晶闸管的的电压定定额为：；晶闸管的的电流定定额为：9三相相桥式不不控整流流电路带带阻感性性负载，R5 ，L，U2220V，XB=0.3 ，求Ud、Id、IVD、I2和的值，并作出ud、iVD1和i2的波形。解：三相相桥式不不控整流流电路相相当于三三相桥式式全控整整流电路路在触发发角为00时的情情况，则则 解上述述2个方方程可得得： 二极管管的电流流平均值值为： 变压器器二次侧侧电流有有效值为为： 由 可可得ud、iiVD11和i2的波形形的波形形如下：10请请说明整整流电路路工作在在有源逆逆变时所所必须具具备的条条件。答：(11) 外外部条件件直直流侧应应有能提提供逆变变能量的的直流电电动势，极极性与晶晶闸管导导通方向向一致，其其值大于于变流器器直流侧侧的平均均电压。(2) 内部条条件变流器器直流侧侧输出直直流平均均电压必必须为负负值，即/2，UUd0。以上两条条件必须须同时满满足，才才能实现现有源逆逆变。11什什么是逆逆变失败败？如何何防止逆逆变失败败？答：但当当变流器器工作于于逆变工工况时，一一旦由于于触发脉脉冲丢失失、突发发电源缺缺相或断断相等原因造成成换流失败，将将使输出出电压UUd进入正正半周，与与EM顺向连连接，由由于回路路电阻很很小，造造成很大大的短路路电流，这这种情况况叫逆变变失败或或逆变颠颠覆。为了保证证逆变电电路的正正常工作作，必须须1）选用用可靠的的触发器器，2）正确确选择晶晶闸管的的参数，3）采取必要的措施，减小电路中du/dt和di/dt的影响，以免发生误导通，4）保证交流电源的质量，5）逆变角的角度有一最小限制，留出充足的换向余量角。12. 三相全全控桥变变流器，已已知L足够大大、R=1.2、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。解：电动动机处于于发电制制动状态态可以提供供逆变能能量，满满足有源源逆变的的外部条条件，可可以实现现有源逆逆变。三相全控控桥变流流器处于于有源逆逆变时有有 （11）而 ，即即 解（1）式式可得：13三三相全控控桥变流流器，带带反电动动势阻感感负载， R1 ，L，U2220V，LB=1mH，当EM400V，60时求Ud、Id和的值，此时送回电网的有功功率是多少？解： 带带入已知知参数解解上2式式，可得得；由换流重重叠角公公式可得得：即 送回电网网的有功功功率为为：14三三相桥式式全控整整流电路路，其整整流输出出电压中中含有哪哪些次数数的谐波波？其中中最大的的是哪一一次？变变压器二二次电流流中含有有哪些次次数的谐谐波？其其中主要要的是哪哪几次？对于mm相全控控整流电电路呢？答：三相相桥式全全控整流流电路，其其整流输输出电压压中含有有6k（kk=1、22、3）次的谐谐波，其中最最大的是是6次谐波。变变压器二二次电流流中含有有6k1（kk=1、22、3）次的谐谐波，其中主主要的是是哪5、77次。对于m相相全控整整流电路路，其整整流输出出电压中中含有22mk（kk=1、22、3）次的谐谐波，其中最最大的是是2m次谐波。变变压器二二次电流流中含有有2mkk1（kk=1、22、3）次的谐谐波，其中主主要的是是哪2mmk1次。15试试计算第第4题中中i2的3、55、7次次谐波分分量的有有效值II23、I25、I27，并并计算此此时该电电路的输输入功率率因数。解：由第第4题的的解答可可知：IId99A，则则基波有效效值 输入功率率因数16试试计算第第8题中的的i2的5、77次谐波波分量的的有效值值I25、I27。解：由第第8题的的解答可可知：IId223.44A，则则17. 三相晶晶闸管整整流器接接至100.5kkV交流流系统。已已知100kV母线线的短路路容量为为1500MVAA，整流流器直流流侧电流流Id4000A，触触发延迟迟角155，不不计重叠叠角，试试求：(1) 相移功功率因数数coss1、整流流器的功功率因数数；(2) 整流测测直流电电压Ud；(3) 有功功功率、无无功功率率和交流流侧基波电电流有效效值；(4) 截止到到23次次的各谐谐波电流流的大小小、总谐谐波畸变变率。