一、简答题
2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图
在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过 PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂 N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过 PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂 N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？
肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。从减少反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管。
2.7 描述晶闸管正常导通的条件。
承受正向电压且有门极触发电流。
2.8 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？
晶闸管流过的电流大于维持电流，通过外部电路使晶闸管流过的电流低于维持电流。
2.9 试分析可能出现的晶闸管的非正常导通方式有哪几种。
I G=0时阳极电压达到正向转折电压U bo；阳极电压上升率 d u/d t 过高；结温过高。
2.10 试解释为什么Power MOSFET的开关频率高于IGBT、GTO。
Power MOSFET 为单极性器件，没有少数载流子存贮效应，反向恢复时间很短。
2.11 从最大容量、开关频率和驱动电路三方面比较SCR、Power MOSFET和IGBT的特性。
最大容量递增顺序为Power MOSFET、IGBT、SCR;开关频率递增顺序为SCR、IGBT、Power MOSFET；SCR为电流型驱动；而Power MOSFET和IGBT为电压型驱动。
2.12 解释电力电子装置产生过电压的原因。
电力电子装置可能的过电压原因分为外因和内因。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，如由分闸、合闸等开关操作引起过电压。而内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程。1）换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小，会因线路电感在器件两端感应出过电压；2）关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。
2.13 在电力电子装置中常用的过电流保护有哪些？
快速熔断器、快速断路器和过电流继电器都是专用的过电流保护装置，还有通过驱动实施保护的电子电路过流保护。
2.14 试分析电力电子器件串并联使用时可能出现什么问题及解决方法。
采用多个功率管串联时，应考虑断态时的均压问题。应在功率管两端并联电阻均衡静态压降，并联 RC 电路均衡动态压降。
采用多个功率管并联时，应考虑功率管间的均流问题。在进行并联使用时，应尽选择同一型号且同一生产批次的产品，使其静态和动态特性均比较接近。其中功率 MOSFET 沟道电阻具备正温度系数，易于并联。
2.15 电力电子器件为什么加装散热器？
与信息系统中的电子器件主要承担信号传输任务不同，电力电子器件处理的功率较大，具有较高的导通电流和阻断电压。由于自身的导通电阻和阻断时的漏电流，电力电子器件要产生较大的耗散功率，往往是电路中主要的发热源。为便于散热，电力电子器件往往具有较大的体积，在使用时一般都要安装散热器，以限制因损耗造成的温升。
二、计算题
2.16 在题2.16图中，电源电压有效值为20V ，问晶闸管承受的正反向电压最高是多少？考虑安全裕量为2，其额定电压应如何选取？
题2.16图
正反向电压最高是
，考虑安全裕量，额定电压选取
2.17 如图所示，U 为正弦交流电u 的有效值，VD 为二极管，忽略VD 的正向压降及反向电流的情况下，说明电路工作原理，画出通过R 1的电流波形，并求出交流电压表V 和直流电流表A 的读数。
题2.17图
当u >0时，VD 正向导通，R 2被短路，则流过R 1电流i 1和R 2上电流i 2分别为：
()()
112/)sin 0,π00,πi R t t i t ωωω=∈=∈ 当u <0时，VD 截止，R 1和R 2构成串联电路，电流为：
1212
=sin (π,2π)i i t t R R ωω=∈+ R 1上电流波形如图所示，
因为直流电流表测的是电流的平均值，所以电流表A 的指示为i 2平均值I 2d ，
22d π12121d()2π
I t t ωω==? Ω
u i
设i1的有效值为I1，则：
1
112 I=
==
设电压表V指示有效值为U R1，则：
R111
12
U I R
==
一、简答题
3.1 试简述4种基本DC-DC变换器电路构建的基本思路与方法。
1）Buck型DC-DC电压变换器构建的基本思路：
①构建Buck型DC-DC电压变换器的基本原理电路，输入电压源U i通过开关管VT与负载R L相串联。开关管VT导通时，输出电压等于输入电压，即u o=U i；开关管VT断开时，输出电压等于零，即u o=0。输出电压的平均值为U o=(U i·t on+0·t off)/T=D·u i,由于D≤1，U o≤U i该电路起到了降压变换的基本功能。电路结构和工作模型见下图。
u i
②Buck型电压变换电路的输出电压呈方波脉动，为抑制输出电压脉动需要在基本原理电路的输出端两侧并入滤波电容C。电路结构见下图。
u o
③由于U o≤U i，开关管VT导通时，电压源将对滤波电容C充电，充电电流很大，相当于输入输出被短路，以至于开关管VT所受的电流应力大大增加而损坏。为了限制开关管VT导通时的电流应力，可将缓冲电感L串入开关管VT的支路中。电路结构见下图。
u o
④开关管VT关断时缓冲电感L中电流的突变为0，将感应出过电压，使开关管VT的电压应力大大增加，为此需加入续流二极管VD缓冲电感释放能量提供续流回路。电路结构见下图。
u o
2） boost 型DC-DC 电压变换器构建的基本思路
① 构建boost 型DC-DC 电压变换器的基本原理电路，输入电流源I i 通过开关管VT 与负载R L 相并联。开关管VT 关断时，输出电流等于输入电流，即i o =I i ；开关管VT 导通时，输出电流等于零，即i o ＝0。输出电流的平均值为I o =（0·t on +I i
·t off ）/T=(1-D)·I i ,由于1-D ≤1
，I o ≤I i 。该电路起到了降流变换的基本功能。电路结构见下图。
i i i
② boost 型电流变换电路的输出电流呈方波脉动，为抑制输出电流脉动，需要在基本原理电路的输出支路中串入滤波电感L 。电路结构见下图。
i i
L
i o
③ 由于I o ≤I i ，当的开关管VT 断开时，电感L 中电流发生突变，将感应出极高的电压，以至于开关管VT 所受的电压应力大大增加而损坏。为了限制开关管VT 关断时的电压应力，可将缓冲电容C 并入开关管VT 的两端。电路结构见下图。
I i L
I o
④开关管VT导通时缓冲电容两端电压由U o突变为0，将通过VT迅速放电，放电电流很大，使开关管VT的电流应力大大增加，为此需加入钳位二极管VD，阻止缓冲电容放电。电路结构见下图。
I i
VD
I o
⑤若令变换器电路中的开关管、二极管、电容、电感均为理想无损元件并考虑变换器输入、输出能量的不变性，得u i i i＝u o i o，则buck型电流变换器在完成降流变换的同时也完成了升压变换。boost型电压变换和buck型电流变换存在功能上的对偶性。由buck型电流变换器电路可以导出boost型电压变换器。变换器电路中开关管的开关频率足够高时，buck 型电流变换器电路中的输入电流源支路可以用串联大电感的电压源支路取代。电路结构见下图。
u o
考虑到上述电路中缓冲电容C的稳压作用以及该电路的电压－电压变换功能，输出滤波电感L是冗余元件，可以省略。缓冲电容的作用变换为输出滤波。电路结构见下图。
u o
