2022年《電力電子技術》浣喜明課后習題解答

1、優(yōu)秀學習資料歡迎下載電力電子技術(專科第二版 )習題解答第 1 章思考題與習題1.1 晶閘管的導通條件是什么? 導通后流過晶閘管的電流和負載上的電壓由什么決定? 答：晶閘管的導通條件是：晶閘管陽極和陽極間施加正向電壓，并在門極和陽極間施加正向觸發(fā)電壓和電流（或脈沖）。導通后流過晶閘管的電流由負載阻抗決定，負載上電壓由輸入陽極電壓ua決 定。1.2 晶閘管的關斷條件是什么?如何實現(xiàn) ?晶閘管處于阻斷狀態(tài)時其兩端的電壓大小由什么決定 ? 答：晶閘管的關斷條件是：要使晶閘管由正向導通狀態(tài)轉變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，可采用陽極電壓反向使陽極電流ia減小， ia下降到維持電流ih以下時，晶閘管內(nèi)部建立的正反饋無法進

2、行。進而實現(xiàn)晶閘管的關斷，其兩端電壓大小由電源電壓ua決定。1.3 溫度升高時， 晶閘管的觸發(fā)電流、正反向漏電流、 維持電流以及正向轉折電壓和反向擊穿電壓如何變化？答：溫度升高時，晶閘管的觸發(fā)電流隨溫度升高而減小，正反向漏電流隨溫度升高而增大，維持電流 ih會減小，正向轉折電壓和反向擊穿電壓隨溫度升高而減小。1.4 晶閘管的非正常導通方式有哪幾種？答：非正常導通方式有：(1) ig=0，陽極電壓升高至相當高的數(shù)值；(1) 陽極電壓上升率du/dt 過高； (3) 結溫過高。1.5 請簡述晶閘管的關斷時間定義。答：晶閘管從正向陽極電流下降為零到它恢復正向阻斷能力所需的這段時間稱為關斷時間。即gr

3、rrqttt。1.6 試說明晶閘管有哪些派生器件？答：快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、光控晶閘管等。1.7 請簡述光控晶閘管的有關特征。答：光控晶閘管是在普通晶閘管的門極區(qū)集成了一個光電二極管，在光的照射下，光電二極管電流增加，此電流便可作為門極電觸發(fā)電流使晶閘管開通。主要用于高壓大功率場合。1.8 型號為 kp100-3 ，維持電流ih=4ma 的晶閘管，使用在圖題1.8 所示電路中是否合理，為什精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - -

4、 - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載么?(暫不考慮電壓電流裕量) 圖題 1.8 答： （a）因為haimakvi250100，所以不合理。(b) 因為avia2010200, kp100 的電流額定值為100，裕量達倍，太大了。（c）因為avia1501150，大于額定值，所以不合理。1.9 圖題 1.9 中實線部分表示流過晶閘管的電流波形，其最大值均為im，試計算各圖的電流平均值電流有效值和波形系數(shù)。圖題 19 解：圖 (a)：it(av)=210)(sinttdim=miit=02)()sin(21tdt

5、im=2mikf=)( avttii=1.57 圖(b)：it(av)=10)(sinttdim= 2im 精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載it=02)()sin(1tdtim=2mikf=)( avttii=1.11 圖(c)：it(av)=13)(sinttdim= 23im it=32)()sin(1tdti

6、m= immi63.08331kf=)( avttii=1.26 圖(d)：it(av)=213)(sinttdim=43im it=32)()sin(21tdtim= immi52. 06361kf=)( avttii=1.78 圖(e)：it(av)=2140)( tdim=8miit=402)(21tdim=22mikf=)( avttii=2.83 圖(f) ：it(av)=2120)( tdim=4miit=202)(21tdim=2mikf=)( avttii=2 1.10 上題中，如不考慮安全裕量，問額定電流100a 的晶閘管允許流過的平均電流分別是多少? 精品學習資料 可選擇p

7、 d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載解： (a)圖波形系數(shù)為1.57，則有：1.57)(avti=1.57100a , it(av) = 100 a (b)圖波形系數(shù)為1.11，則有：1.11)(avti=1.57100a , it(av)=141.4a (c)圖波形系數(shù)為1.26，則有：1.26)(avti=1.57100a , it(a

8、v)=124.6a (d)圖波形系數(shù)為1.78，則有：1.78)( avti=1.57100a , it(av)=88.2a (e)圖波形系數(shù)為2.83，則有：2.83)(avti=1.57100a, it(av)=55.5a (f)圖波形系數(shù)為2，則有：2)( avti=1.57100a , it(av)=78.5a 1.11某晶閘管型號規(guī)格為kp200-8d ，試問型號規(guī)格代表什么意義? 解：kp 代表普通型晶閘管，200 代表其晶閘管的額定電流為200a，8 代表晶閘管的正反向峰值電壓為 800v，d 代表通態(tài)平均壓降為vuvt7.06.0。1.121.12 所示，試畫出負載rd上的電壓