解：（11） （22）（3）基基波电流流有效值值 总电电流有效效值 有功功率率无功功率率（4）总谐波畸畸变率18晶晶闸管整整流电路路的功率率因数是是怎么定定义的？它与那那些因素素有关？答：晶闸闸管整流流电路的的功率因因数由畸畸变因子子和位移移因子构构成，表表达式为为功率因数数主要由由整流触触发角和和整流电电路的电电路结构构决定。19. 综述抑抑制相控控整流电电路网侧侧电流谐谐波的措措施。答：抑制制网侧电电流谐波波的措施施主要有有：1选择合合适的输输入电压压（可采采用输入入变压器器），在在满足控控制和调调节范围围的情况况下尽可可能减小小控制角角。2网侧设设置补偿偿电容器器和有针针对性的的滤波器器。3增加整整流相数数，即采采用多相相整流器器，可使使网侧电电流更加加接近正正弦波。4利用多多重化技技术进行行波形叠叠加，以以消除某某些低次次谐波。5 利用用有源滤滤波技术术进行滤滤波。20. 综述改改善相控控整流电电路网侧侧功率因因数的措措施。答：改善善功率因因数的途途径主要要有：1选择合合适的输输入电压压，在满满足控制制和调节节范围的的情况下下尽可能能减小控控制角。2增加整整流相数数，改善善交流电电流的波波形，减减少谐波波成分。3设置补补偿电容容器和有有针对性性的滤波波器。4对于直直流电抗抗滤波的的整流器器，换相相重叠角角会使谐波波电流减减小，可适适当增加加变压器器的漏感感。5对于电电容滤波波的整流流器，直直流侧加加装平波波电感。习题三1. 一升压换换流器由由理想元元件构成成，输入入Ud在816VV之间变变化，通通过调整整占空比比使输出出U0=244V固定定不变，最最大输出出功率为为5W，开开关频率率20kkHz，输出端端电容足足够大，求求使换流流器工作作在连续续电流方方式的最最小电感感。解：由UU0=24V固定定不变，最最大输出出功率为为5W可可知当输入UUd为8V间间时输入Udd为16VV时则实际工工作时的的占空比比范围为为：由电流断断续条件件公式可可得即在范围内内是单调调下降的的，在11/3处处有最大大值，所所以2. 一台运行行在200kHzz开关频频率下的的升降压压换流器器由理想想元件构构成，其其中L=0.005mHH，输入入电压UUd=155V，输输出电压压U0=100V，可可提供110W的的输出功功率，并并且输出出端电容容足够大大，试求求其占空空比D。解：3在图图3-11所示的的降压斩斩波电路路中，已已知E=1000V，R=0.5，L=1mH，采用脉宽调制控制方式，T=20s，当ton5s时，试求：（1）输输出电压压平均值值UO、输出出电流的的平均值值IO；（2）输输出电流流的最大大和最小小瞬时值值（由于课课本上没没讲，这这一问是是否可以以取消？），判断负负载电流流是否断断续；（3）当当ton33s时时，重新新进行上上述计算算。解：（11）（2），所以电电流连续续。（3）同同（2），所以电电流也是是连续的的。4在图图3-335所示示降压斩斩波电路路中，已已知E=6000V，R=0.1，L=，EM=350V，采用脉宽调制控制方式，T=1800s，若输出电流IO=100A， 试求：（1）输输出电压压平均值值UO和所需需的ton值； （22）作出出、以及iG、iD的波形形。图3-335 电电流型降降压斩波波电路解：（11）（2）电电路图见见图335，各各点波形形见下图图5升压压斩波电电路为什什么能使使输出电电压高于于电源电电压？答：这是是由于升升压斩波波器的电电路结构构使电路路中的电电感具有有电压泵泵升作用用。当高高频开关关闭合时时，输入入电源向向电感储储存能量量，当开开关断开开时，电电感的储储存能量量向负载载放电。开开关的导导通比DD越大则则电感储储能越多多，输出出电压越越高，输输出电压压有如下下关系：。