2022年2022年《電力電子技術(shù)》習題答案

1、精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載第 2 章電力電子器件1. 使晶閘管導通的條件為什么？答： 使晶閘管導通的條件為：晶閘管承擔正向陽極電壓,并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖） ；或： uak >0 且 ugk >0 ；2. 維護晶閘管導通的條件為什么？怎樣才能使晶閘管由導通變?yōu)殛P(guān)斷？答：維護晶閘管導通的條件為使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流,即維護電流；要使晶閘管由導通變?yōu)殛P(guān)斷,可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下,即降到維護電流以下,便可使導通的晶閘管關(guān)斷；3. 圖 1-43 中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形,

2、各波形的電流最大值均為i m,試運算各波形的電流平均值i d1.i d2. i d3 與電流有效值i 1.i 2.i 3；精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載02044520242精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載a) bc圖 1-43圖晶1-閘43管導電波形精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載解： ai d1= 12i m sin4td i m2t =221 0.2717 i m精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載i 1=1 i24m sint 2 d t = i m312420.4767 i m精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載b) i

3、 d2 = 1i m sin24td t = i m 221 0.5434 i m精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載i 2 =1 i4m sint d t =2i m312420.6741i m精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載c) i d3=12 id t = 1i m精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載m2 04精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載i 3 =12 i202m d t = 1i m2精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載4. 上題中假如不考慮安全裕量、問 100a 的晶閘管能送出的平均電流i d1.i d2.i d3 各為多

4、少？這時,相應(yīng)的電流最大值i m1. i m2.i m3 各為多少 .解：額定電流i tav =100a 的晶閘管,答應(yīng)的電流有效值i =157a ,由上題運算結(jié)果知精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載a) i m1b) i m2i329.35,i d10.2717 i m189.480.4767i232.90、i d20.5434 i m2126.560.6741精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載ci m3=2 i = 314、i d3=1i m3=78.54精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載5. gto 和一般晶閘管同為pnpn 結(jié)構(gòu),

5、為什么gto 能夠自關(guān)斷,而一般晶閘管不能？答： gto和一般晶閘管同為pnpn 結(jié)構(gòu),由p1n 1p2 和 n1p2n2 構(gòu)成兩個晶體管v 1.v 2、分別具有共基極電流增益1 和2 ,由一般晶閘管的分析可得,1 +2 =1 為器件臨界導通的條件；1 +2 1,兩個等效晶體管過飽和而導通；1 +2 1,不能維護飽和導通而關(guān)斷；gto之所以能夠自行關(guān)斷,而一般晶閘管不能,為由于gto與一般晶閘管在設(shè)計和工藝方面有以下幾點不同：1) gto 在設(shè)計時2 較大,這樣晶體管v 2 掌握靈敏,易于gto 關(guān)斷；2) gto導通時的1 +2 更接近于1,一般晶閘管1 +21.15 ,而gto就為1 +2

6、1.05, gto的飽和程度不深,接近于臨界飽和,這樣為門極掌握關(guān)斷供應(yīng)了有利條件；3) 多元集成結(jié)構(gòu)使每個gto 元陰極面積很小,門極和陰極間的距離大為縮短,使得p2 極區(qū)所謂的橫向電阻很小,從而使從門極抽出較大的電流成為可能；6. 如何防止電力mosfet因靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞？答：電力 mosfet的柵極絕緣層很薄弱,簡潔被擊穿而損壞；mosfet的輸入電容為低泄漏電容,當柵極開路時極易受靜電干擾而充上超過20 的擊穿電壓,所以為防止mosfet因靜電感應(yīng)而引起的損壞,應(yīng)留意以下幾點： 一般在不用時將其三個電極短接； 裝配時人體.工作臺.電烙鐵必需接地,測試時全部儀器外殼必需接地； 電路中

7、,柵.源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過高 漏.源極間也要實行緩沖電路等措施吸取過電壓；7. igbt .gtr .gto 和電力 mosfet的驅(qū)動電路各有什么特點？答： igbt驅(qū)動電路的特點為：驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻,igbt為電壓驅(qū)動型器件,igbt的驅(qū)動多采納專用的混合集成驅(qū)動器；gtr驅(qū)動電路的特點為：驅(qū)動電路供應(yīng)的驅(qū)動電流有足夠陡的前沿,并有肯定的過沖,這樣可加速開通過程,減小開通損耗,關(guān)斷時,驅(qū)動電路能供應(yīng)幅值足夠大的反向基極驅(qū)動電流,并加反偏截止電壓,以加速關(guān)斷速度；gto驅(qū)動電路的特點為：gto要求其驅(qū)動電路供應(yīng)的驅(qū)動電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度,且一般需要在整個導通