3）boost-buck型DC-DC电压变换器构建的基本思路
将boost型、buck型变换器电路相互串联并进行适当化简，即可构建boost-buck型变
换器。boost-buck 型DC-DC 电压变换器构建的方法：
① 输入级采用boost 型电压变换器电路，并将其输出负载省略。输出级则采用buck 型电压变换器电路，并将其输入电压源省略。串联boost 型电压变换器电路的输出与buck 型电压变换器电路的输入。
② 若假设两电路串联后的开关管VT 1、VT 2为同步斩波开关管，省略冗余元件。根据开关管VT 1、VT 2导通时，所构成的两个独立的电流回路拓扑，合并VT 1、VT 2为VT 12，得到一个等效电路。
根据开关管VT 1、VT 2关断时，所构成的两个独立的电流回路拓扑，合并VD 1、VD 2合并为VD 12，得到另一个等效电路。使上述两个变换器等效电路的输入输出具有公共电位参考点得到boost-buck 型DC-DC 电压变换器。
u o
4） buck-boost 型DC-DC 电压变换器构建的基本思路将buck 型、boost 型变换器电路相互串联并进行适当化简，即可构建buck-boost 型变换器。
buck-boost 型DC-DC 电压变换器构建的方法：
① 输入级采用buck 型电压变换器电路，并将其输出负载省略。输出级则采用boost 型电压变换器电路，并将其输入电压源省略。串联buck 型电压变换器电路的输出与boost 型电压变换器电路的输入。
② 若假设两电路串联后的开关管VT 1、VT 2为同步斩波开关管，省略冗余元件。
将VT 1、VT2之间的T 型储能网络中的电容省略，并合并L 1、L 2为L 12，合并后的VT 1、VT 2之间的储能电感L 12仍能使串联后的两级电压变换器电路正常工作。
根据开关管VT 1、VT 2导通时，所构成的两个独立的电流回路拓扑，合并VT 1、VT 2为VT 12，得到一个等效电路。
根据开关管VT 1、VT 2关断时，所构成的两个独立的电流回路拓扑，合并VD 1、VD 2合并为VD 12，得到另一个等效电路。
使上述两个变换器等效电路的输入输出具有公共电位参考点得到buck-boost 型DC-DC 电压变换器。
o
3.2 试比较脉冲宽度调制PWM 和脉冲频率调制PFM 。
脉冲宽度调制（PWM ）：指开关管调制信号的周期固定不变，而开关管导通信号的宽度可调；脉冲频率调制（PFM ）：指开关管导通信号的宽度固定不变，而开关管调制信号的频率可调。
相同点：脉冲宽度调制（PWM ）和脉冲频率调制（PFM ）都可以调节占空比D(D=t on /T)，从而改变电力电子变换器输出电压U o 的大小。不同点：脉冲频率调制（PFM ）开关管调制信号的频率是变化的，该控制方式下的变换器输出纹波大，输出谐波频谱宽，滤波实现较脉冲宽度调制（PWM ）困难。
3.3 电流断续对DC-DC 变换器电路的分析有何影响？
DC-DC 变换器出现缓冲元件中电流断续时，一个周期内有三种不同的换流状态，需分时间段分析：
① 在开关管VT 关断期间，续流二极管的续流过程结束（缓冲元件中电流降为0）后，其两端电压不为零。从而使各变换器电流断续工作模式对应的稳态电压增益G v 相对于电流连续模式对应的稳态电压增益G v 有所抬高。并且电流断续工作模式对应的稳态电压增益G v ，不仅与占空比D 有关还与负载电阻R L 、缓冲电感L 、开关频率f s 有关，已与占空比D 不成线性关系。由变换器输入输出功率平衡关系推出的稳态电流增益G i =1/G v ，也不仅与占空比D 有关还与负载电阻R L 、缓冲电感L 、开关频率f s 有关，与占空比D 不成线性关系。
② 开关管VT 关断期间承受的反压应分为：二极管续流中和二极管续流结束两个时间段来分析，对应的两个反压值不同。
③ 二极管不仅在开关管VT 导通时承受反压，在续流结束后亦要承受一定的反压，且两个反压值不同。
3.4 试分析理想的Buck 变换器在电感电流连续和断续情况下，稳态电压增益与什么因素有关。
理想buck 变换器在电感电流连续的情况下稳态电压增益为G V 。
对电感L 利用伏秒平衡特性有：i o on s on ()()o U U t U T t -?=?-。
o on V i s
U t G D U T ===,仅与占空比D 有关 理想buck 变换器在电感电流断续的情况下稳态电压增益为G V 。
令Buck 变换器中的二极管续流时间为t off1二极管续流占空比off1s 1=/D t T ，则在i L ≥0的时间段对电感L 利用伏秒平衡特性有：i o on off ()o U U t U t -?=?。
o on V i on off11
U t D G U t t D D ===++ ()1 与导通占空比D 已不是线性关系。
开关管VT 导通时间段（t on 时间段）的电流增量Δi L ＋与二极管VD 续流时间段（t off1时间段）的电流增量Δi L -相等且等于电感电流最大值I Lmax 。
+-i o o Lmax s 1s L L U U U i DT i DT I L L
-?==?== ()2 稳态条件下，由于电容C 中的平均电流为零，因此，电感电流断续时的电感平均电流I L 等于负载平均电流I o ，即I L ＝I o 。
()on off Lmax 1Lmax L s i o o o 1s 111()221()2I t t I D D I T U U U I D D DT L R
??=+=+????-==+= ()3 由上述三式可得
v G = 电感电流断续的情况下G v 不仅与占空比D 有关，还与电感L 、负载电流I o 、开关频率f s 、以及输出电流U o 有关。
3.5 Boost 变换器为什么不宜在占空比D 接近1的情况下工作？
因为在Boost 变换器中，开关管导通时，电源与负载脱离，其能量全部储存在电感中，当开关管关断时，能量才从电感中释放到负载。如果占空比D 接近于1，那么开关接近于全导通状态，几乎没有关断时间，那么电感在开关管导通期间储存的能量没有时间释放，将造成电感饱和，直至烧毁。因此Boost 变换器不宜在占空比D 接近1的情况下工作。同时，从Boost 变换器在电感电流连续工况时的变压比表达式/1/(1)O S M V V D ==-也可以看出，当占空比D 接近1时，变压比M 接近于无穷大，这显然与实际不符，将造成电路无法
正常工作。
3.6 解释降压斩波电路和升压斩波电路的电容、电感、二极管各起什么作用？
降压型斩波电路中，电感L 和电容C 的主要作用是滤波，同时电感L 的储能将保持负载电流的连续，电容C 可稳定输出电压U o 。二极管为主开关管关断时的负载电流续流二极管。
升压型斩波电路中，电感L 为开关管开通时的储能元件，电容C 为开关管关断时的储能元件。二极管为两种模式转换过程中的隔离开关元件，开关管开通时二极管关断，开关管关断时二极管开通。
3.7 简述伏秒平衡和安秒平衡原则，并分别用两种方法分析Cuk 变换器的输出/输入关系。
（1） 电感电压的伏秒平衡特性
稳态条件下，理想开关变换器中的电感电压必然周期性重复，由于每个开关周期中电感的储能为零，并且电感电流保持恒定，因此，每个开关周期中电感电压u L 的积分恒为零，即：
s
on s
on 00d d d 0T t T L L L t u t u t u t =+=??? 电容电流的安秒平衡特性
稳态条件下，理想开关变换器中的电容电流必然周期性重复，而每个开关周期中电的储能为零，并且电容电压保持恒定，因此，每个开关周期中电容电流i C 的积分恒为零，即
s
on s
on C C C 00d d 0T t T t i t i t i dt =+=??? （2） Cuk 变换器电感电流连续时：
① 对电感L 1,L 2分别利用伏秒平衡特性进行分析有
()()i on c1i off
o c1on o s on ()
U t U U t U U t U T t =--=-- 得到稳态电压增益 o on v i s on 1U t D G U T t D =
==-- ② 对电容C 利用安秒平衡特性进行分析有
o on i s on ()I t I T t =-
根据理想变换器输入输出功率平衡原理
得到稳态电压增益 on i v i o s on 11t I D G G I T t D
====--