9、波形(不考慮管子的導通壓降)。圖題 1.12 解：其波形如下圖所示：1.13 在圖題 1.13 中，若要使用單次脈沖觸發(fā)晶閘管t 導通，門極觸發(fā)信號（觸發(fā)電壓為脈沖）精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載的寬度最小應為多少微秒（設晶閘管的擎住電流il=15ma ）？圖題 1.13 解：由題意可得晶閘管導通時的回路方程：e

10、ridtdilaa可解得)1(taerei，=rl=1 要維維持持晶閘管導通，)(tia必須在擎住電流il以上，即31015)1(5 .050test150101506，所以脈沖寬度必須大于150s。1.14 單相正弦交流電源， 晶閘管和負載電阻串聯(lián)如圖題1.14 所示， 交流電源電壓有效值為220v。(1)考慮安全余量，應如何選取晶閘管的額定電壓？(2)若當電流的波形系數(shù)為kf=2.22 時，通過晶閘管的有效電流為100a，考慮晶閘管的安全余量，應如何選擇晶閘管的額定電流？圖題 1.14 解： （1）考慮安全余量, 取實際工作電壓的2 倍ut=22022622v, 取 600v （2）因為

11、kf=2.22, 取兩倍的裕量，則：2it(av)a10022. 2精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載得：it(av)=111(a) 取 100a。1.15 什么叫 gtr 的一次擊穿 ?什么叫 gtr 的二次擊穿 ? 答：處于工作狀態(tài)的gtr，當其集電極反偏電壓uce漸增大電壓定額buceo時，集電極電流ic急劇增

12、大（雪崩擊穿） ，但此時集電極的電壓基本保持不變，這叫一次擊穿。發(fā)生一次擊穿時，如果繼續(xù)增大uce，又不限制ic， ic上升到臨界值時，uce突然下降，而ic繼續(xù)增大（負載效應） ，這個現(xiàn)象稱為二次擊穿。1.16 怎樣確定gtr 的安全工作區(qū)soa? 答：安全工作區(qū)是指在輸出特性曲線圖上gtr能夠安全運行的電流、電壓的極限范圍。按基極偏量分類可分為：正偏安全工作區(qū)fbsoa和反偏安全工作區(qū)rbsoa 。正偏工作區(qū)又叫開通工作區(qū)，它是基極正向偏量條件下由gtr的最大允許集電極功耗pcm以及二次擊穿功率psb， icm，buceo四條限制線所圍成的區(qū)域。反偏安全工作區(qū)又稱為gtr的關斷安全工作區(qū)，

13、它表示在反向偏置狀態(tài)下gtr關斷過程中電壓uce，電流 ic限制界線所圍成的區(qū)域。1.17 gtr 對基極驅動電路的要求是什么？答：要求如下：（1）提供合適的正反向基流以保證gtr 可靠導通與關斷，（2）實現(xiàn)主電路與控制電路隔離，（3）自動保護功能，以便在故障發(fā)生時快速自動切除驅動信號避免損壞gtr 。（4）電路盡可能簡單，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強。1.18 在大功率gtr 組成的開關電路中為什么要加緩沖電路? 答：緩沖電路可以使gtr在開通中的集電極電流緩升，關斷中的集電極電壓緩升，避免了gtr同時承受高電壓、大電流。另一方面，緩沖電路也可以使gtr的集電極電壓變化率dtdu和集電極電流變

14、化率dtdi得到有效值抑制，減小開關損耗和防止高壓擊穿和硅片局部過熱熔通而損壞gtr 。1.19 與 gtr 相比功率mos 管有何優(yōu)缺點? 答：gtr 是電流型器件，功率mos 是電壓型器件，與gtr 相比，功率mos 管的工作速度快，開關頻率高，驅動功率小且驅動電路簡單，無二次擊穿問題，安全工作區(qū)寬，并且輸入阻抗可達幾十兆歐。但功率 mos 的缺點有：電流容量低，承受反向電壓小。1.20 從結構上講，功率mos 管與 vdmos 管有何區(qū)別 ? 答：功率 mos 采用水平結構， 器件的源極s，柵極 g和漏極 d均被置于硅片的一側，通態(tài)電阻大，精品學習資料 可選擇p d f - - - -

15、- - - - - - - - - - 第 6 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載性能差，硅片利用率低。vdmos 采用二次擴散形式的p 形區(qū)的n+型區(qū)在硅片表面的結深之差來形成極短的、可精確控制的溝道長度（13m） 、制成垂直導電結構可以直接裝漏極、電流容量大、集成度高。1.21 試說明 vdmos 的安全工作區(qū)。答： vdmos 的安全工作區(qū)分為： （1）正向偏置安全工作區(qū)，由漏電源通態(tài)電阻限制線，最大漏極