6在图图3-44所示的的升压斩斩波电路路中，已已知E=500V，LL值和C值极大大，R=200，采采用脉宽宽调制控控制方式式，当TT=400s，ton25s时，计算输出电压平均值UO和输出电流的平均值IO。解：7说明明降压斩斩波电路路、升压压斩波电电路、升升降压斩斩波电路路的输出出电压范范围。答：降压压斩波电电路的输输出电压压范围：；升压斩波波电路的的输出电电压范围围：；升降压斩斩波电路路的输出出电压范范围：。8在图图3-77所示升升降压斩斩波电路路中，已已知E=1000V，R=0.5，L和C极大，试求：（1）当当占空比比00.2时时的输出出电压和和输出电电流的平平均值； （22）当占占空比0.6时的输出出电压和和输出电电流的平平均值，并并计算此此时的输输入功率率。解：（11）（2）9试说说明升降降压斩波波电路（BBoosstCCuckk Chhoopper）和和Cukk斩波电电路的异异同点。答：两个个电路实实现的功功能是一一致的，均均可方便便地实现现升降压压斩波，CCuk斩斩波电路路较为复复杂，应应用不是是很广泛泛。其和和升降压压斩波电电路相比比有一个个突出的的优点：其输入入电源电电流和输输出负载载电流都都是连续续的，输输出电压压纹波较较小，便便于滤波波，在特特定应用用场合有有应用。10在在单相交交流调压压器中，电电源电压压U1=1220V，电电阻负载载R=100，触发发角=900，试计计算：负负载电压压有效值值UO、负载载电流有有效值IIO、负载载功率PPO和输入入功率因因数 。解：11一一电阻性性负载加加热炉有有单相交交流调压压电路供供电，如如00时位输输出功率率最大值值，试求求功率为为80，500时的的触发角角。解：即 即12一一晶闸管管单相交交流调压压器带阻阻感性负负载，电电源电压压为2220V的的交流电电源，负负载R=100，L=1mH，试试求： （11）触发发角的移相相范围； （22）负载载电流的的最大有有效值； （33）最大大输出功功率及此此时电源源侧的功功率因数数； （44）当9000时，晶晶闸管电电流的有有效值、晶晶闸管导导通角和和电源侧侧功率因因数；解：（11）负载载阻抗角角为：所以触发发角的移移相范围围为：（2）当当触发角角为时，输输出电压压最大，负负载电流流也达到到最大，即即（3）（4）触触发角为为9000时，先先计算晶晶闸管的的导通角角 由式（33366）得 解上式可可得（也也可查图图3330得出出估计值值）（该值也也可直接接估计出出，因为为，所以以负载可可认为是是纯电阻阻负载，使使计算简简化）13某某单相反反并联调调功电路路，采用用过零触触发。电电源电压压U1=2220V，电电阻负载载R=1，控制制的设定定周期TTC内，使使晶闸管管导通00.3ss，断开开0.22s，使使计算送送到电阻阻负载上上的功率率与假定定晶闸管管一直导导通时所所送出的的功率。解：假定定晶闸管管一直导导通时，所所送出的的功率为为：晶闸管导导通0.3s，断断开0.2s，送送到电阻阻负载上上的功率率为：* 画画出星型型接线的的三相交交流调压压电路带带三相对对称的电电阻负载载，当触触发角3000时有中中线和3000、9000没有中中线时的的负载电电阻上的的电压波波形。解：有中中线时，星星型接线线的三相相交流调调压电路路，每一一相和单单相交流流调压电电路是一一样的，负负载电阻阻上的电电压波形形如下图图所示：没中线时时，星型型接线的的三相交交流调压压电路和和单相交交流调压压电路是是不一样样，每一一相的通通断和其其他两相相的状态态有关，当当触发角角在0006000之间时时，三只只晶闸管管导通和和两只晶晶闸管导导通两种种状态交交替工作作；当触触发角在在60009000之间时时，2只只晶闸管管导通和和1只晶晶闸管导导通两种种状态交交替工作作。负载载电阻上上的电压压波形如如下图所所示14交交流调压压电路和和交流调调功电路路有什么么区别？二者各各运用于于什么样样的负载载？