电子电力课后习题答案 第一章电力电子器件 1.1 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 1.2 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。 1.3 图1－43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 1 、I 2 、I 3 。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I 1= 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 I 2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t c) I d3= ?= 2 Im 4 1 ) ( Im 2 1π ω π t d I 3= Im 2 1 ) ( Im 2 1 2 2= ?t dω π π 1.4.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 35 . 329 4767 .0 ≈ ≈ I A, I d1 ≈0.2717I m1 ≈89.48A
第1章绪论 1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。 2 电力变换的种类 （1）交流变直流AC-DC：整流 （2）直流变交流DC-AC：逆变 （3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现（4）交流变交流AC-AC：一般称作交流电力控制 3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。 第2章电力电子器件 1 电力电子器件与主电路的关系 （1）主电路：指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。 2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗。 3 电力电子系统基本组成与工作原理 （1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。 （2）检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。 （4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。 4 电力电子器件的分类 根据控制信号所控制的程度分类 （1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。如SCR晶闸管。 （2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。如GTO、GTR、MOSFET 和IGBT。 （3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。如电力二极管。 根据驱动信号的性质分类 （1）电流型器件：通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如SCR、GTO、GTR。（2）电压型器件：通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如MOSFET、IGBT。 根据器件内部载流子参与导电的情况分类 （1）单极型器件：内部由一种载流子参与导电的器件。如MOSFET。 （2）双极型器件：由电子和空穴两种载流子参数导电的器件。如SCR、GTO、GTR。（3）复合型器件：有单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。如IGBT。 5 半控型器件—晶闸管SCR 将器件N1、P2半导体取倾斜截面，则晶闸管变成V1-PNP 和V2-NPN两个晶体管。 晶闸管的导通工作原理 （1）当AK间加正向电压A E，晶闸管不能导通，主要是中间存在反向PN结。 （2）当GK间加正向电压G E，NPN晶体管基极存在驱动电流G I，NPN晶体管导通，产生集电极电流2c I。 （3）集电极电流2c I构成PNP的基极驱动电流，PNP导通，进一步放大产生PNP集电极电流1c I。 （4）1c I与G I构成NPN的驱动电流，继续上述过程，形成强烈的负反馈，这样NPN和PNP两个晶体管完全饱和，晶闸管导通。 2.3.1.4.3 晶闸管是半控型器件的原因 （1）晶闸管导通后撤掉外部门极电流G I，但是NPN基极仍然存在电流，由PNP集电极电流1c I供给，电流已经形成强烈正反馈，因此晶闸管继续维持导通。 （2）因此，晶闸管的门极电流只能触发控制其导通而不能控制其关断。 2.3.1.4.4 晶闸管的关断工作原理 满足下面条件，晶闸管才能关断： （1）去掉AK间正向电压； （2）AK间加反向电压； （3）设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。 2.3.2.1.1 晶闸管正常工作时的静态特性 （1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 （2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。 （3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。 （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以下。 2.4.1.1 GTO的结构 （1）GTO与普通晶闸管的相同点：是PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。 （2）GTO与普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件，其内部包含数十个甚至数百个供阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极在器件内部并联在一起，正是这种特殊结构才能实现门极关断作用。 2.4.1.2 GTO的静态特性 （1）当GTO承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 （2）当GTO承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情
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