16、電流限制線，最大功耗限制線，最大漏源電壓限制線構成。（2）開關安全工作區(qū)：由最大峰值漏極電流 icm，最大漏源擊穿電壓buds最高結溫ijm所決定。（ 3）換向安全工作區(qū)：換向速度dtdi一定時，由漏極正向電壓uds和二極管的正向電流的安全運行極限值ifm決定。1.22 試簡述功率場效應管在應用中的注意事項。答： （1）過電流保護， （2）過電壓保護， （3）過熱保護，（4）防靜電。1.23 與 gtr 、vdmos 相比， igbt 管有何特點 ? 答： igbt的開關速度快，其開關時間是同容量gtr的 1/10 ，igbt電流容量大，是同容量mos 的10 倍；與 vdmos、gtr相比，

17、 igbt的耐壓可以做得很高，最大允許電壓ucem可達 4500v，igbt 的最高允許結溫tjm為 150， 而且 igbt 的通態(tài)壓降在室溫和最高結溫之間變化很小，具有良好的溫度特性；通態(tài)壓降是同一耐壓規(guī)格vdmos 的 1/10 ，輸入阻抗與mos 同。1.24 下表給出了1200v 和不同等級電流容量igbt 管的柵極電阻推薦值。試說明為什么隨著電流容量的增大，柵極電阻值相應減小？電流容量 a 25 50 75 100 150 200 300 柵極電阻 50 25 15 12 8.2 5 3.3 答：對一定值的集電極電流，柵極電阻增大柵極電路的時間常數(shù)相應增大，關斷時柵壓下降到關斷門限

18、電壓的時間變長，于是igbt 的關斷損耗增大。因此，隨著電流容量的增大，為了減小關斷損耗，柵極電阻值相應減小。應當注意的是，太小的柵極電阻會使關斷過程電壓變化加劇，在損耗允許的情況下，柵極電阻不使用宜太小。1.25 在 scr、gtr 、igbt 、gto 、mosfet 、igct及 mct器件中，哪些器件可以承受反向電壓？哪些可以用作靜態(tài)交流開關？答： scr、gtr 、igbt、 gto、mct 都可承受反向電壓。scr 可以用作靜態(tài)開關。1.26 試說明有關功率mosfet驅動電路的特點。答：功率mosfet 驅動電路的特點是：輸入阻抗高，所需驅動功率小，驅動電路簡單，工作頻率高。精品

19、學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載1.27 試述靜電感應晶體管sit 的結構特點。答： sit 采用垂直導電結構，溝道短而寬，適合于高電壓，大電流的場合，其漏極電流具有負溫度系數(shù)， 可避免因溫度升高而引起的惡性循環(huán)漏極電流通路上不存在pn結，一般不會發(fā)生熱不穩(wěn)定性和二次擊穿現(xiàn)象，其安全工作區(qū)范圍較寬,關斷它需加10v 的

20、負柵極偏壓ugs , 使其導通，可以加56v的正柵偏壓 +ugs，以降低器件的通態(tài)壓降。1.28 試述靜電感應晶閘管sith 的結構特點。答：其結構在sit 的結構上再增加一個p+層形成了無胞結構。sith 的電導調(diào)制作用使它比sit的通態(tài)電阻小，通態(tài)壓降低，通態(tài)電流大，但因器件內(nèi)有大量的存儲電荷，其關斷時間比sit 要慢，工作頻率低。1.29 試述 mos 控制晶閘管mct 的特點和使用范圍。答： mct 具有高電壓，大電流，高載流密度，低通態(tài)壓的特點，其通態(tài)壓降只有的左右，硅片的單位面積連續(xù)電流密度在各種器件中是最高的，另外，可承受極高的di/dt和du/dt 。使得其保護電路簡化，的開關

21、速度超過，且開關損耗也小。1.30 緩沖電路的作用是什么？關斷緩沖與開通緩沖在電路形式上有何區(qū)別，各自的功能是什么？答：緩沖電路的作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓du/dt或者過電流di/dt,減少器件的開關損耗。緩沖電路分為關斷緩沖電路和開通緩沖電路。關斷緩沖電路是對du/dt抑制的電路，用于抑制器件的關斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt ，減小關斷損耗。開通緩沖電路是對di/dt抑制的電路，用于抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。第 2 章思考題與習題2.1 什么是整流？它與逆變有何區(qū)別？答：整流就是把交流電能轉換成直流電能，而將直流轉換為交流電能稱為逆變，它是對

22、應于整流的逆向過程。2.2 單相半波可控整流電路中，如果：(1) 晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖；(2) 晶閘管內(nèi)部短路；(3) 晶閘管內(nèi)部斷開；試分析上述三種情況負載兩端電壓ud和晶閘管兩端電壓ut的波形。精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載答： （1）負載兩端電壓為0，晶閘管上電壓波形與u2相同；（2）負載兩端電壓為u2，