8、期間施加正門極電流,關(guān)斷需施加負門極電流,幅值和陡度要求更高,其驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路,關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分；電力 mosfet驅(qū)動電路的特點：要求驅(qū)動電路具有較小的輸入電阻,驅(qū)動功率小且電路簡潔；精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載8. 全控型器件的緩沖電路的主要作用為什么？試分析rcd緩沖電路中各元件的作用；答：全控型器件緩沖電路的主要作用為抑制器件的內(nèi)因過電壓,du/dt 或過電流和di/dt, 減小器件的開關(guān)損耗；rcd緩沖電路中,各元件的作用為：開通時,cs 經(jīng) rs 放電, rs 起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時,負載電流經(jīng)vd s 從

9、 cs 分流,使du/dt 減小,抑制過電壓；9. 試說明 igbt .gtr .gto 和電力 mosfet各自的優(yōu)缺點；解：對 igbt .gtr .gto 和電力 mosfet的優(yōu)缺點的比較如下表：器件優(yōu)點缺點開關(guān)速度高, 開關(guān)損耗小, 具有精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載igbtgtrgto電力mosfet耐脈沖電流沖擊的才能, 通態(tài)壓降較低, 輸入阻抗高, 為電壓驅(qū)動,驅(qū)動功率小耐壓高,電流大,開關(guān)特性好, 通流才能強,飽和壓降低電壓.電流容量大, 適用于大功率場合, 具有電導調(diào)制效應(yīng),其通流才能很強開關(guān)速度快, 輸入阻抗高, 熱穩(wěn)固性好,所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動 電路簡潔

10、, 工作頻率高, 不存在二次擊穿問題開 關(guān)速度 低 于電 力mosfet、 電壓,電流容量不及 gto開關(guān)速度低,為電流驅(qū)動,所需驅(qū)動功率大,驅(qū)動電路復雜,存在二次擊穿問題 電流關(guān)斷增益很小,關(guān)斷時門極負脈沖電流大,開關(guān)速度低,驅(qū)動功率大,驅(qū)動電路復雜,開關(guān)頻率低電流容量小,耐壓低,一般 只適用于功率不超過10kw 的電力電子裝置精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載第 3 章整流電路3單相橋式全控整流電路,u 2 100v,負載中r 2 , l 值極大,當 30°時,要求：作出ud .id .和 i2 的波形；求整流輸出平均電壓ud.電流 i d ,變壓器二次電流有效值i

11、2；解： ud.i d.和 i2 的波形如下圖：u 2otu doti di doti 2i dot輸出平均電壓u d .電流 i d,變壓器二次電流有效值i 2 分別為精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載ud 0.9 u2 cos 0.9× 100× cos30° 77.97（ v ） i d u d / r 77.97/ 2 38.99（ a）i 2 i d 38.99（ a ）5單相橋式全控整流電路,u 2=100v ,負載中r=2 , l 值極大,反電勢e=60v ,當=30 時,要求：作出 ud.id 和 i2 的波形；求整

12、流輸出平均電壓ud.電流 i d,變壓器二次側(cè)電流有效值i 2；考慮安全裕量,確定晶閘管的額定電壓和額定電流；解： ud.i d 和 i2 的波形如下圖：u2otudotdiidiotidid 2ot整流輸出平均電壓ud .電流 i d,變壓器二次側(cè)電流有效值i 2 分別為u d 0.9 u 2 cos 0.9× 100× cos30 ° 77.97a i d ud e /r 77.97 60/2 9ai 2 i d 9a晶閘管承擔的最大反向電壓為：2 u2 1002 141.4（ v ）流過每個晶閘管的電流的有效值為：i vt i d 2 6.36 （ a）精品