为什什么？答：交流流调压和和交流调调功电路路的电路路形式完完全相同同，二者者的区别别在于控控制方式式不同。交流调压压是在交交流电源源的每个个周期都都对输出出电压进进行控制制；而交交流调功功电路是是在一定定的周期期内接通通几个电电源周期期，再断断开几个个周期，通通过改变变接通和和断开的的比来宏宏观上调调节输出出电压的的有效值值。交流调压压电路广广泛用于于灯光控控制以及及异步电电机的软软启动，也也可用于于异步电电机的小小范围调调速，在在一些简简单的场场合可以以取代变变压器来来完成交交流电压压的降压压变换。这这样的电电路体积积小成本本低；交交流调功功电路常常用于电电炉等大大时间常常数的负负载，由由于负载载的时间间常数远远大于工工频周期期，没有有必要对对交流电电源的每每个周期期都进行行控制，这这样可以以简化控控制。15用用一对反反并联的的晶闸管管和使用用一只双双向晶闸闸管进行行交流调调压时，他他们的主主要差别别是什么么？答：二者者主电路路结构形形式和控控制效果果相同，差差别主要要是触发发脉冲不不同。用用一对反反并联的的晶闸管管时，必必须对22个晶闸闸管采用用分别触触发控制制，2个个晶闸管管的触发发脉冲波波形对称称、互差差1800度；而而采用双双向晶闸闸管，控控制脉冲冲只需一一路，脉脉冲间隔隔也是1180度度。另外外对于大大功率场场合由于于双向晶晶闸管的的容量限限制，普普遍电路路结构都都是采用用一对反反并联晶晶闸管结结构。16反反并联的的晶闸管管和负载载接成内内三角形形的三相相交流调调压电路路，问该该电路有有何优点点？答：优点点有2：1）负负载接成成内三角角形的三三相交流流调压电电路，每每一相都都可以当当作独立立的单相相交流调调压电路路进行控控制，只只是这时时的每相相负载的的电压为为交流输输入的线线电压。三三相负载载的控制制不像星星型接法法那样互互相影响响，每相相控制具具有相对对独立性性。2）各各相负载载电流中中的3的的倍数次次谐波具具有相同同的相位位，在负负载3角角形内形形成环流流，所以以输入的的线电流流中不含含有3的的倍数次次谐波，电电源侧输输入电流流的谐波波比星型型接法的的电路要要小。17什什么是TTCR？什么是是TSCC？它们们的基本本原理是是什么？各有何何特点？答：TCCR（TThyrristtor Conntroolleed RReacctorr）是晶晶闸管控控制电抗抗器的简简称；TTSC（TThyrristtor Swiitchhed Cappaciitorr）是晶晶闸管投投切电容容器的简简称。二者的基基本原理理如下：TCR是是利用电电抗器来来向电网网中提供供感性无无功的装装置。通通过对晶晶闸管的的触发控控制角的的控制，可可以调节节加到电电抗器上上的交流流电压，也也即可以以连续调调节流过过电抗器器的电流流，从而而能够调调节电抗抗器向电电网发送送的感性性无功功功率的大大小。由由于TCCR只能能向电网网提供感感性无功功，所以以在实际际使用中中往往需需要配以以固定电电容器（FFC），这这样就可可以在容容性到感感性的范范围内连连续调节节装置向向系统提提供的无无功了。TSC则则是利用用晶闸管管来投入入或切除除连接到到电网的的电容器器，这样样可以控控制电容容器向电电网发送送容性无无功的大大小，减减小投切切电容器器时的冲冲击电流流，使电电容器可可以迅速速频繁投投切。TTSC符符合大多多数无功功补偿的的要求，但但是其补补偿是有有级调节节的，不不能连续续调节无无功，但但只要设设计合理理还是可可以达到到较理想想的动态态补偿效效果的。*18交交变变频电路路的主要要特点和和不足之之处是什什么？其其主要用用途是什什么？答：交交交变频电电路的主主要特点点是：只用一次次变流，效效率较高高；可方方便实现现4象限限工作；低频输输出时特特性较好好，输出出接近正正弦。