23、晶閘管上的電壓為0；（3）負載兩端電壓為0，晶閘管上的電壓為u2。2.3 某單相全控橋式整流電路給電阻性負載和大電感負載供電，在流過負載電流平均值相同的情況下，哪一種負載的晶閘管額定電流應選擇大一些? 答：帶大電感負載的晶閘管額定電流應選擇小一些。由于具有電感，當其電流增大時，在電感上會產(chǎn)生感應電動勢，抑制電流增加。電阻性負載時整流輸出電流的峰值大些，在流過負載電流平均值相同的情況下，為防此時管子燒壞，應選擇額定電流大一些的管子。2.4 某電阻性負載的單相半控橋式整流電路，若其中一只晶閘管的陽、陰極之間被燒斷，試畫出整流二極管、晶閘管兩端和負載電阻兩端的電壓波形。解：設 =0，t2被燒壞，如下

24、圖：2.5 相控整流電路帶電阻性負載時，負載電阻上的ud與 id的乘積是否等于負載有功功率，為什么?帶大電感負載時，負載電阻rd上的 ud與 id的乘積是否等于負載有功功率，為什么? 答：相控整流電路帶電阻性負載時，負載電阻上的平均功率dddiup不等于負載有功功率精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 9 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 9 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載uip。因為負載上

25、的電壓、電流是非正弦波，除了直流ud與 id外還有諧波分量,21uu和,21ii，負載上有功功率為22212ppppddddiup。相控整流電路帶大電感負載時，雖然ud存在諧波，但電流是恒定的直流，故負載電阻rd上的ud與 id的乘積等于負載有功功率。2.6 某電阻性負載要求024v 直流電壓， 最大負載電流id=30a，如采用由 220v 交流直接供電和由變壓器降壓到60v 供電的單相半波相控整流電路，是否兩種方案都能滿足要求?試比較兩種供電方案的晶閘管的導通角、額定電壓、額定電流、電路的功率因數(shù)及對電源容量的要求。解：采用由220v 交流直接供電當0時：udo=0.45u2=0.45220

26、 =99v 由變壓器降壓到60v 供電當0時：ud=0.45u2=0.4560 =27v 因此，只要調(diào)節(jié)都可以滿足輸出024v 直流電壓要求。(1) 采用由 220v 交流直接供電時：2cos145. 02uud，ud=24v 時1215 91 2 11 8 0vuut31122atdtruit84sin2210228.03024ddiuraiitavt5457.18457.1)(取 2 倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為622v 和 108a。電源提供有功功率wrip8 .56448.084222電源提供視在功率kvaius58.182208422電源側功率因數(shù)305.0sppf精

27、品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 10 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 10 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載(2) 采用變壓器降壓到60v 供電：2cos145. 02uud，ud=24v 時39, 1 4 13 91 8 0vuut4.8422atdtruit38.51sin2210228.03024ddiuraiitavt7.3257.138.5157.1)(取 2 倍安全裕量，晶閘

28、管的額定電壓、額定電流分別為168.8v 和 65.4a。變壓器二次側有功功率wrip21128.038.51222變壓器二次側視在功率kvaius08.338.516022電源側功率因數(shù)68.0sppf2.7 某電阻性負載，rd=50, 要求 ud在 0600v 可調(diào)， 試用單相半波和單相全控橋兩種整流電路來供給，分別計算：(1)晶閘管額定電壓、電流值；(2)連接負載的導線截面積(導線允許電流密度j=6a mm2)；(3)負載電阻上消耗的最大功率。解： （1）單相半波0時,vuud133345.060045.02,aruiddd1250600晶閘管的最大電流有效值aiidt8 .1857.1

29、晶閘管額定電流為it(av)57.1ti12(a) 晶閘管承受最大電壓為22uurm=1885v 取 2 倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為4000v 和 30a。精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 11 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 11 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載所選導線截面積為213.368 .18mmjis負載電阻上最大功率kwriptr7.172（2）單相全控橋

30、0時 ,vuud6679 .06009 .02,aruiddd1250600負載電流有效值aiid3 .1311.1(kf=1.11) 晶閘管的額定電流為it(av)57.1ti6(a) it=2i晶閘管承受最大電壓為22uurm=1885v 取 2 倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為4000v 和 20a。所選導線截面積為222.263 .13mmjis負載電阻上最大功率kwripr9.822.8 整流變壓器二次側中間抽頭的雙半波相控整流電路如圖題2.8 所示。(1) 說明整流變壓器有無直流磁化問題? (2) 分別畫出電阻性負載和大電感負載在 =60時的輸出電壓ud、電流 id的波