电力电子技术第五版课后习题答案 第二章电力电子器件 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：U AK >0且U GK >0。 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。 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 解：a) I di =丄 jmsin ，td(，t)=5 (2 1) 0.27仃 I m 2冗 4 2冗 2 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 di 、I d2、 I d3各为多少？这时，相应的电流最大值 I m1 > I m2 > I m3 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 0.4767 329.35, I d1 0.27 仃 I m1 89.48 b) c) "=J 舟 /(泾：n^t)2 d( 第1章电力电子器件 填空题： 1.电力电子器件一般工作在________状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。 3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加________。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为________、________、________三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为________。 6.电力二极管的主要类型有________、________、________。 7.肖特基二极管的开关损耗________快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为 ____ 正向有触发则导通、反向截止 ____ 。 9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L________I H。 10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM________Ubo。 11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________。 14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。 15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。 16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET 。 17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。 18.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为________和________两类。 19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。 20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。 21.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。在过电流保护中，快速熔断器的全保护适用于________功率装置的保护。 目录 第1章电力电子器件 (1) 第2章整流电路 (4) 第3章直流斩波电路 (20) 第4章交流电力控制电路和交交变频电路 (26) 第5章逆变电路 (31) 第6章PWM控制技术 (35) 第7章软开关技术 (40) 第8章组合变流电路 (42) 第5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．换流方式各有那几种？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：由电网提供换流电压，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。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采用电网换流、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 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 1 、I 2 、I 3 。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I 1= 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 I 2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ? π ? π π π wt d t c) I d3= ?= 2 Im 4 1 ) ( Im 2 1π ω π t d I 3= Im 2 1 ) ( Im 2 1 2 2= ?t dω π π 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 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I 1、I 2、I 3。 解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 21 4≈+= ?πωπ π π t I 1=Im 4767.021 432Im )()sin (Im 21 4 2≈+= ? π?π ππ wt d t b) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 1 4 =+= ? wt d t ππ ?π I 2=Im 6741.021 432Im 2)()sin (Im 14 2≈+= ? π?π π π wt d t c) I d3=? = 20 Im 41)(Im 21 π ωπ t d I 3=Im 21)(Im 21 20 2= ? t d ωπ π 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 35 .3294767.0≈≈ I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A 第五章 1.换流方式有哪几种?各有什么特点? 答:换流方式有4种: ①器件换流。利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。 ②电网换流。由电网提供换流电压称为电网换流。这种换流方式应 用于由交流电网供电的电路中，它是利用电网电压自动过零并变负的性能来实现换流的。 ③负载换流。由负载提供换流电压称为负载换流。这种换流方法多 用于直流电源供电的负载电路中。 ④强迫换流。设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反 向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。换流回路的作用是利用储能元件中的能量，产生一个短暂的换流脉冲，使原来导通的晶闸管电流下降到零，再使它承受一段时间反压，便可关断。 强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称电容换流。 2.什么是电压型和电流型逆变器？它们各有什么特点？ 答：⑴直流侧是电压源的逆变器称为电压型逆变器。 电压型逆变器的特点如下： 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由于直流电压源的箝位作用，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随负载阻抗情 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，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。逆变桥各臂反并联的二极管为交流侧向直流侧反馈无功能量提供了通道。 ④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。因为直流电源电压无脉动，故传送功率的脉动由直流侧电流的脉动来实现。 ⑵直流侧电源为电流源的逆变器称为电流型逆变器。 电流型逆变器有如下特点： 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各开关管仅是改变直流电流流通途径，交流侧输出电流波形为矩形波，与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位因负载阻抗角的不同而异，其波形常接近正弦波。 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功率能量的作用。因反馈无功能量时电流并不反向，故开关管不必反并联二极管。 ④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。因直流电流无脉动，故传送功率的脉动由直流电压的脉动来实现。 3.简述几种交流-直流-交流变频器是如何调压？是如何变频的？是如何改变相序的？ 答：电压型方波变频器是通过改变直流侧的电压改变输出交流电的电压幅值和有效值；通过改变开关管导通和关断的时间改变输出交 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I 1、I 2、I 3。 解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 21 4≈+= ?πωπ π π t I 1=Im 4767.021 432Im )()sin (Im 21 4 2≈+= ? π?π ππ wt d t b) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 1 4 =+= ? wt d t ππ ?π I 2=Im 6741.021 432Im 2)()sin (Im 14 2≈+= ? π?π π π wt d t c) I d3=? = 20 Im 41)(Im 21 π ωπ t d I 3=Im 21)(Im 21 20 2= ? t d ωπ π 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 35 .3294767.0≈≈ I A, ≈≈ I m2,90.2326741.0A I ≈≈ 5.2 为什么电流型逆变器一般不采用180度导通型和PWM控制方式？ 答：180度导通型逆变器，三相桥式电路六个开关在每个周期中通断一次，其输出三相电压或电流波形是阶梯波。180度导通型逆变器开关的通断频率较低于晶闸管为开关器件的逆变电路。因为晶闸管不能自关断，因此还需要辅助的关断电路，使逆变器的结构变得复杂，并且输出阶梯波的低次谐波分量较大，目前已经使用不多。 PWM控制方式：电流型逆变器的直流回路采用大电感滤波，电感使逆变器输入电流波动很小，具有电流源的性质。现在还有一种采用电压源而以电流控制的逆变器，也称电流型逆变器。它的直流环节采用大电容滤波，但是通过逆变器来控制输出电流，这种逆变器常用在负载为交流电动机的场合，目前已经使用不多。 5.3 SPWM控制的基本原理是什么？载波比N和调制度M的定义是什么？SPWM控制是如何实现逆变器输出的调频和调压控制的？ 答：SPWM控制的基本原理：在采样控制理论中有一个重要的结论：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。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。即当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。上述原理可以称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。 载波比N：即频率比，为载波频率与调制波频率之比， N=f c f r =f c f o =T r T c 载波比决定了一周期中组成输出交流电的脉冲个数。T c 调制比M：为了反映载波和调制波的关系，定义调制比M为调制波幅值与载波幅值之比: M=u rm U Cm 0<=M<1 改变了M即调节了输出交流电压，M也称为调节度。 采用PWM调制时，在输出电压中可以消除（N-2）次以下的谐波，N为载波比，因此除基波外，其最低次谐波为（N-2）次。 5.4 什么是同步调制和异步调制，两者各有什么优缺点？分段同步调制有什么优点？ 答：在异步调制中，载波频率f c保持不变，而调制波频脉冲率f r可调，因此载波比N 不是常数，将随f r变化。在异步调制时，在调制波的半周期里，脉冲的个数不固定，并且正负半周的脉冲个数也可能不等，使输出电压的正负半周不对称，产生附加的谐波。因为载波频率f c不变，在低频时，载波比N较高，这种不对称的影响较小，PWM波形接近正弦波。在高频时，载波比N较高，在半周期中脉冲的个数较少，这种不对称的影响就较大，因此异步调制一般要求载波比f c高一些，以便在高频输出时，也有足够的脉冲个数。 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 《电力电子技术》试题(1) 一、填空（30分） 1、双向晶闸管的图形符号是 ，三个电极分别是 ， 和 ；双向晶闸管的的触发方式有 、 、 、 .。 2、单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 。三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 。（电源相电压为U 2） 3、要使三相全控桥式整流电路正常工作，对晶闸管触发方法有两种，一是用 触发；二是用 触发。 4、在同步电压为锯齿波的触发电路中，锯齿波底宽可达 度；实际移相才能达 度。 5、异步电动机变频调速时，对定子频率的控制方式有 、 、 、 。 6、软开关电路种类很多，大致可分成 电路、 电路两大类。 7、变流电路常用的换流方式有 、 、 、 四种。 8、逆变器环流指的是只流经 、 而不流经 的电流，环流可在电路中加 来限制。 9、提高变流置的功率因数的常用方法有 、 、 。 10、绝缘栅双极型晶体管是以 作为栅极，以 作为发射极与集电极复合而成。 三、选择题（每题2分 10分） 1、α为 度时，三相桥式全控整流电路，带电阻性负载，输出电压波形处于连续和断续的临界状态。 A 、0度。B 、60度。C 、30度。D 、120度。 2、晶闸管触发电路中，若使控制电压U C =0，改变 的大小，使触发角α=90o，可使直流电机负载电压U d =0。达到调整移相控制围，实现整流、逆变的控制要求。 A 、 同步电压， B 、控制电压， C 、偏移调正电压。 3、能够实现有源逆变的电路为 。 A 、三相半波可控整流电路， B 、三相半控整流桥电路， C 、单相全控桥接续流二极管电路， D 、单相桥式全控整流电路。 4、如某晶闸管的正向阻断重复峰值电压为745V ，反向重复峰值电压为825V ，则该晶闸管的额定电压应为（ ） A 、700V B 、750V C 、800V D 、850V 5、单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相围是( ) A 、90° B 、120° C 、150° D 、180° 四、问答题（20分） 1、 实现有源逆变必须满足哪些必不可少的条件？（6分） 2、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。（7分） 3、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？（7分） 五、计算题（每题10分，20分） 1．在图示升压斩波电路中，已知E=50V ，负载电阻R=20Ω，L 值和C 值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs ，t on =25μs 时，计算输出电压平均值U 0，输出电流平均值I 0。 