13、學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載故晶閘管的額定電壓為：晶閘管的額定電流為：u n 23× 141.4 283424（ v）精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載i n 1.52 × 6.36 1.5768（ a）晶閘管額定電壓和電流的詳細數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選?。?2在三相橋式全控整流電路中,電阻負載,假如有一個晶閘管不能導通,此時的整流電壓 ud 波形如何？假如有一個晶閘管被擊穿而短路,其他晶閘管受什么影響？答：假設(shè)vt 1 不能導通,整流電壓ud 波形如下：精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載u dot假設(shè) vt 1

14、 被擊穿而短路,就當晶閘管vt 3 或 vt 5 導通時,將發(fā)生電源相間短路,使得 vt 3.vt 5 也可能分別被擊穿；13三相橋式全控整流電路,u2=100v ,帶電阻電感負載,r=5 ,l 值極大, 當=60時,要求： 畫出 ud.id 和 ivt1 的波形； 運算 u d.i d.i dt 和 i vt ；解： ud.i d 和 ivt1 的波形如下：= 60 °u 2u au buct1otuuabu acu bcubaucau cbu abuacdoti dotivt 1ot ud. i d. i dt 和 i vt 分別如下u d 2.34u 2cos 2.34

15、5; 100× cos60°117（ v ） i d ud r 117 5 23.4（ a）i dvt i d 3 23.4 3 7.8（ a ）i vt i d 3 23.43 13.51（ a ） 30單相橋式全控整流電路.三相橋式全控整流電路中,當負載分別為電阻負載或電感負載時,要求的晶閘管移相范疇分別為多少？答：單相橋式全控整流電路,當負載為電阻負載時,要求的晶閘管移相范疇為0 180 ,當負載為電感負載時,要求的晶閘管移相范疇為0 90 ；三相橋式全控整流電路,當負載為電阻負載時,要求的晶閘管移相范疇為0 120 ,當負載為電感負載時,要求的晶閘管移相范疇為0 9

16、0 ；第 4 章逆變電路精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載1無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？ 答：兩種電路的不同主要為：有源逆變電路的溝通側(cè)接電網(wǎng),即溝通側(cè)接有電源；而無源逆變電路的溝通側(cè)直接和負載聯(lián)接；2換流方式各有那幾種？各有什么特點？ 答：換流方式有4 種：器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷才能進行換流；全控型器件采納此換流方式； 電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)供應(yīng)換流電壓,只要把負的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可；負載換流： 由負載供應(yīng)換流電壓,當負載為電容性負載即負載電流超前于負載電壓時,可實現(xiàn)負載換流；強迫換流：設(shè)置附加換流電路,給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓換

17、流稱為強迫換流；通常為利用附加電容上的能量實現(xiàn),也稱電容換流；晶閘管電路不能采納器件換流,依據(jù)電路形式的不同采納電網(wǎng)換流.負載換流和強迫換流 3 種方式；第 5 章直流 -直流變流電路 1簡述圖5-1a 所示的降壓斬波電路工作原理；答：降壓斬波器的原理為：在一個掌握周期中,讓 v 導通一段時間ton,由電源 e 向 l .r.m 供電, 在此期間, uo e ；然后使 v 關(guān)斷一段時間toff,此時電感l(wèi) 通過二極管vd 向 r精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載和 m 供電, uo 0；一個周期內(nèi)的平均電壓uo起到降壓的作用；tontontoffe ；輸出電壓小于電源電壓,精品學習

18、資料精選學習資料 - - - 歡迎下載2在圖 5-1a 所示的降壓斬波電路中,已知e =200v , r=10 , l 值極大, em =30v , t=50 s、 ton=20 s、 運算輸出電壓平均值uo,輸出電流平均值i o；解：由于l 值極大,故負載電留戀續(xù),于為輸出電壓平均值為精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載輸出電流平均值為tonu o=e =t2020050=80v精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載i o =u o - e mr8030=10=5a精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載4 簡述圖 5-2a 所示升壓斬波電路的基本工作原理；答：假設(shè)電

19、路中電感l(wèi) 值很大,電容c 值也很大；當v 處于通態(tài)時,電源e 向電感 l 充電,充電電流基本恒定為i 1,同時電容c 上的電壓向負載r 供電,因c 值很大,基本保精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載持輸出電壓為恒值uo；設(shè) v 處于通態(tài)的時間為ton,此階段電感l(wèi) 上積蓄的能量為ei 1t on ；精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載當 v 處于斷態(tài)時e 和 l 共同向電容c 充電并向負載r 供應(yīng)能量； 設(shè) v 處于斷態(tài)的時間為精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載toff,就在此期間電感l(wèi) 釋放的能量為u oe i 1t off；當電路工作于穩(wěn)態(tài)時,一個周期t精