31、形， 比較與單相全控橋式整流電路是否相同。若已知u2=220v ，分別計算其輸出直流電壓值ud。（3）畫出電阻性負載=6 0 時晶閘管兩端的電壓ut波形，說明該電路晶閘管承受的最大反向電壓為多少 ? 圖題 2.8解： （1）因為在一個周期內(nèi)變壓器磁通增量為零，所以沒有直流磁化。（2）其波形如下圖所示，與單相全控橋式整流電路相同。電阻性負載：vuud5.1482)60cos1(2209 .02cos19 .002感性負載：vuud99cos9 .02精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 12 頁，共 33 頁 - - - - - - - -

32、-精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 12 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載(3)其波形如下圖所示，晶閘管承受的最大反向電壓為222u。2.9 帶電阻性負載三相半波相控整流電路，如觸發(fā)脈沖左移到自然換流點之前15 處，分析電路工作情況，畫出觸發(fā)脈沖寬度分別為10 和 20 時負載兩端的電壓ud波形。解：三相半波相控整流電路觸發(fā)脈沖的的最早觸發(fā)時刻在自然換流點，如觸發(fā)脈沖左移到自然換流點之前15 處，觸發(fā)脈沖寬度為10 時，不能觸發(fā)晶閘管，ud=0。觸發(fā)脈沖寬度為15 時，能觸發(fā)晶閘管，其波形圖相當于

33、=0時的波形。2.10 三相半波相控整流電路帶大電感負載，rd=10，相電壓有效值u2=220v 。求 =45時負載直流電壓ud、流過晶閘管的平均電流idt和有效電流it，畫出 ud、 it2、ut3的波形。解：)(sin23/212656ttduud1.17cos2u因為：2u220v ，045ud=1.1745cos2u=182v avruiddd2.1810182aiiiddtdt1 .6312aiiiddtt5 .10312ud、it2、ut3波形圖如下所示：精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 13 頁，共 33 頁 - - -

34、- - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 13 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載2.11 在圖題 2.11 所示電路中，當 =60時，畫出下列故障情況下的ud波形。(1)熔斷器 1fu 熔斷。(2) 熔斷器 2fu 熔斷。(3) 熔斷器 2fu、3fu 同時熔斷。圖題 2.11 解：這三種情況下的波形圖如下所示： (a)(b) 精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 14 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習

35、資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 14 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載(c) 2.12 現(xiàn)有單相半波、單相橋式、三相半波三種整流電路帶電阻性負載，負載電流id都是 40a，問流過與晶閘管串聯(lián)的熔斷器的平均電流、有效電流各為多大? 解：設0單相半波： idt=id=40a aiidtt8.6257.1(kf=1.57) 單相橋式： idt=21id=20a aiidt3.2821三相半波： idt=31id=13.3a 當00時ud=1.17u2u2=ud/1.17 30o時)2c o s2332(212

36、dtruiaid5.23)2332(2117. 12.13 三相全控橋式整流電路帶大電感負載，負載電阻rd=4，要求 ud從 0220v 之間變化。試求：(1)不考慮控制角裕量時，整流變壓器二次線電壓。(2)計算晶閘管電壓、電流值，如電壓、電流取2 倍裕量，選擇晶閘管型號。解： （1）因為 ud=2.34u2cos；不考慮控制角裕量，0時vuud9434.22vuul2 .168322精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 15 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - -

37、 - - - - - - 第 15 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載（2）晶閘管承受最大電壓為vu3 .23062取 2 倍的裕量 ,urm=460.6v 晶閘管承受的平均電流為idt=31id又因為avruiddd554220所以 idt=18.33a ，取 2 倍的裕量 idtmax=36.67(a) 選擇 kp50 5 的晶閘管。2.14 單結晶體管觸發(fā)電路中，作為 ubb的削波穩(wěn)壓管wd兩端如并接濾波電容，電路能否正常工作?如穩(wěn)壓管損壞斷開，電路又會出現(xiàn)什么情況?答：在穩(wěn)壓管wd兩端如并接濾波電容后，電路能否正常工作。如穩(wěn)壓管損壞斷開，單結晶體管

38、上峰值電壓太高，不利于單結晶體管工作。2.15 三相半波相控整流電路帶電動機負載并串入足夠大的電抗器，相電壓有效值u2=220v ，電動機負載電流為40a，負載回路總電阻為0.2 ，求當 =60時流過晶閘管的電流平均值與有效值、電動機的反電勢。解：電流平均值為：idt=31id=40/3=13.3 電流有效值為：aiiiddt23511.03設電動機的反電勢為ed，則回路方程為：ldddrieu而vuttduud7.128cos17. 1)(sin23/2165622所以ved7.1202 .0407 .1282.16 三相全控橋電路帶串聯(lián)ld的電動機負載，已知變壓器二次電壓為100v，變壓器