主要不足足是：接线负载载，需要要器件多多；受电电网频率率和电路路脉波数数的限制制，输出出频率较较低，只只能低于于输入频频率运行行；输入入功率因因数低，谐谐波含量量较大；频谱构构成复杂杂，滤波波器设计计困难。主要用途途：大功功率低转转速的交交流调速速电路，如如轧机主主传动装装置、鼓鼓风机、磨磨球机等等。*19三相交交交变频频电路有有哪两种种接线方方式？它它们有什什么区别别？答：三相相交交变变频电路路有公共共交流母母线进线线方式和和输出星星型连接接方式。 两两种方式式的主要要区别是是： 公公共交流流母线进进线方式式中，因因为电源源进线端端公用，所所以三组组单相交交交变频频电路输输出端必必须隔离离。为此此，交流流电动机机的三个个绕组必必须拆开开，共引引出6个个接线端端。 而输输出星型型连接方方式中，因因为电机机的中性性点不和和变频器器相连，电电动机只只引出三三根线即即可，但但其电源源进线端端必须隔隔离，因因此三组组单相交交交变频频器要分分别用三三个变压压器来供供电。习题四1. 无源逆变变电路和和有源逆逆变电路路有什么么区别？答：有源源逆变电电路的交交流侧接接电网，即即交流侧侧接有电电源。而而无源逆逆变电路路的交流流侧直接接和负载载相联接接。2. 在逆变电电路中器器件的换换流方式式有哪些些？各有有什么特特点？试试举例说说明。答：换流流方式有有4种：1 器件件换流：利用全全控器件件的自关关断能力力进行换换流。全全控型器器件都采采用此种种换流方方式。晶闸管半半控器件件不能采采用器件件换流，根根据电路路的不同同可以采采用下述述3种换换流方式式。2 电网网换流：由电网网的3相相电压提提供换向向电压，只只要将电电网的负负压加在在欲换流流的器件件两端即即可。3 负载载换流：由负载载提供换换流电压压，当负负载为电电容型负负载，即即负载电电流超前前于负载载电压时时，可实实现负载载换流。4 强迫迫换流：设置附附加换流流电路，给给欲关断断的晶闸闸管强迫迫施加反反向电压压使之换换流，称称为强迫迫换流。通通常是利利用附加加换流晶晶闸管、换换向电容容、电感感产生谐谐振来给给欲关断断的主晶晶闸管施施加关断断所需的的反压。* 为为什么负负载换向向逆变器器的负载载阻抗必必须呈容容性而由由全控器器件构成成的谐振振式逆变变器无此此要求？答：阻抗抗呈容性性时，负负载电流流超前于于负载电电压，这这样才能能利用负负载的电电压给原原先导通通的晶闸闸管提供供反向的的关断电电压以实实现换流流；而由由全控器器件构成成的谐振振式逆变变器采用用的是器器件换流流，对阻阻抗的性性质没有有要求。3. 什么是电电压型逆逆变电路路和电流流型逆变变电路？二者各各有什么么特点？答：按照照直流侧侧电源的的性质分分类，直直流侧是是电压源源的称为为电压型型逆变器器，直流流侧是电电流源的的称为电电流型逆逆变电路路。电压型逆逆变电路路的主要要特点是是：1 直流流侧接有有大容量量的电容容，相当当于电压压源。直直流侧电电压基本本保持恒恒定，直直流侧相相对于负负载来说说呈现低低阻抗。2 由于于直流电电压源的的嵌位作作用，交交流侧输输出电压压波形为为矩形波波，并且且与负载载性质无无关，而而交流侧侧电流的的相位和和波形随随负载性性质的不不同而变变化。3 当交交流侧为为阻感负负载时，逆逆变器需需要提供供无功功功率，直直流侧电电容可起起到无功功能量缓缓冲的作作用。为为了给交交流侧无无功能量量返回直直流侧提提供通路路，逆变变器桥臂臂的开关关器件需需反并联联续流二二极管。电流型逆逆变电路路的主要要特点是是：1 直流流侧串联联有大电电感，相相当于电电流源。直直流侧电电流基本本无脉动动，直流流回路对对于负载载来说呈呈现高阻阻抗。2 电路路中开关关器件的的作用仅仅仅是改改变直流流电流的的流经途途径，并并不能改改变电流流的大小小，因此此交流侧侧输出电电流为矩矩形波，和和负载阻阻抗无关关。而交交流侧输输出电压压波形和和相位则则因负载载阻抗情情况的不不同而不不同。