当 1/2＜D ＜1 时，即 cuk 变换器的稳态电压增益 G V ＞1，则 Cuk 变换器具有升压特性；而当 0＜D ＜1/2 时，即 cuk 变换器的稳态电压增益 G V ＜1，则 Cuk 变换器具有降压特性。因此，Cuk 变换器是升、降压变换器，并且其输入、输出电压具有相反的极性
（3） Cuk 变换器电感电流断续时
① 对电感L 1、L 2分别利用伏秒平衡特性进行分析有
()i on c1i off1
o c1on o off1()U t U U t U U t U t =--=-
其中Cuk 变换器中的二极管续流时间为t off1 得到稳态电压增益o v i 1
U D G U D == ② 对电容C 利用安秒平衡特性进行分析有
o on i off 1I t I t =
根据理想变换器输入输出功率平衡原理得到稳态电压增益
on i v i o off11
1t I D G G I t D ==== 3.8 试分析在直流斩波电路中储能元件（电容、电感）的作用。试以Cuk 电路为例分析。
直流斩波电路中的储能元件（电容、电感）有滤波与能量缓冲，能量传递三种基本功能。一般而言，滤波元件常设置在变换器电路的输入或输出，而能量缓冲元件常设置在变换器电路的中间。以Cuk 电路为例
u o
L 1、L 2为能量缓冲元件；C 1为传递能量的耦合元件；C 2为输出滤波元件。
3.9 试解释Cuk 变换器中间电容电压U c1等于电源电压U i 与负载电压U o 之和，即U c1=U i +U o ？
由于Cuk 变换器中有两个缓冲电感元件L 1、L 2，，因此，对电感L 1、L 2分别利用伏秒平衡特性进行分析，不难得出
()i 1off U on c i t U U t =- （3-37） )()(on s o on c1o T T U t U U --=- （3-38）
令PWM 占空比D = t on / T s ，则由式（3-37）、（3-38）可求出Cuk 变换器的电感电流连续时的稳态电压增益G V 为
o on V i off 1U t D G U t D ===- （3-39） 联立式（3-37）、式（3-39），不难得出U c1=U o +U i
3.10 试分析Buck-Boost 变换器和Boost-Buck 变换器各有何特点。
（1） Buck-Boost 型电压变换器和Boost-Buck 型电压变换器两者的输入输出电压极性均为反向极性；
（2） Buck-Boost 型电压变换器电路结构简单，储能元件较少，为一个电感，一个电容；
Boost-Buck 型电压变换器电路结构较复杂，储能元件较多，为两个电感，两个电容；
（3） Buck-Boost 型电压变换器的输入和二极管输出电流均为断续的脉动电流；
（4） Boost-Buck 型电压变换器的输入输出均有电感，因此变换器的输入输出电流一般情况下均为连续电流（轻载时电流可能断续），滤波易实现。
3.11 试以二象限DC-DC 变换器为例具体分析电路中二极管的作用。
U i
图3-10电流可逆型二象限DC －DC 变换器
二象限DC-DC 变换器电路中二极管的作用为通过续流缓冲负载无功，避免负载电感中电流突变，感应出过电压。同时二极管VD 1、VD 2还实现了开关管的零电压开通，减少了开通损耗，具体工作过程如下：
VT 1、VT 2采用互补调制驱动；
VT 1导通前，VD 1导通续流,输出电流i o 反向减小；
i o =0，VT 1零电压开通，直流侧电源通过VT 1向负载供电，输出电压u o ＝u i ，输出电流i o 正向增大，负载电感储能增加；
VT 1关断，由于负载电感电流不能突变，VD 2导通续流，输出电压u o ＝0。采用互补调制驱动模式使VT 2有驱动信号，但因VD 2导通对VT 2形成了反压钳位,VT 2不能导通，因此输出电流i o 正向减小，负载电感储能储能减少；
i o =0，VD 2关断，VT 2零电压开通，负载电动势通过VT 2向负载电阻和电感供电，输出电压u o ＝0，输出电流i o 反向增加，负载电感储能增加；
VT 2关断，由于电感电流不能突变，VD 1导通续流，输出电压u o ＝u i 。采用互补调制驱动模式使VT 1有驱动信号，但因VD 1导通对VT 1形成了反压钳位,VT 1不能导通，输出电流i o 反向减小，负载电感储能储能减少。
3.12 两象限和四象限DC-DC 变换器有何区别？驱动直流电动机正反转运行应采用何种DC-DC 变换器？
二象限DC-DC 变换器输出电压极性不变，输出电流极性可变；四象限DC-DC 变换器输出电压，输出电流极性均可变；两种变换器能实现能量的双向传输。
驱动直流电动机正反转运行需改变电枢电压极性，应采用输出电压可逆的四象限
DC-DC 变换器。
3.13 试说明隔离型DC-DC 变换器出现的意义是什么。
① 形成低压供电负载与电网电压之间的电气隔离
② 通过变压器变压，缩小变换器输出电压等级与输入电压等级之间的差异，扩大调节控制范围
③ 通过设置不同匝数的副边耦合绕组形成多路输出，提供不同数值，不同极性的输出电压
3.14 单端正激式变换器和单端反激式变换器有何区别？
① 变换器变压器原边副边工作时间：
单端正激式变换器：变压器原边副边同时在开关管VT 导通时工作。
单端反激式变换器：变压器原边在开关管VT 导通时工作，变压器副边在开关管VT 关断时工作，两者不同步。
② 变压器原边加有单方向的脉冲电压，由于磁芯的磁滞效应，当VT 关断时，线圈电压或电流回到零，而磁芯中磁通并不回到零，形成剩磁通。剩磁通的累加可能导致磁芯饱和，因此需要进行磁复位。磁复位的方式：单端正激式变换器：变压器储存的磁能通过去磁绕组N 3和箝位二极管VD 2构成的复位电路馈送到输入电源侧。单端反激式变换器：变压器储存的磁能通过副边绕组传输给输出负载。
③ 输出电压的决定因素： 单端正激式变换器：o i 1U D U n
=??输出电压仅决定于变换器输入电压、变压器的匝比和n 功率管的占空比，与负载电阻无关。具有降压功能。单端反激式变换器：变压器磁
通连续状态和磁通临界连续状态下o i 11D U U n D
=?-,输出电压仅决定于变换器输入电压、变压器的匝比和功率管的占空比，与负载电阻无关，具有升降压功能。变压器磁通连续状
态和磁通临界连续状态下o i U U t =输出电压U o 与负载电阻R L 有关，R L 愈大则输出电压愈高，反之负载电阻愈小，则输出电压愈低，因此在进行开环实验时，不应让负载开路，必须接入一定的负载，或者在电路中接入“死负载”。此外输出电压U o 随输入电压U i 的增大而增大；也随导通时间t on 的增大而增大；还随N 1绕组的电感量L 1的减小而增大。
3.15 说明题3.15图隔离型Buck 电路中由绕组N 3和二极管VD 2构成的支路有何作用。
题3.15图
隔离型Buck 变换器在开关管VT 截止期间，副边传递能量的整流二极管VD 也截止，储存于变压器磁芯中的剩磁能量无释放途径，从而会造成剩磁通积累，导致的磁芯饱和。电路中设置由绕组N 3和二极管VD 2构成的支路为磁芯复位支路。在开关管VT 截止期间，N 3两端感应出上正下负的电压U N3，当U N3大小超过U i 时，VD 2导通，将变压器储存的剩磁能量送回输入电源侧，同时将U N3钳位在U i 上。N 1和N 2将承受下正上负的电压，若有N 3＝N 1，则U N1=U i ，U N2=U i /n ，开关管VT 承受反压为U DS =U i +U N1=2U i 。钳位二极管VD 2保证变压器原副边绕组，去磁绕组N 3两端均不产生过电压。并且将开关管VT ，副边整流二极管VD 承受的反压峰值限制在一定范围内，避免了器件损坏。
3.16 试推导负载电流连续时隔离型Buck-Boost 变换器的输出直流电压平均值。 在负载电流连续的情况下
VT 导通期间磁通增量为
i i +on s 11
=U U t D T N N φ?=?? +u i
R L
u G
u N1u DS i D
2u i u i
u i u i (1+0000
t t
t t t 0t 1t 2t 0u
o t on
T 0-u i
N 1N 3
N 1N 3)
VT 关断期间磁通增量为
i i -s on s 22
=()(1)U U T t D T N N φ?-=?-? 在稳态条件下，变压器一个周期内应无剩磁积累即
+-=φφ??