2、三相半波整流电路，如图所示：将变压器二次侧绕组等分为二段，接成曲折接法，每段绕组电压为100V 。试求： （1） 晶闸管承受的最大反压是多少？ （2） 变压器铁心有没有直流磁化？为什么？ 一、填空 1、 第一阳极T1，第二阳极T2，门极G ；I +，I -，III +，III -； 2、22U 2；6U 2。 3、大于60o小于120o的宽脉冲，脉冲前沿相差60o的双窄脉冲， 4、240o；0o—180o。 5、恒压频比控制、转差劲频率控制、矢量控制、直接转矩控制。 6、零电压、零电流 7、器件换流；电网换流；负载换流；强迫换流。 8、两组反并联的逆变桥；不流经负载；采用串联电抗器。 9、减小触发角；增加整流相数；采用多组变流装置串联供电；设置补偿电容。 10、电力场效应晶体管栅极为栅极；以电力晶体管集电极和发射极 一、 选择题 电力电子技术复习题1 第1章电力电子器件 1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。 3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、 _主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_ 、 _双极型器件_ 、_复合型器件_三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。 6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、 _肖特基二极管_。 7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为 __正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。 9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流I L在数值大小上有I L__大于__IH。 10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。 11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。 14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。 15.IGBT 的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。 16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。 17.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。 电力电子技术答案（第五版） 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 1、I 2、I 3。 解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 21 4≈+= ?πωπ π π t I 1=Im 4767.021 432Im )()sin (Im 21 4 2≈+= ? π?π ππ wt d t b) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 1 4 =+= ? wt d t ππ ?π I 2=Im 6741.021 432Im 2)()sin (Im 14 2≈+= ? π?π π π wt d t c) I d3=? = 20 Im 41)(Im 21 π ωπ t d I 3=Im 21)(Im 21 20 2= ? t d ωπ π 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 m135 .3294767.0≈≈I A, ≈≈ b) I m2, 90.2326741.0A I ≈≈ I d2A I m 56.1265434.02≈≈ 电子电力课后习题答案（王兆安 第五版） 机械工业出版社 第一章 电力电子器件 1.1 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 1.2 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。 1.3 图1－43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 1、I 2、I 3。 解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 21 4≈+= ?πωπ π π t I 1=Im 4767.021 432Im )()sin (Im 21 4 2≈+= ? π?π ππ wt d t b) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 1 4 =+= ? wt d t ππ ?π I 2=Im 6741.021 432Im 2)()sin (Im 14 2≈+= ? π?π π π wt d t c) I d3=? = 20 Im 41)(Im 21 π ωπ t d I 3=Im 21)(Im 21 20 2= ? t d ωπ π 1.4.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 35 .3294767.0≈≈ I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A b) I m2 , 90.2326741.0A I ≈≈ I d2A I m 56.1265434.02≈≈ c) I m3=2I=314 I d3=5 .7841 3=m I 1.5.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? 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。121＞ αα+两个等效晶体管过饱和而导通；121＜αα+不能维持饱和导通而关断。 GTO 之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同： l)GTO 在设计时2α较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO 关断； 2)GTO 导通时21αα+的更接近于l ，普通晶闸管5.121≥+αα，而GTO 则为05.121≈+αα，GTO 的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件； 3)多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。 1.6.如何防止电力MOSFET 因静电感应应起的损坏? 答：电力MOSFET 的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。MOSFET 的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过±20的击穿电压，所以为防止MOSFET 因静电感应而引起的损坏，应注意以下几点： ①一般在不用时将其三个电极短接； ②装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必第1章 电力电子器件王兆安
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