3 当交交流侧为为阻感负负载时需需提供无无功功率率，直流流电感起起缓冲无无功能量量的作用用，因为为反馈无无功能量量时电流流并不反反向，因因此不必必象电压压型逆变变器那样样在器件件两端反反并联二二极管。但但是由于于反馈无无功能量量时器件件会承受受反向电电压，对对于由全全控器件件构成的的电流型型逆变器器，开关关器件需需要串联联二极管管（全控控器件承承受反压压的能力力很低）。对对于晶闸闸管逆变变器则不不必串二二极管。4. 电压型逆逆变电路路中二极极管的作作用是什什么？如如果没有有将出现现什么现现象？为为什么电电流型逆逆变电路路中没有有这样的的二极管管？答：在电电压型逆逆变电路路中，当当交流侧侧为感性性或容性性负载时时，电源源需要为为负载提提供无功功功率，直直流电容容起缓冲冲无功的的作用。为为了给交交流电流流提供流流会直流流电容的的通路，逆逆变器各各桥臂都都要反并并联反馈馈二极管管。也即即，当输输出交流流电压和和电流同同极性时时，电流流流经逆逆变器的的可控开开关器件件；而当当输出电电压和电电路极性性相反时时，电流流通路由由反馈二二极管提提供。5. 请说明整整流电路路、逆变变电路、变变流（变变频）电电路三个个概念的的区别。答：整流流电路是是将交流流变换为为直流，即即将交流流能量变变换为直直流能量量，ACCDC。逆变电路路（有源源和无源源）都是是将直流流能量变变换为交交流能量量，ACCAC。变流（变变频）是是将一种种电压和和频率的的交流能能量变换换为另一一种电压压和频率率的交流流能量，一一般为AACDCAC，或或ACAC。6. 并联谐振振式逆变变器利用用负载电电压进行行换相，为为保证换换相应满满足什么么条件？答：并联联谐振逆逆变器的的输出电电流为方方波，负负载上的的电压为为接近正正弦。只只有负载载呈现容容性时才才会在欲欲关断的的晶闸管管上施加加反压将将之关断断。提供供反压的的时间必必须大于于晶闸管管的关断断时间，也也就是，对对于负载载而言，容容性角必必须满足足 。相相关波形形见下图图。 * 对于于图4-16所所示电路路，测得得uDSS波形如如图右边边，请分分析波形形出现电电压尖峰峰的原因因，并说说明消弱弱电压尖尖峰的办办法。图4-116习题题8 图图4-117习题题9答：产生生电压尖尖峰的原原因是由由于在关关断时，高高的电流流变化率率在线路路的杂散散电感上上会产生生较高的的感应电电压，这这种电压压尖峰会会威胁管管子的工工作安全全，同时时也会造造成较大大的关断断损耗。解解决的方方法是在在开关管管的两端端接阻容容吸收电电路，对对于大功功率的建建议接RRCD吸吸收电路路，电路路见下图图。7. 三相桥式式电压型型逆变电电路，1180导电方方式，UUd=1000V。试试求输出出相电压压的基波波幅值UUUN1mm和有效效值UUN11，输出出线电压压的基波波幅值UUUV1mm和有效效值UUV11、输出出5次谐谐波的有有效值UUUV55。解：输出出相电压压的瘠基基波幅值值为：输出相电电压的基基波有效效值：输出线电电压的基基波幅值值：输出线电电压的基基波有效效值：输出线电电压的55次谐波波有效值值：* 若电电路及其其输出波波形如题题图4-17所所示，请请画出开开关管上上的电压压波形。解：这种种控制方方式叫移移相控制制，通过过控制11、2和和2、33管触发发脉冲的的相位可可以控制制逆变输输出的有有效值。114号号管压降降波形见见下图：习题五1. 试说明PPWM控控制的基基本原理理。答：PWWM（PPulsse-WWidtth MModuulattionn）控制制就是对对触发脉脉冲的宽宽度进行行调制的的技术。即即对一系系列脉冲冲的脉冲冲宽度进进行控制制来获得得所需要要的输出出波形（包包括形状状和幅值值）。在采样控控制理论论种有一一条重要要的结论论：冲量量相等而而形状不不同的窄窄脉冲加加在具有有惯性的的环节上上时，其其效果基基本相同同，冲量量即窄脉脉冲的面面积。效效果相同同是指环环节的输输出响应应波形基基本相同同。上述述原理称称为面积积等效原原理。以正弦PPWM（SSPWMM）为例例。