i i s s 12
=(1)U U D T D T N N ???-? 得输出电压表达式
o i 11D U U n D
=?- 3.17 试分析负载开路时，隔离型Buck-Boost 变换器会出现何种现象。
若隔离型Buck-Boost 变换器工作在磁通连续或临界连续的模式下输出电压为o i 11D U U n D
=?-与负载无关，则无影响; 若隔离型Buck-Boost
变换器工作在磁通断续的模式下，输出电压为o i U U t =由此可见，输出电压U o 与负载电阻R L 有关，R L 愈大则输出电压愈高，反之负载电阻愈小，则输出电压愈低，这是反激变换器的一个特点。在进行开环实验时，不应让负载开路，必须接入一定的负载，或者在电路中接入“死负载”。此外输出电压U o 随输入电压U i 的增大而增大；也随导通时间的增大而增大；还随N 1绕组的电感量L 1的减小而增大。
VT 截止时，VD 导通，副边绕组N 2上的电压幅值近似为输出电压U o (忽略VD 的正向压降及引线压降)，这样，绕组N 1上感应的电势U N1应为1N1o 2
N U U N =，因此VT 截止期间漏－源极间承受的电压为1DS i N1i o 2
N U U U U U N =+=+。由于U DS 与输出电压U o 有关，U o 还随负载电阻的增大而升高。因此，负载开路时，容易造成管子损坏。
3.18 试说明变压器隔离的推挽式变换器和变压器隔离的全桥变换器的特点是什么。 ① 变压器隔离的推挽式变换器是由开关管的控制信号占空比相同，在相位上相差180o 的两个正激变换器的输出并联得到，相比双正激变换器，推挽式变换器中将续流二极管去掉，滤波电感经过变压器副边绕组和整流二极管续流，且两个变压器共用一个磁芯，每个正激变换器从另一个正激变换器的原边绕组和IGBT 得本体二极管进行磁复位，从而也将原来的磁复位电路去掉，这使得推挽变换器电路简单，且拥有较高的磁芯利用率
② 变压器隔离的全桥变换器，使用两个开关管串联起来作一个开关管用，降低了开关管电压应力；且全桥变换器中的四个开关管工作在交错的半周，对角线相对的管子VT 2和VT 4或VT 2和VT 3同时导通，变压器原边磁通在一个半周沿磁滞回线上移，在另一个半周沿着磁滞回线反极性下移，从而提高了变压器的利用率。
3.19 试画出变压器隔离的全桥变换器的电路拓扑，并分析其变压器原边、开关管两端的电压波形和流过变压器原边的电流波形。
（1） 变压器隔离的全桥变换器的电路拓扑如图所示
R L
（2） 隔离型全桥变换器变压器原方、开关管两端的电压波形和流过变压器原边的电流波形
u
u i u u t 0t 1t 4t 3t 2t 5t 6
t 0~t 1阶段：能量传输阶段；t 0时刻，给VT l 、VT 4加驱动信号，VT 1、VT 4饱和导通。VT 2、VT 4两端电压u ce1、u ce4均为0。VT 2、VT 3均承受反压U i 即u ce2、u ce3均为U i 。由于VT 1、VT 4导通，变压器原边绕组N P 两端电压u T 极性为上正下负，大小等于输入电压U i 。其中流过电流i p ，i p 由负载电流折算值和磁化电流所组成并且在正方向上随时间以额定速率逐渐增大。同时，副边的整流二极管VD 5导通，VD 6关断，电流上升速率由滤波电感L 确定。
t 1~t 2阶段：续流阶段；VT 1~VT 4均关断，VT 1、VT 4串联承受反压U i ，VT 2、VT 3串联承受反压U i ,则VT 1~VT 4两端电压均为U i /2。变压器原边绕组NP 流过电流i p =0.电感L 中的电流通过变压器副边绕组和二极管VD 5、VD 6续流，两个二极管VD 5、VD 6几乎同等的导通，也有相同的正向压降，因而变压器副边绕组Ns 两端电压为0，折算到变压器原边绕组N P 两端电压u T 也为0。t 2时刻，给VT 2、VT 3加驱动信号，VT 2、VT 3饱和导通，电路进入下半周期
t 2~t 3阶段：能量传输阶段；t 2时刻，给VT 2、VT 3加驱动信号，VT 2、VT 3饱和导通。VT 2、VT 3两端电压u ce2、u ce3均为0。VT 1、VT 4均承受反压U i 即u ce1、u ce4均为U i 。由于VT 2、VT 3导通，变压器原边绕组N P 两端电压u T 极性为上负下正，大小等于输入电压U i 。其中流过电流i p ，i p 由负载电流折算值和磁化电流所组成并且在反方向上随时间以额定速率逐渐增大。同时，副边的整流二极管VD 6导通，VD 5关断，电流上升速率由滤波电感L 确定。
t 3~t 4续流阶段；VT 1~VT 4均关断，VT 1、VT 4串联承受反压U i ，VT 2、VT 3串联承受反压U i ,则VT 1~VT 4两端电压均为U i /2。变压器原边绕组NP 流过电流i p =0。电感L 中的电流通过变压器副边绕组和二极管VD 5、VD 6续流，两个二极管VD 5、VD 6几乎同等的导通，也有相同的正向压降，因而变压器副边绕组Ns 两端电压为0，折算到变压器原边绕组N P 两端电压u T 也为0。
3.20 试以半桥变换器为例，说明开关管动态特性参数对电路工作有何不利影响，可以采取何种措施消除或减小这些影响。
L
图3-28 半桥变换器的电路拓扑
开关管动态特性参数对电路工作有何不利影响：由于两个电容连接点B 的电位随VT 1、VT 2导通情况而浮动的，所以能自动地平衡每个晶体管开关的伏秒值。若这两个晶体管开关具有不同的开关动态特性参数，即在相同宽度的基极驱动脉冲作用下开关管VT 1较慢关断，而开关管VT 2则较快关断时，则在VT 1连接点处产生了不平衡的伏·秒值。如果让这种不平衡的波形驱动变压器，将会发生偏磁现象，致使铁芯饱和并产生过大的开关管集电极电流，从而降低了变换器的效率，使开关管失控，甚至烧毁。
改善偏磁现象的措施：在变压器原边线圈中加入一个串联耦合电容C 3，则与不平衡的伏·秒值成正比的直流偏压将被此电容通过隔直作用滤掉，这样在开关管导通期间，就可以平衡电压的伏·秒值。
减少开关管动态特性参数对电路工作的不利影响：在晶体管基极电路上加入嵌位二极管，使其工作在临界饱和状态下，较少了存储时间，使晶体管的关断时间尽量趋于一致。
3.21 Buck 电路是如何实现电压变换、电流变换的；Buck 电路和Boost 电路又有怎样的联系？
图3.1为基本的DC-DC 电压变换原理电路及输入、输出波形。基本的DC-DC 电压变换原理电路图见图3.1（a ），从图中可以看出：输入电压源 通过开关管VT 与负载 相关联，当开关管VT 导通时，输出电压等于输入电压，即u o =u i ；而当开关管VT 关断时，输出电压等于零，即u o =0。基本电压变化的输出波形如图3.1（c ）所示，显然，若令输出电压的平均值为U o ，则U o u i 。可见图3.1（a ）所示的电压变换器实现了降压型DC-DC 变换器（Buck 电压变换器）的基本变换功能。
图3-1（b ）为基本的DC-DC 电流变换原理电路，从图中可以看出：输入电流源I i 通过开关管VT 与负载R L 相并联，当开关管VT 关断时，输出电流等于输入电流，即i o =i i ;而当开关管VT 导通时，输出电流为0，即i o =0。基本的电流变化的输出波形如图3.1（d ）所示，显然，若令输出电流的平均值为I o ，则I o i i 。图3.1（b ）所示的变换电路实现了降流型DC-DC 变换器（Buck 电流变换器）的基本变换功能。
i i
o
u i
(a)电压变换原理电路 (b) 电流变换原理电路
(c) 电压变换波形 (d) 电流变换波形
图3-1 DC-DC 电压、电流变换原理电路及输入、输出波形
若考虑变换器的输入、输出能量的不变性（忽略电路及元器件的损耗），则Buck 型电压变换器在完成降压变换的同时也完成了升流变换，同理Boost 型电流变换器在完成降流变换的同时也完成了升压变换。可见，Boost 型电压变换和Buck 型电流变换以及Boost 型电流变换和Buck 型电压变换存在功能上的对偶性。
3.22 如何在Buck 和Boost 电路的基础上构建升降压斩波电路？并比较Buck-Boost 电路和Boost-Buck 电路之间存在怎样的异同点。
将Boost 型、Buck 型变换器电路相互串联并进行适当化简，即可构建Boost-Buck 型变换器。Boost-Buck 型DC-DC 电压变换器构建的方法：
① 输入级采用Boost 型电压变换器，并将其输出负载省略。
输出级则采用Buck 型电压变换器电路，并将其输出电压源省略。
串联Boost 型电压变换器电路的输出与Buck 型电压变换器电路的输入。
② 若假设两电路串联后的开关管VT 1、VT 2为同步斩波开关管，省略冗余元件。
根据开关管VT 1、VT 2导通时，所构成的两个独立的电流回路拓扑，合并VT 1、VT 2为VT 12,得到一个等效电流。
根据开关管VT 1、VT 2关断时，所构成的两个独立的电流回路拓扑，合并VD 1、VD 2合并为VD 12，得到另一个等效电路。
使上述两个变换器等效电路的输入输出具有公共电位参考点得到boost-buck 型DC-DC 电压变换器。
两类变换器的输入输出电压极性均为反向极性，相对于Boost-Buck 型电压变换器，Buck-Boost 型电压变换器电路结构简单，并且其中的储能元件也比较小。但是Buck-Boost 型电压变换器中由于输入输出电流均有电感，因此变换器的输入输出电流一般情况下均为连续电流（轻载时电流可能断续）。
3.23 简述如图所示的升压斩波电路的工作原理。
o
_
题3.23图
假设电路中的电感值L 值很大，电容C 值也很大。当VT 处于通态时，电源向电感L 充电，充电电流基本恒定为I 1,同时电容C 上的电压向负载R 供电，因C 值很大，基本保持输出电压为恒值U o 。设VT 处于通态的时间为t on ,此阶段电感L 上积蓄的能量为EI 1t on 。当VT 处于断态时E 和L 共同向电容C 充电并向负载R 提供能量。设VT 处于断态的时间为t off ,则在此期间电感L 释放的能量为（U o -E ）I 1t off 。当电路工作于稳态时，一个周期T 中电感L 积蓄的能量与释放的能量相等，即：
1on o 1off ()EI t U E I t =-
化简得：
on off o off off
t t T U E E t t +==
电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 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：uAK>0且uGK>0。 2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 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。要使晶闸由导通变为关断，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。 2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t