39、每相繞組折合到二次側的漏感l(wèi)1為 100h，負載電流為150a，求：(1)由于漏抗引起的換相壓降；(2)該壓降所對應整流裝置的等效內(nèi)阻及 =0時的換相重疊角。精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 16 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 16 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載解： (1) 231dixuv5.121501010050236(2) )62(coscos211uid11)100615

40、0101005021(cos61等效內(nèi)阻01.01505 .1avr2.17 晶閘管裝置中不采用過電壓、過電流保護，選用較高電壓和電流等級的晶閘管行不行? 答：晶閘管裝置中必須采用過電壓、過電流保護，而不能用高電壓、高電流的晶閘管代替，因為在電感性負載裝置中，晶閘管在開關斷過程中，可能會出現(xiàn)過沖陽極電壓，此時極易損壞晶閘管。當未采取過電流保護，而電路過載或短路時更易損壞晶閘管。2.18 什么是有源逆變？有源逆變的條件是什么？有源逆變有何作用？答：如果將逆變電路交流側接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流電，反送到電網(wǎng)上去稱為有源逆變。有源逆變的條件：（1） 一定要有直流電動勢，其極性必須與

41、晶閘管的導通方向一致，其值應稍大于變流器直流側的平均電壓；（2） 變流器必須工作在2的區(qū)域內(nèi)使ud180如果采用窄脈沖觸發(fā)，當下的電流下降為零，t2的門極脈沖已經(jīng)消失而無法導通，然后t1重復第一周期的工作，這樣導致先觸發(fā)一只晶閘管導通，而另一只管子不能導通，因此出現(xiàn)失控。5.2 晶閘管相控直接變頻的基本原理是什么？為什么只能降頻、降壓，而不能升頻、升壓？答：晶閘管相控直接變頻的基本原理是：電路中具有相同特征的兩組晶閘管整流電路反并聯(lián)構成，將其中一組整流器作為正組整流器，另外為反組整流器，當正組整流器工作，反組整流器被封鎖，負載端輸出電壓為上正下負；如果負組整流器工作，正組整流器被封鎖，則負載端

42、得到輸出電壓上負下正，這樣就可以在負載端獲得交變的輸出電壓。晶閘管相控直接變頻，當輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓數(shù)就越少，波形畸變嚴重。一般認為：輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的3121。而當輸出電壓升高時，也會造成輸出波形畸變。因此，只能降頻、降壓，而不能升頻、升壓。5.3 晶閘管相控整流電路和晶閘管交流調(diào)壓電路在控制上有何區(qū)別？答： 相控整流電路和交流調(diào)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣碚{(diào)節(jié)輸出電壓的大小。但二者電路結構不同，在控制上也有區(qū)別。相控整流電路的輸出電壓在正負半周同極性加到負載上，輸出直流電壓。交流調(diào)壓電路， 在負載和交流電源間用兩個

43、反并聯(lián)的晶閘管t1、 t2或采用雙向晶閘管t 相聯(lián)。當電源處于正半周時，觸發(fā) t1導通，電源的正半周施加到負載上；當電源處于負半周時，觸發(fā) t2導通，電源負半周便加到負載上。電源過零時交替觸發(fā)t1、t2，則電源電壓全部加到負載。輸出交流電壓。5.4 交流調(diào)壓和交流調(diào)功電路有何區(qū)別？答：交流調(diào)功能電路和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，但控制方式不同。交流調(diào)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣碚{(diào)節(jié)輸出電壓的大小。精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 27 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品

44、學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 27 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載晶閘管交流調(diào)功能電路采用整周波的通、斷控制方法，例如以n 個電源周波為一個大周期，改變導通周波數(shù)與阻斷周波數(shù)的比值來改變變換器在整個大周期內(nèi)輸出的平均功率，實現(xiàn)交流調(diào)功。5.5 一電阻爐由單相交流調(diào)壓電路供電，如=0時為輸出功率最大值，試求功率為80%， 50%時的控制角。解：=0時為輸出電壓最大值120max0)sin2(1utdtuu負載上最大電流為rurui1max0max0輸出最大功率ruiupoo21maxmaxmax輸

45、出功率為80%時，rupp21max)8 .0(8.0，18. 0 uuo而aauuo2sin211故54.60輸出功率為最大值的50%時，rupp21max)5 .0(5.0，15.0 uuo而aauuo2sin211故905.6 一交流單相晶閘管調(diào)壓器，用作控制從220v 交流電源送至電阻為0.5 ，感抗為 0.5的串聯(lián)負載電路的功率。試求：（ 1）控制角范圍；（ 2）負載電流的最大有效值。解： (1) 負載阻抗角為：45.05.0arctgrlarctg最小控制角為4min故控制范圍4精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 28 頁，共