20、品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載中電感 l 積蓄的能量與釋放的能量相等,即：ei 1tonu oe i 1toff精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載化簡得：utonotofftoffetetoff精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載式中的t / toff1,輸出電壓高于電源電壓,故稱該電路為升壓斬波電路；精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載5 在圖 5-2a 所示的升壓斬波電路中,已知e=50v, l 值和 c 值極大, r=20 ,采納脈

21、寬調(diào)制掌握方式,當t=40 s , t on=25 s 時,運算輸出電壓平均值u o,輸出電流平均值 i o ；解：輸出電壓平均值為：t40uo =e =50 =133.3v精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載輸出電流平均值為：t off4025精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載i o =u o =r133.320=6.667a精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載6試分別簡述升降壓斬波電路和cuk 斬波電路的基本原理,并比較其異同點；答：升降壓斬波電路的基本原理：當可控開關(guān)v 處于通態(tài)時,電源e 經(jīng) v 向電感 l 供電使其貯存能量,此時電流為i1,方向如圖3-

22、4 中所示；同時,電容c 維護輸出電壓基本恒定并向負載r 供電；此后,使v 關(guān)斷,電感l(wèi) 中貯存的能量向負載釋放,電流為i2,方 向如圖 3-4 所示；可見,負載電壓極性為上負下正,與電源電壓極性相反；穩(wěn)態(tài)時,一個周期t 內(nèi)電感 l 兩端電壓ul 對時間的積分為零,即tul d t00當 v 處于通態(tài)期間,ul = e；而當 v 處于斷態(tài)期間,ul = - uo ；于為：精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載所以輸出電壓為：eouton e t offtontu otontontoffee1精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載轉(zhuǎn)變導通比,輸出電壓既可以比電源電壓高,也可以比電

23、源電壓低；當0<<1/2 時為降壓,當 1/2<<1 時為升壓,因此將該電路稱作升降壓斬波電路；cuk 斬波電路的基本原理：當v 處于通態(tài)時,e l 1 v 回路和 r l2 c v 回路分別流過電流；當v 處于斷態(tài)時,e l 1c vd 回路和 rl2 vd 回路分別流過電流； 輸出電壓的極性與電源電壓極性相反；該電路的等效電路如圖5-5b 所示,相當于開關(guān)s 在 a .b 兩點之間交替切換；假設(shè)電容 c 很大使電容電壓uc 的脈動足夠小時； 當開關(guān) s 合到 b 點時,b 點電壓 ub=0,a 點電壓 ua= -uc ；相反,當s 合到 a 點時, ub= u c,

24、 ua =0；因此, b 點電壓 ub 的平均精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載值為 u bt offtu c （ u c為電容電壓uc的平均值）,又因電感l(wèi) 1的電壓平均值為零,所以精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載eu bt offtu c ；另一方面, a 點的電壓平均值為u at onuct,且 l 2 的電壓平均值精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載為零,按圖5-5b 中輸出電壓u o電壓 e 的關(guān)系：的極性,有 u otontu c ；于為可得出輸出電壓uo與電源精品學習資料精選學習

25、資料 - - - 歡迎下載out on e tofftoneetton1精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載兩個電路實現(xiàn)的功能為一樣的,均可便利的實現(xiàn)升降壓斬波；與升降壓斬波電路相比,cuk 斬波電路有一個明顯的優(yōu)點,其輸入電源電流和輸出負載電流都為連續(xù)的,且脈動很小,有利于對輸入.輸出進行濾波；第 6 章溝通 -溝通變流電路1. 一調(diào)光臺燈由單相溝通調(diào)壓電路供電,設(shè)該臺燈可看作電阻負載,在 =0 時輸出功率為最大值,試求功率為最大輸出功率的80% ,50% 時的開通角 ；1解： =0 時的輸出電壓最大,為精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載u omax12u 1 sin0t 2 dtu精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載此時負載電流最大,為因此最大輸出功率為i omaxu omaxu 1rru 2精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下