电力电子技术答案 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区，也称漂移区。低掺杂N 区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 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：uAK>0且uGK>0。 2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 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。 要使晶闸管由导通变为关断， 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。 2-4图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 、I 、I 。 πππ4 π4 π2 5π4a) b)c) 图1-43 图2-27 晶闸管导电波形 解：a) I d1= π21?π πωω4 )(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1= ?π πωωπ 4 2 )()sin (21 t d t I m =2m I π 2143+≈0.4767 I m b) I d2 = π1?π πωω4)(sin t td I m =π m I ( 12 2 +)≈0.5434 I m I 2 = ? π π ωωπ 4 2) ()sin (1 t d t I m = 2 2m I π 21 43+ ≈0.6741I m c) I d3=π21?2 )(π ωt d I m =41 I m I 3 =? 2 2 ) (21π ωπt d I m = 2 1 I m 2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时，相应的电流最大值I m1、I m2、 I m3各为多少? 解：额定电流I T(AV)=100A 的晶闸管，允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) I m1≈4767.0I ≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48 b) I m2≈ 6741 .0I ≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314, I d3= 4 1 I m3=78.5 2-6 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构,为什么GTO 能够自关断,而普通晶闸管不能? 答：GTO 和普通晶阐管同为PNPN 结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益 1α和2α， 由普通晶阐管的分析可得， 121=+αα是器件临界导通的条件。1 21＞αα+两个等效晶体管过饱和而导通；
电力电子技术基础参考资料(doc 10页)
思考题与习题 1. 独立思考以下各小题，分别从“SCR、GTO、GTR、功率MOSEFT和IGBT”中选择合适的词填写在各小题的括号里。 （1）（）是半控器件，（）和（）是全控器件。 （2）（）和（）所需驱动电路的静态功耗接近于0。 （3）如果希望导通电流为15A时，器件主回路的导通压降小于220mV，则应选用（）作为主开关器件。 （4）除功率MOSFET外，（）的输入特性与功率MOSFET的输入特性类似。 （5）（）在导通电流为500A条件下，为了将它关断，它的控制极所需反向关断电流之峰值的绝对值需超过100A。 （6）（）的输入特性与双极型三极管的输入特性类似。 （7）如果希望制做一个升压型DC-DC变换电路，将450V 直流电源升高为650V直流电源，最大输出电流为200A，斩波频率为15KHz，则应选用（）作为主开关器件。 （8）（）如果已经导通，在主回路电流大于10A条件下，即使控制信号变为负值，它也不能关断。 2. 分析比较SCR（普通晶闸管）、双向SCR（双向晶闸管）、GTO （可 关断晶闸管）、GTR（电力双极型晶体管）、功率MOSFET和IGBT
（9）当U IN变化20%时，哪几种整流电路输出电压平均值的变化可小于3%？ （10）哪几种整流电路的功率因数低？ （11）哪几种整流电路的对交流输入电源造成的干扰小？ （12）如果在整流电路的输出与R L之间串接平波电感L，并希望在I RL达100A时R L两端电压的纹波因数小于1%，问：选用哪种整流电路所需L的电感量最小？ 6. 单相桥式二极管整流电路的交流输入电压有效值为220V，分别计算下列两种不同负载条件下整流输出电压的平均值U d、负载电流的平均值I d、每只整流二极管电流的平均值I DT 和有效值I T： （1）负载为纯阻性，R=10Ω。 （2）负载为电阻与电感相串联，R=10Ω，L可视为无穷大。 7. 由晶闸管构成的单相桥式全控整流电路的交流输入电压之有效值为100V，负载R=2Ω，L可视为无穷大，反电动势E=50V。试求α=30°时整流输出电流的平均值I d、每只晶闸管电流的平均值I dT和有效值I T。 8. 设晶闸管三相桥式可控整流电路输出带阻感负载，R=10Ω，L可视为∞？，它的三相交流输入线电压之有效值和全控整流输出电压之平均值分别为U lL和U d，U lL随电网电压波动的变化范围是320V至420V，晶闸管的导通压降可视为0，试求：
一、简答题 2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。 题2.1图 在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。 2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。 电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。 2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。 电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。 2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。 导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。 2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。 若流过 PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂 N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过 PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂 N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。 2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？ 肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。从减少反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管。
《电力电子技术》试卷 一．填空（共15分，1分/空） 1.电力电子技术通常可分为（）技术和（）技术两个分支。 2.按驱动电路信号的性质可以将电力电子器件分为（）型器件和（）型器件两类，晶闸管属于其中的（）型器件。 3.晶闸管单相桥式全控整流电路带反电动势负载E时（变压器二次侧电压有效值为U ，忽略主电路 2 各部分的电感），与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称为（）角，数量关系为δ=（）。 4.三相桥式全控整流电路的触发方式有（）触发和（）触发两种，常用的是（）触发。 5.三相半波可控整流电路按联接方式可分为（）组和（）组两种。 6.在特定场合下，同一套整流电路即可工作在（）状态，又可工作在（）状态，故简称变流电路。 7.控制角α与逆变角β之间的关系为（）。 二．单选（共10分，2分/题） 1．采用（）是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。 A.直流断路器 B. 快速熔断器 C.过电流继电器 2．晶闸管属于（）。 A.不可控器件 B. 全控器件 C.半控器件 3．单相全控桥式整流电路，带阻感负载（L足够大）时的移相范围是（）。 A．180O B.90O C.120O 4．对三相全控桥中共阴极组的三个晶闸管来说，正常工作时触发脉冲相位应依次差（）度。 A.60 B. 180 C. 120 5．把交流电变成直流电的是（）。 A. 逆变电路 B.整流电路 C.斩波电路 三．多选（共10分，2分/题） 1．电力电子器件一般具有的特征有。 A.所能处理电功率的大小是其最重要的参数 B.一般工作在开关状态 C.一般需要信息电子电路来控制 D.不仅讲究散热设计，工作时一般还需接散热器 2．下列电路中，不存在变压器直流磁化问题的有。 A.单相全控桥整流电路 B.单相全波可控整流电路 C.三相全控桥整流电路 D.三相半波可控整流电路 3．使晶闸管关断的方法有。 A.给门极施加反压 B.去掉阳极的正向电压 C.增大回路阻抗 D.给阳极施加反压 4．逆变失败的原因有。 A.触发电路不可靠 B.晶闸管发生故障 C.交流电源发生故障 D.换相裕量角不足 5．变压器漏抗对整流电路的影响有。 A.输出电压平均值降低 B.整流电路的工作状态增多 C.晶闸管的di/dt减小 D.换相时晶闸管电压出现缺口 四．判断（共5分,1分/题） 1.三相全控桥式整流电路带电阻负载时的移相范围是150O。（） 2.晶闸管是一种四层三端器件。（）