46、 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 28 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載(2) 4min處，輸出電壓最大，電流也最大，故最大有效值為：axruil3115. 05.0220222205.7 試述單相交 -交變頻電路的工作原理。答：其電路有兩組整流圈，一組為正組整流器，另一組為反組整流器，其正組和反組整流器以交替地以低于電源的頻率切換正反組整流器的工作狀態(tài)，當正組工作，反組封鎖時，負載輸出電壓為上正下負，如果負組工作，正組封鎖，則為上負下正，如果控制角的

47、大小不變，則輸出電壓波形為矩形波，如果讓控制角按90 0逐漸減小，然后再從0 90逐漸增大。那么正組整流電流的輸出電壓的平均值按正弦規(guī)律變化，從零增大到最大，然后從最大減小到零，反組用上述同樣的控制方法，就可以得到接近正弦波的輸出電壓。5.8 交- 交變頻電路的輸出頻率有何限制？答：交交變頻電路的輸出電壓是由若干段電網(wǎng)電壓拼接而成的。當輸出頻率升高時，輸出電壓一個周期內(nèi)電網(wǎng)電壓的段數(shù)就減少，所含的諧波分量就要增加。這種輸出電壓波形的畸變是限制輸出頻率提高的主要因素之一。一般認為，交流電路采用6 脈波的三相橋式電路時，最高輸出頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。電網(wǎng)頻率為50hz，交交變頻電路的輸

48、出上限頻率約為20hz。5.9 三相交 - 交變頻電路有哪兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？答：第一種：公共交流母線方法。它由三組彼此獨立的，輸出電壓相位相互錯開120 的單相交 -交變頻電路組成，他們的電源進線通過進線電抗器接在公共的交流母線上。因為電源進線端公用，所以三相單相變頻電路的輸出端必須隔離。為此，交流電動機的三個繞組必須拆開，同時引出六根線。第二種：輸出星形連接方式。由三組彼此獨立的，輸出電位相互錯開120的單相交交變頻電路組成，共電源進線通過線電抗器接在公共的交流母線上。三相交交變頻電路的輸出端星形聯(lián)結，電動機的三個繞組也是星形聯(lián)結，電動機中點和變頻器中點接在一起，電動機只引三根線

49、即可。因為三組單相變頻器連接在一起，其電源進線就必須隔離，所以三組單相變頻器分別用三個變壓器供電。第 6 章思考題與習題7.1 高頻化的意義是什么？為什么提高開關頻率可以減小濾波器和變壓器的體積和重量？答：高頻化可以減小濾波器的參數(shù)，減小變壓器的體積從而使裝置小型化、輕型化；精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 29 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 29 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載提高

50、開關頻率，可以減小濾波器的電感和電容的參數(shù)，減小濾波器的體積和重量；當變壓器輸入正弦波時，fnbsu44.4，頻率升高時，可以減小n 和 s 的參數(shù)，從而減小變壓器各繞組的匝數(shù)和鐵心的尺寸，使變壓器的體積減小，重量減輕，。6.2 何謂軟開關和硬開關？怎樣才能實現(xiàn)完全無損耗的軟件關過程？答：如果開關器件在其端電壓不為零時開通則稱為硬件通，在其電流不為零時關斷則稱為硬關斷。硬開通、硬關斷統(tǒng)稱為硬開關。在硬開關過程中，開關器件在較高電壓下承載有較大電流，故產(chǎn)生很大的開關損耗。如果在電力電子變換電路中采取一些措施，如改變電路結構和控制策略，使開關器件被施加驅動信號而開通過程中其端電壓為零，這種開通稱為

51、零電壓開通；若使開關器件撤除其驅動信號后的關斷過程中其承載的電流為零，這種關斷稱為零電流關斷。零電壓開通和零電流關斷是最理想的軟開關，其開關過程中無開關損耗。如果開關器件在開通過程中端電壓很小，在關斷過程中其電流也很小，這種開關過程的功率損耗不大，稱之為軟開關。6.3 零開關，即零電壓開通和零電流關斷的含義是什么？答：使開關開通前的兩端電壓為零，則開關導通過程中就不會產(chǎn)生損耗和噪聲，這種開通方式為零電壓開通；而使開關關斷時其電流為零，也不會產(chǎn)生損耗和噪聲，稱為零電流關斷。6.4 軟開關電路可以分為哪幾類？其典型拓撲分別是什么樣的？各有什么特點？答：準諧振變換電路、零開關pwm變換電路和零轉換p

52、wm變換電路。見教材6.5 準諧振型變換器為什么只適宜于變頻方式下工作而不宜在恒頻pwm方式下工作？與恒頻pwm 變換器相比較，在變頻下工作的變換器有哪些缺點？答：對于零電壓開通準諧振變換器zvs qrc，在一個開關周期st中，僅在42 tt期間電源不輸出能量，而這段時間段的長短與rc、rl的諧振周期有關。當rc、rl的值一定時，降低開關頻率sf（即增大st）將使輸出電壓、輸出功率增大。因此，零電壓開通準諧振變換電路只適宜于改變變換電路的開關頻率sf來調(diào)控輸出電壓和輸出功率。對于零電流關斷準諧振變換器zcs qrc，因為在一個開關周期st中，僅在20t期間電源輸出功率，32 tt期間rc向電源