把正正弦半波波平分为为N等份份，就可可以把它它看成NN个彼此此独立的的脉冲列列所组成成的波形形。这些些脉冲宽宽度相同同（都是是/N）但但幅值不不同且顶顶部是曲曲线。如如果将上上述脉冲冲用数量量相同、幅幅值相等等的不等等宽的矩矩形脉冲冲代替，使使每个小小矩形的的面积和和对应的的正弦波波面积相相等（即即冲量相相等），就就得到了了PWMM波形。各各个脉冲冲的幅值值相等而而宽度按按照正弦弦规律变变化，根根据面积积等效原原理，这这种PWWM波形形和原正正弦波形形是等效效的。2. PWM逆逆变器有有哪些优优点？其其开关频频率的高高低有什什么利弊弊？答：优点点：1 PWWM调制制可以极极大地消消弱逆变变器的输输出谐波波，使逆逆变器输输出用户户需要的的波形（形形状和幅幅值），而而消弱用用户不需需要的谐谐波。2 PWWM逆变变器具有有非常好好的动态态响应速速度。普普通逆变变器的控控制速度度是周波波控制级级，而PPWM是是载波控控制级，所所以目前前几乎所所有的逆逆变器都都是采用用PWMM控制策策略。3 PWWM控制制使逆变变器的控控制策略略更加灵灵活多样样，使逆逆变器的的性能得得到很大大的提升升。4 PWWM逆变变器的整整流电路路可以采采用二极极管，使使电网侧侧的功率率因数得得到提高高。5 只用用一级可可控的功功率环节节，电路路结构较较简单。 开开关频率率高则输输出谐波波更小、响响应速度度更快，但但是电力力电子器器件的开开关损耗耗增加、整整机效率率下降，带带来较强强的高频频电磁干干扰；开开关频率率低则正正好相反反。一般般对于中中小容量量的逆变变器开关关频率可可适当取取高些，大大功率逆逆变器由由于高压压大功率率开关器器件的限限制，开开关频率率则相对对较低。3. 单极性和和双极性性PWMM控制有有什么区区别？在在三相桥桥式PWWM逆变变电路中中，输出出相电压压（输出出端相对对于中性性点的电电压）和和线电压压SPWWM波形形各有几几种电平平？答：三角角载波在在调制信信号的正正半波或或负半波波周期里里只有单单一的极极性，所所得的PPWM波波形在半半个周期期内也只只在单极极性范围围内变化化，称为为单极性性PWMM控制方方式。 三三角载波波始终是是有正有有负为双双极性的的，所得得的PWWM波形形在半个个调制波波周期内内有正有有负。则则称之为为双极性性PWMM控制方方式。 三三相桥式式PWMM逆变电电路中，输输出相电电压有两两种电平平：和。线电电压SPPWM波波形有三三种电平平：，00，。4. 脉宽调制制（PWWM）技技术的制制约条件件主要表表现在哪哪些方面面？答：对于于PWMM控制来来说，高高的开关关频率可可以使性性能更好好，但是是，1 高开开关频率率的PWWM控制制要求电电力电子子器件有有高的开开关能力力，目前前大功率率器件的的容许开开关频率率普遍偏偏低。2 高开开关频率率的PWWM控制制带来器器件高的的开关损损耗。3 最小小脉冲宽宽度的限限制（死死区）4高开关关频率的的PWMM控制会会给器件件带来高高的电压压、电流流应力。 5 电磁磁干扰问问题也是是制约PPWM技技术的一一个因素素。 5. 在SPWWM调制制中，何何谓同步步调制？何谓异异步调制制？为什什么常采采用分段段同步调调制的方方法？答：载波波信号和和调制信信号不保保持同步步的调制制方式称称为异步步调制，在在异步调调制方式式种，通通常保持持载波频频率fcc固定不不变，因因此当调调制波频频率frr变化时时，载波波比N是是变化的的。载波比NN等于常常数，并并在变频频时使载载波和调调制信号号保持同同步的方方式称为为同步调调制。异步调制制当调制制信号频频率较低低时，一一周期内内的脉冲冲个数较较多。而而当调制制信号频频率增高高时，一一周的脉脉冲个数数减小，PPWM波波形不对对称严重重，输出出波形质质量较差差。同步调制制当调制制信号频频率较低低时，一一周期内内的脉冲冲个数现现对较少少，输出出的低次次谐波分分量较多