四种电力变换:①交流变直流（AC—DC）、②直流变交流（DC—AC）、③直流变直流（DC—DC）、④交流变交流（AC—AC）。晶闸管的导通条件：晶闸管承受的正向电压且门极有触发电流。 晶闸管关断条件是：（1）晶闸管承受反向电压时，无论门极是否触发电流，晶闸管都不会导通；(2)当晶闸管承受正向电压时，反在门极有触发电流，晶闸管都不会导通；(3)晶闸管一旦导通，门极就是去控制作用；(4)若要使已导通的晶闸管关断，只能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一下。 晶闸管额定电流是指：晶闸管在环境温度40和规定的冷却状态下，稳定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 晶闸管对触发电路脉冲的要求是：1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通 2）触发脉冲应有足够的幅度3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极电压，电流和功率额定且在门极伏安特性的可靠触发区域之内4）应有良好的抗干扰性能，温度稳定性与主电路的电气隔离。 单相桥式全控整流电路结构组成： A．纯电阻负载：α的移相范围0~180o，U d和I d的计算公式， 要求能画出在α角下的U d，I d及变压器二次测电流的波形(参图3-5); B．阻感负载：R+大电感L下，α的移相范围0~90o，U d和I d计算公式 要求能画出在α角下的U d,I d，U vt1及I2的波形(参图3-6); 三相半波可控整流电路：α=0 o的位置是三相电源自然换相点 A）纯电阻负载α的移相范围0~150 o B）阻感负载（R＋极大电感L）①α的移相范围0~90 o②U d I d I vt计算公式 ③参图3-17 能画出在α角下能U d I d I vt的波形（Id电流波形可认为近似恒定） 3、A）能画出三相全控电阻负载整流电路，并括出电源相序及VT器件的编号。 B）纯电阻负载α的移相范围0~120 o C）阻感负载R＋L（极大）的移相范围0~90 o D) U d I d I dvt I vt 的计算及晶闸管额定电流I t（AV）及额定电压U tn的确定 三相桥式全控整流电路的工作特点： 1）每个时刻均需要两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，一个共阳极组的，且不能为同一相得晶闸管。 2）对触发脉冲的要求：六个晶闸管的脉冲按V T1-V T2-V T3-V T4-V T5-V T6的顺序，相位一次差60 o；共阴极组V T1,V T3,V T5的脉冲依次差120 o，共阴极组V T4,V T6,V T2也依次差120 o；同一相得上下两个桥臂，即V T1与V T4，V T3与V T6，V T5与V T2，脉冲相差180o 3）整流输出电压U d一周期脉动六次，每次脉动的波形都一样，故该电路为六脉波整流电路。 4）在整流电路合闸启动过程种或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证导通的两个晶闸管均有脉冲。为此可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于60o（一般取80~100o），称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，连个窄脉冲的前沿相差60o，脉宽一般为20~30 o,称为双脉冲触发。 5）α=0 o时晶闸管承受最大正、反向电压的关系是根号6Uα 有源逆变：当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源是，称为有源逆变。 逆变条件：1）要有直流电动势，其极性和晶闸管的到导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。 2）要求晶闸管的控制角α大于π/2，使U d为负值。 有源逆变失败：逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶体管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败。 有源逆变失败原因： 1）触发电路工作不可靠，不能适时，准确的给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失，脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相，使交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。 2）晶闸管发生故障，在应该阻断期间，器件失去阻断能力，或在应该导通时，器件不能导通，造成逆变失败。 3）在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，由于直流电动势Em的存在，晶闸管仍可导通，此时变流器的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的电压，因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路。 4）换相的裕量角不足，引起换相失败，应考虑变压器漏抗引起重叠角，对逆变电路换相的影响。
3章交流-直流变换电路课后复习题 第1部分：填空题 1.电阻负载的特点是电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是0?≤a≤ 180?。 2.阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是0? ≤a≤ 180? 2 ，续流二极管承受的最大反向电压 2 （设U2为相电压有效值）。 3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为0?≤a≤ 180?，单 2和 2 ；带阻感负载时， α角移相范围为0?≤a≤ 90?，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为 2 2U 2 ；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出 侧串联一个平波电抗器(大电感)。 4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ = 180?-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时，晶闸管的导通角 θ = 0?。 5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与单相全波可控整流电路的波形基 本相同，只是后者适用于较低输出电压的场合。 6. 2 ，随负载 加重U d 逐渐趋近于0.9 U2，通常设计时，应取RC≥ 1.5~2.5T，此时输出电压为U d ≈ 1.2 U2(U2为相电压有效值)。 7.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm 2 ，晶闸管控制角α的最大移相范围是0?≤a≤90?，使负载电流连续的条件为a≤30?(U2为相电压有效值)。 8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差120?，当它 带阻感负载时，α的移相范围为0?≤a≤90?。 9.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中，共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是 电压最高的相电压，而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是电压最低的相电压；这种电路 α 角的移相范围是0?≤a≤120?，u d波形连续的条件是a≤60?。 10*.电容滤波三相不可控整流带电阻负载电路中，电流i d断续和连续的临界条件是C Rω 3 =，电路中的二极管承受的最大反向电压为 2 U2。 11.实际工作中，整流电路输出的电压是周期性的非正弦函数，当 α 从0°～90°变化时， 整流输出的电压u d 的谐波幅值随 α 的增大而增大，当 α 从90°～180°变化时，整流输出的电压u d的谐波幅值随 α 的增大而减小。 12.三相桥式全控整流电路带阻感负载时，设交流侧电抗为零，直流电感L为足够大。当 α ＝30°时，三相电流有效值与直流电流的关系为I I d，交流侧电流中所含次谐波次数为 6k±1,k=1,2,3…，其整流输出电压中所含的谐波次数为 6k, k=1,2,3…。 13.对于三相半波可控整流电路，换相重迭角的影响，将使输出电压平均值减小。
20××－20××学年第一学期期末考试 《电力电子技术》试卷(A) （时间90分钟 满分100分） （适用于 ××学院 ××级 ××专业学生） 一、 填空题（30分,每空1分）。 1．如下器件：电力二极管（Power Diode ）、晶闸管（SCR ）、门极可关断晶闸管（GTO ）、电力晶体管（GTR ）、电力场效应管（电力MOSFET ）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）中，属于不可控器件的是________，属于半控型器件的是________，属于全控型器件的是________；属于单极型电力电子器件的有________，属于双极型器件的有________，属于复合型电力电子器件得有 ________；在可控的器件中，容量最大的是________，工作频率最高的是________，属于电压驱动的是________，属于电流驱动的是________。（只写简称） 2．单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为 _，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 ；带阻感负载时，α角移相范围为 ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 。 3．直流斩波电路中最基本的两种电路是 和 。 4．升降压斩波电路呈现升压状态时，占空比取值范围是__ _。 5．与CuK 斩波电路电压的输入输出关系相同的有 、 和 。 6．当采用6脉波三相桥式电路且电网频率为50Hz 时，单相交交变频电路的输出上限频率约为 。 7．三相交交变频电路主要有两种接线方式，即 _和 。 8．矩阵式变频电路是近年来出现的一种新颖的变频电路。它采用的开关器件是 ；控制方式是 。 9．逆变器按直流侧提供的电源的性质来分，可分为 型逆变器和 型逆变器。 10．把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路称为 。 二、简答题（18分,每题6分）。 1．逆变电路多重化的目的是什么？如何实现？串联多重和并联多重逆变电路各应用于什么场合？ 2．交流调压电路和交流调功电路有什么异同？ 3．功率因数校正电路的作用是什么？有哪些校正方法？其基本原理是什么？ 三、计算题（40分，1题20分，2题10分，3题10分）。 1．一单相交流调压器，电源为工频220V ，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH 。 试求：①开通角α的变化范围；②负载电流的最大有效值；③最大输出功率及此时电源侧的功率因数；④当2πα＝时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。 2．.三相桥式电压型逆变电路，工作在180°导电方式，U d =200V 。试求输出相电压的基波幅值U UN1m 和有效值U UN1、输出线电压的基波幅值U UV1m 和有效值U UV1、输出线电压中7次谐波的有效值U UV7。 3 ．如图所示降压斩波电路E=100V ，L 值极大，R=0.5Ω，E m =10V ，采用脉宽调制控制方式，T=20μs ，当t on =5μs 时，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值
电力电子简答题汇总 问题1：电力电子器件是如何定义和分类的？ 答：电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中， 实现电能变换或控制的电子器件。 电力电子器件的分类： 按照器件能够被控制的程度分类：半控型、全控型、不控型 按照驱动电路信号的性质分类：电流驱动型、电压驱动型 按照内部导电机理：单极型、双极型、复合型 根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间有效信号的波形，可分为脉冲触发型和电平控制型。 问题2：同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的特点是什么？ 解答：①能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力，是最重要的参数。其处理电功率的能力大多都远大于处理信息的电子器件。 ②电力电子器件一般都工作在开关状态。