53、回饋能量。而當rc、rl的值一定時諧振周期rrft1是不變的，變換電路的開關頻率sf越高，st就越小，t的相對導通時間（電源輸出功率的時間）stt2增長，將精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 30 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 30 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載使輸出電壓、輸出功率增大，需要改變開關頻率來調(diào)控輸出電壓和輸出功率。因此適宜于變頻方式工作。恒頻 pwm 變換器當輸人電壓和

54、負載在一個很大的范圍內(nèi)變化時又可像常規(guī)pwm 那樣通過恒頻 pwm 調(diào)節(jié)其輸出電壓，從而給電路中變壓器、電感器和濾波器的最優(yōu)化設計創(chuàng)造了良好的條件，克服了qrc 變換電路中變頻控制帶來的諸多問題。在 qrc 電路中，一旦電路參數(shù)固定后，電路的諧振過程也就確定下來了，這使得電路唯一可以控制的量是諧振過程完成后到下一次開關周期開始前的一段間隔，這實際上使得電路只能通過改變開關周期來改變輸出電壓，即采用調(diào)頻方式。這就給系統(tǒng)功率變換的高頻變壓器、濾波器等參數(shù)設計帶來了巨大的困難，使zcs qrc和 zvs qrc的應用受到限制。6.6 軟開關pwm 的含義是什么？答：恒頻pwm 變換器當輸人電壓和負載

55、在一個很大的范圍內(nèi)變化時又可像常規(guī)pwm 那樣通過恒頻pwm 調(diào)節(jié)其輸出電壓，從而給電路中變壓器、電感器和濾波器的最優(yōu)化設計創(chuàng)造了良好的條件。6.7 試比較 zcs pwm 與 zct pwm 這兩種變換方式的優(yōu)缺點。答： zct pwm 電路主開關管在零電流下關斷，降低了類似igbt 這種具有很大電流拖尾的大功率電力電子器件的關斷損耗，并且沒有明顯增加主功率開關管及二極管的電壓、電流應力。同時，諧振網(wǎng)絡可以自適應地根據(jù)輸入電壓與負載的變化調(diào)整自己的環(huán)流能力。更重要的是它的軟開關條件與輸入、輸出無關，這就意味著它可在很寬的輸入電壓和輸出負載變化范圍內(nèi)有效地實現(xiàn)軟開關操作過程，并且用于保證zvs

56、 條件所需的環(huán)流能量也不大。zct pwm 電路變換器的開通是典型的硬開關方式，zcs pwm 變換電路的輸入電壓和負載在一個很大范圍內(nèi)變化時，可像常規(guī)的pwm 變換電路那樣通過恒定頻率pwm 控制調(diào)節(jié)輸出電壓，且主開關管電壓應力小。其主要特點與zcs qrs電路是一樣的，即主開關管電流應力大，續(xù)流二極管電壓應力大。由于諧振電感仍保持在主功率能量的傳遞通路上因此，實現(xiàn) zcs的條件與電網(wǎng)電壓、負載變化有很大的關系，這就制約了它在這些場合的作用。可以像qrc電路一樣通過諧振為主功率開關管創(chuàng)造零電壓或零電流開關條件，又可以使電路像常規(guī)pwm 電路一樣，通過恒頻占空比調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電壓。6.8 試比

57、較 zvs pwm 與 zvt pwm 這兩種變換方式的優(yōu)缺點。答： zvs pwm變換電路既有主開關零電壓導通的優(yōu)點，同時，當輸入電壓和負載在一個很大的范圍內(nèi)變化時又可像常規(guī)pwm 那樣通過恒頻pwm 調(diào)節(jié)其輸出電壓，從而給電路中變壓器、電感器和濾波器的最優(yōu)化設計創(chuàng)造了良好的條件，克服了qrc變換電路中變頻控制帶來的諸多問題。但其精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 31 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 31 頁，共 33 頁 - - - - - - - - -優(yōu)秀學習資料歡迎下載主要缺點是保持了原qrc變換電路中固有的電壓應力較大且與負載變化有關的缺陷。另外，諧振電感串聯(lián)在主電路中，因此主開關管的zvs條件與電源電壓及負載有關。zvt pwm電路主功率管在零電壓下完成導通和關斷，有效地消除了主功率二極管的反向恢復特性的影響，同時又不過多的增加主功率開關管與主功率二極管的電壓和電流應力zvt pwm變換器中的輔助開關是在高電壓、大電流下關斷，這就使輔助開關的開關損耗增加，從而影響整個電路的效率。然而，無論是zct pw