③由信息电子电路来控制,需要驱动电路。 问题3：使晶闸管导通的条件是什么？ 解答：两个条件缺一不可： （1）晶闸管阳极与阴极之间施加正向阳极电压。 （2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。 问题4：维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 解答：维持晶闸管导通的条件是流过晶闸管的电流大于维持电流。 欲使之关断，只需将流过晶间管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极电压反向、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。 问题5：GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？ 解答：GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：设计α2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于关断GTO。 导通时α1+α2更接近1，导通时接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。多元集成结构，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。 问题6：试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。 解答：GTR的容量中等，工作频率一般在10kHz以下，所需驱动功率较大， 耐压高，电流大，开关特性好，。 GTO：容量大，但驱动复杂，速度低，电流关断增益很小，功耗达，效率较低。 MOSFET器件：工作频率最高，所需驱动功率最小，热稳定性好， 但其容量较小、通态压降大，开通损耗相应较大，耐压低。 IGBT：容量和GTR的容量属同一等级，但属电压控制型器件， 驱动功率小，工作频率高，通态压降低，输入阻抗高。 问题7：换流方式各有那几种？各有什么特点？
电力电子课后答案 第二章 2.2 使晶闸管导通的条件是什么？维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答： 使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或者U AK >0且U GK >0； 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。 2.3图2-1中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，各波形的电流最大值均为m I ， 试计算各波形的电流平均值1d I 、2d I 、3d I 与电流有效值1I 、2I 、3I ，和它们的波形系数1f K ，2f K ，3f K 。 题图2.1 晶闸管导电波形 解： a) 1d I = 4 1 2sin()(1)0.27222 m m m I I t I π π ωπ π= +≈? 1I 24 131(sin )()0.4822 42m m m I I t d wt I ππ ?π π = +≈? 111/0.48/0.27 1.78f d m m K I I I I === b) 2d I =412 sin ()(1)0.5422 m m m I I td wt I ππ?=+=∏? 2I 24 21 31(sin )()0.67242m m m I I t d wt I π π ?π π = +≈? 222/0.67/0.54 1.24f d m m K I I I I === c) 3d I = 20 1 1()24 m m I d t I π ωπ = ? 3I 220 1 1()22 m m I d t I π ωπ = ? 333/0.5/0.252f d m m K I I I I === 2.4. 如果上题中晶闸管的通态平均电流为100A ，考虑晶闸管的安全裕量为1.5，问其允许通
德州科技职业学院机电系14级机电专业 期末考试试题 《电力电子技术》试卷 一、选择（每题1.5分，共60分） 1、 晶闸管内部有（ ）个PN 结。 A 、1 B 、2 C 、3 D 、4 2、晶闸管在电路中的门极正向偏压（ ）越好。 A 、越大 B 、越小 C 、不变 D 、越稳定 3、晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ ）来表示的。 A 、有效值 B 、最大值 C 、平均值 D 、瞬时值 4、双向晶闸管是用于交流电路中的，其外部有（ ）个电极。 A 、一个 B 、两个 C 、三个 D 、四个 5、下列电力半导体器件电路符号中，表示IGBT 器件电路符号的是（ ） 6、比较而言，下列半导体器件中开关速度最快的是（ ） A 、IGBT B 、MOSFET C 、GTR D 、GTO 7、比较而言，下列半导体器件中开关速度最慢的是（ ） A 、IGBT B 、MOSFET C 、GTR D 、GTO 8、比较而言，下列半导体器件中性能最好的是（ ） A 、IGBT B 、MOSFET C 、GTR D 、GTO 9、比较而言，下列半导体器件中输入阻抗最大的的是（ ） A 、IGBT B 、MOSFET C 、GTR D 、GTO 10、下列半导体器件中属于电流型控制器件的是（ ） A 、IPM B 、MOSFET C 、IGBT D 、GTO 11、逆变电路输出频率较高时，电路中的开关元件应采用（ ） A 、晶闸管 B 、单结晶体管 C 、电力晶体管 D 、绝缘栅双极型晶体管 12、电力场效应管MOSFET 适于在（ ）条件下工作 A 、直流 B 、低频 C 、中频 D 、高频 13、要使绝缘栅双极型晶体管导通，应（ ） A 、在栅极加正电压 B 、在集电极加正电压 C 、在栅极加负电压 D 、
电力电子技术简答题汇总标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
电力电子简答题汇总 问题1：电力电子器件是如何定义和分类的？ 答：电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中， 实现电能变换或控制的电子器件。 电力电子器件的分类： 按照器件能够被控制的程度分类：半控型、全控型、不控型 按照驱动电路信号的性质分类：电流驱动型、电压驱动型 按照内部导电机理：单极型、双极型、复合型 根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间有效信号的波形，可分为脉冲触发型和电平控制型。 问题2：同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的特点是什么？ 解答：①能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力，是最重要的参数。其处理电功率的能力大多都远大于处理信息的电子器件。 ②电力电子器件一般都工作在开关状态。
③由信息电子电路来控制,需要驱动电路。 问题3：使晶闸管导通的条件是什么？ 解答：两个条件缺一不可： （1）晶闸管阳极与阴极之间施加正向阳极电压。 （2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。 问题4：维持晶闸管导通的条件是什么怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 解答：维持晶闸管导通的条件是流过晶闸管的电流大于维持电流。 欲使之关断，只需将流过晶间管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极电压反向、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。 问题5：GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？ 解答：GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别： 设计α2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于关断GTO。 导通时α1+α2更接近1，导通时接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。多元集成结构，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。问题6：试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。
《电力电子技术》习题及解答 思考题与习题 什么是整流它与逆变有何区别 答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变，它是对应于整流的逆向过程。 单相半波可控整流电路中，如果： (1)晶闸管门极不加触发脉冲； (2)晶闸管内部短路； (3)晶闸管内部断开； 试分析上述三种情况负载两端电压u d和晶闸管两端电压u T的波形。 答：（1）负载两端电压为0，晶闸管上电压波形与U2相同； （2）负载两端电压为U2，晶闸管上的电压为0； （3）负载两端电压为0，晶闸管上的电压为U2。
某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些 答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。由于具有电感，当其电流增大时，在电感上会产生感应电动势，抑制电流增加。电阻性负载时整流输出电流的峰值大些，在流过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额定电流大一些的管子。 某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。 解：设α=0，T 2被烧坏，如下图： 相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么带大电感负载时，负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么 答：相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的平均功率d d d I U P =不等于负载有功功率UI P =。因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流U d 与I d 外还有谐波分量Λ ,,21U U 和Λ,,21I I ，负载上有功功率为Λ+++=22212P P P P d >d d d I U P =。
考试试卷 一、填空题（本题共17小题，每空1分，共20分） 1、晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常用的外形有与。 2、选用晶闸管的额定电流时，根据实际最大电流计算后至少还要乘以。 3、晶闸管的导通条件是。 4、晶闸管的断态不重复峰值电压U DSM与转折电压U BO在数值大小上应为U DSM U BO。 5、从晶闸管的伏安特性曲线可知，晶闸管具有的特性。 6、把晶闸管承受正压起到触发导通之间的电角度称为。 7、触发脉冲可采取宽脉冲触发与双窄脉冲触发两种方法，目前采用较多的是 触发方法。 8、可控整流电路，是三相可控整流电路最基本的组成形式。 9、在三相半波可控整流电路中，电感性负载，当控制角时，输出电压波形出现负值，因而常加续流二极管。 10、三相桥式整流电路中，当控制角α＝300时，则在对应的线电压波形上触发脉冲距波形原点为。 11、考虑变压器漏抗的可控整流电路中，如与不考虑漏抗的相比，则使输出电压平均值。 12、有源逆变器是将直流电能转换为交流电能馈送回的逆变电路。 13、有源逆变产生的条件之一是：变流电路输出的直流平均电压U d的极性必 须保证与直流电源电势E d的极性成相连，且满足|U d|<|E d|。 14、为了防止因逆变角β过小而造成逆变失败，一般βmin应取，以保 证逆变时能正常换相。 15、载波比(又称频率比)K是PWM主要参数。设正弦调制波的频率为f r，三 角波的频率为f c，则载波比表达式为K= 。 16、抑制过电压的方法之一是用吸收可能产生过电压的能量，并用 电阻将其消耗。 17、斩波器的时间比控制方式分为、、三种方式。 二、选择题（本题共10小题，每题1分，共10分） 1、晶闸管的伏安特性是指( ) A、阳极电压与门极电流的关系 B、门极电压与门极电流的关系 C、阳极电压与阳极电流的关系 D、门极电压与阳极电流的关系
电力电子技术总习题试题答案 一、简答题 1、晶闸管导通的条件是什么？ （1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压 （2）晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压和电流 2、有源逆变实现的条件是什么？ （1）晶闸管的控制角大于90度，使整流器输出电压Ud为负 （2）整流器直流侧有直流电动势，其极性必须和晶闸管导通方向一致，其幅值应大于变流器直流侧的平均电压 3、电压源逆变电路与电流源逆变电路的区别？ （1）电压型无源逆变电路直流侧接大电容滤波，输出电压为方波交流，输出电流的波形与负载性质有关；电流型无源逆变电路直流侧接大电感滤波，输出电流为方波交流，输出电压的波形与负载性质有关 （2）电压型无源逆变电路各逆变开关管都必须反并联二极管，以提供之后的感性负载电流回路；电流型无源逆变电路各逆变开关管不需反并联二极管，但是应在负载两端并联电容，以吸收换流时负载电感中的储能 4、单极性调制与双极性调制的区别？ （1）单极性调制是指逆变器输出的半个周期中，被调制成的脉冲输出电压只有一种极性，正半周为+Ud和零，负半周为-Ud和零 （2）双极性调制是指逆变器输出的每半个周期中都被调制成+/-Ud之间变化的等幅不等宽的脉冲列 在近似相同的条件下，单极性调制比双极性调制具有更好的谐波抑制效果。 5、电力变换的基本类型包括哪些？ 包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ （３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ 6、半控桥能否用于有源逆变？为什么。 半控桥不能用于有源逆变，因为半控桥整流输出电压在移相范围内始终大于零。 7、直流斩波器的控制方式？ 时间比控制方式：定频调宽定宽调频调频调宽 瞬时值控制和平均值控制 8、电压型无源逆变的特点是什么？ 电压型无源逆变电路输入为恒定的直流电压，输出电压为方波交流电压，输出电流波形与负载的性质有关，阻感需要在功率电子器件旁边反并联二极管，以提供滞后电流的续流回路。 9、简述正弦脉宽调制技术的基本原理？ 正弦脉宽调制技术是把正弦波调制成一系列幅值相等，宽度按正弦规律变化的脉冲列，实现的方式有计算法和调制法两种，调制法分为单极型调制和双极型调制。 10、电力电子技术的定义和作用 电力电子技术是研究利用电力电子器件实现电能变换和控制的电路，内容涉及电力电子器件、功率变换技术和控制理论，作用是把粗电变成负载需要的精电。 11、电力电子系统的基本结构 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期
1.晶闸管导通和关断的条件是什么？.晶闸管可否作线性放大器使用？为什么？要使晶闸管由导通变为关断，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。 晶闸管不能作线性放大器使用。因为它只有两种状态（导通和截至），没有晶体管、场效应管那样的线性工作区（放大状态） 2.在有源逆变的整流系统中，逆变颠覆的原因是什么？ 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串联，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。 防止逆变夫败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角 等。 逆变失败的原因：触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。 晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。 交流电源缺相或突然消失。 换相的裕量角不足，引起换相失败。 3.谐振开关逆变技术的主要思想是什么？ 主要解决电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高。通过在开关过程前引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低他们的变化率，从而大大减小甚至消除开关损耗。同时，谐振过程限制了开关过程中的电压和电流的变化率，这使得开关噪声也明显减小。 4. 简述现代电力电子技术主要研究的内容及其应用领域。 现代电力电子技术，是弱电和强电的接口，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。因此，其主要研究内容为：利用大功率电子器件对电能进行变换和控制，分为电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电力电子装置和电力电子系统的技术即交流技术还有电力电子制造技术。 应用领域：电力电子技术的应用范围十分广泛，它不仅用于一般工业，也广泛应于于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域也有着广泛的应用。 6.逆变电路多重化的目的是什么？如何实现？串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合？ 逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提供，二是可以改善输出
电力电子技术第五版课后习题及答案 第二章电力电子器件 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2.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：uAK>0且uGK>0。 2-3.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 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。要使晶闸管由导通变为关断，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。 2-4图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Imπ4π4π25π4a)b)c)图1-43
图2-27晶闸管导电波形 解：a)I d1=π21ππωω4 )(sin t td I m=π2m I(122+)≈0.2717I m I1=π π ωωπ42)()sin(21 t d t I m=2m Iπ 2143+≈0.4767I m b)I d2= π1ππωω4)(sin t td I m=πm I(122+)≈0.5434I m I 2=ππωωπ42)()sin(1t d t I m=2 2m Iπ2143+≈0.6741I m c)I d3=π2120)(πωt d I m=4 1I m I3=2 02)(21πωπt d I m=2 1I m2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解：额定电流I T(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有效值I =157A，由上题计算结果知 a)I m1≈4767 .0I≈329.35，I d1≈0.2717I m1≈89.48 2/16b)I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434I m2≈126.56c)I m3=2I=314, I d3=41
北京交通大学学生考试试题 课程名称：电力电子技术（A 卷） 2009 –2010学年 2学期 出题：课程组 题号 一 二 三 四 五 六 七 总成绩 得分 阅卷人 一、单选题（每题2分，共20分） 1、下列功率器件中，哪种器件最适合于小功率、高开关频率的变换器？ ① SCR ② IGBT ③ MOSFET ④ IGCT 2、在单相全控桥带大电感负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为： ① 0.707U 2 ② 1.414U 2 ③ 0.9U 2 ④ 3.14U 2 3、对三相半波可控整流电路电阻性负载来说，触发脉冲的移相范围是： ① 0 ~90 ② 0 ~120 ③ 0 ~150 ④ 0 ~180 4、下列哪个电路不能实现输入输出之间的能量双向流动： ① PWM 整流电路 ② 无源逆变电路 ③ 交交变频电路 ④ BUCK 电路 5、单端反激变换器是 ① BOOST 变换器的派生电路 ② BUCK 变换器的派生电路 ③ 丘克变换器的派生电路 ④ BUCK —BOOST 变换器的派生电路 6、在谐振变换器中，ZVS 表示 ① 零电压开关 ② 零电流开关 ③ 硬开关 ④ PWM 开关 7、采用并联缓冲吸收电路的目的是为了 学院 班级 学号 姓名 ------------------------------------装 -------------------------------------------------------------------订--------------------------------------线-----------------