电力电子技术第三章第4讲及作业资料

第二章 电力电子器件4. 图1-1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。

002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图1-1 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πmI (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21I m 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≈329.35A ，I d1≈0.2717 I m1≈89.48A b) I m2≈6741.0I≈232.90A,I d2≈0.5434 I m2≈126.56A c) I m3=2 I = 314A, I d3=41I m3=78.5A6. 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 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。

第3章复习题及思考题解答1. 直流/直流电压变换中开关器件的占空比D是什么？推证图 3.1(c)所示脉宽时间为onT、脉宽角度为θ、周期为ST、幅值为SV的方波脉冲电压O()v t的直流平均值及各次谐波的幅值。

图3.1 Buck变换器电路结构及降压答：占空比D是开关管导通时间onT与开关周期ST的比值。

图 3.1(c)中方波脉冲电压O()v t可以表示为如下傅里叶表达式：SO S12()sin(π)cos()πnVV t DV nD n tnωω∞==+⋅∑，其中常数项为直流平均值，即O SV DV=，各余弦项为各次谐波，其幅值为：S Sn22sin()sin(π)π2πV Va n nDn nθ==。

2. 脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM的优缺点是什么？答：脉冲宽度调制方式PWM，保持ST不变（开关频率不变），改变onT调控输出电压V；脉冲频率调制方式PFM，保持onT不变，改变开关频率或周期调控输出电压V。

实际应用中广泛采用PWM方式。

因为采用定频PWM开关时，输出电压中谐波的频率固定，滤波器设计容易，开关过程所产生电磁干扰容易控制。

此外由控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号容易实现。

但是在谐振软开关变换器中为了保证谐振过程的完成，采用PFM控制较容易实现。

3. Buck变换器中电感电流的脉动和输出电压的脉动与哪些因数有关，试从物理上给以解释。

答：电感电流的脉动量与电感量L、开关频率Sf、输入电压SV、输出电压OV有关，输出电压的脉动量与电感量L、电容量C、开关频率S f、输出电压O V有关。

电感量L、电容量C越大其滤波效果越好，而开关频率S f越高，滤波电感的交流阻抗Lω就越大，它对直流电压的阻抗基本为0，同时滤波电容的交流阻抗1/Cω越小。

4. Buck变换器断流工况下的变压比M与哪些因数有关，试从物理上给以解释。

答：Buck变换器在电流断续工况下其变压比M不仅与占空比D有关，还与负载电流OI的大小、电感L 、开关频率S f 以及电压O V 等有关。

第3章 直流斩波电路1．简述图3-1a 所示的降压斩波电路工作原理。

答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V 导通一段时间t on ，由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间，u o ＝E 。

然后使V 关断一段时间t off ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，u o ＝0。

一个周期内的平均电压U o ＝E t t t ⨯+offon on。

输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

2．在图3-1a 所示的降压斩波电路中，已知E =200V ，R =10Ω，L 值极大，E M =30V ，T =50μs,t on =20μs,计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。

解：由于L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为U o =E T t on =5020020⨯=80(V) 输出电流平均值为I o =R E U M o -=103080-=5(A)3．在图3-1a 所示的降压斩波电路中，E =100V ， L =1mH ，R =Ω，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I o ，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。

当t on =3μs 时，重新进行上述计算。

解：由题目已知条件可得：m =E E M =10010= τ=RL =5.0001.0=当t on =5μs 时，有ρ=τT = =τont =由于11--ραρe e =1101.00025.0--e e =>m 所以输出电流连续。

此时输出平均电压为U o =E T t on =205100⨯=25(V) 输出平均电流为I o =R E U M o -=5.01025-=30(A) 输出电流的最大和最小值瞬时值分别为I max =R E m e e ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----ραρ11=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----e e =(A)I min =R E m e e ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---11ραρ=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---e e =(A) 当t on =3μs 时，采用同样的方法可以得出： αρ=由于11--ραρe e =1101.0015.0--e e =>m 所以输出电流仍然连续。

电力电子技术第四版三四章课后答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII第3章 直流斩波电路1．简述图3-1a 所示的降压斩波电路工作原理。

答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V 导通一段时间t on ，由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间，u o ＝E 。

然后使V 关断一段时间t off ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，u o ＝0。

一个周期内的平均电压U o ＝E t t t ⨯+offon on。

输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

2．在图3-1a 所示的降压斩波电路中，已知E =200V ，R =10Ω，L 值极大，E M =30V ，T =50μs,t on =20μs,计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。

解：由于L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为U o =E T t on =5020020⨯=80(V) 输出电流平均值为I o =R E U M o -=103080-=5(A)3．在图3-1a 所示的降压斩波电路中，E =100V ， L =1mH ，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I o ，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。

当t on =3μs 时，重新进行上述计算。

解：由题目已知条件可得：m =E E M =10010=0.1 τ=RL =5.0001.0=0.002当t on =5μs 时，有ρ=τT =0.01αρ=τont =0.0025由于11--ραρe e =1101.00025.0--e e =0.249>m所以输出电流连续。

此时输出平均电压为U o =E T t on =205100⨯=25(V) 输出平均电流为I o =R E U M o -=5.01025-=30(A) 输出电流的最大和最小值瞬时值分别为I max =R E m e e ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----ραρ11=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----e e =30.19(A)I min =R E m e e ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---11ραρ=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---e e =29.81(A) 当t on =3μs 时，采用同样的方法可以得出： αρ=0.0015由于11--ραρe e =1101.0015.0--e e =0.149>m 所以输出电流仍然连续。

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U 2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︒ ，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22U 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 U 2，通常设计时，应取RC≥ 1.5~2.5T ，此时输出电压为U d ≈ 1.2 U 2(U 2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 等于 26U ，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︒ (U 2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︒ 。

第3章整流电路第4讲3.2.2 三相桥式全控整流电路P56补充：二极管三相桥式不控整流电路电路结构：1.变压器副边按“星形(Y)”连接。

2.三只二极管(VD1、VD3、VD5)的阴极连接在一起，称为共阴组；三只二极管(VD4、VD6、VD2)的阳极连接在一起，称为共阳组。

3.共阴组公共点输出直流电压正极。

共阳组公共点输出直流电压负极。

工作原理(要求掌握的内容)：1.六只二极管在三相交流电源的作用下如何导通和关断(即：如何自然换相)？2.负载电压是相电压或线电压？补充：二极管三相桥式不控整流电路：工作原理1.依据二极管的工作原理：施加正向电压的二极管自动导通，施加反向电压时二极管自动关断。

2.任何时刻共阴组和共阳组中各有一只二极管导通向负载供电。

共阴组中，与相电压最高一相连接的二极管导通。

共阳组中，与相电压最低一相连接的二极管导通。

结论：每60°间隔有一次自然换相。

正极换相和负极换相交替进行。

每只二极管导通120°。

六个二极管按VD1-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6的顺序两两导通。

即:6+1,1+2,2+3,3+4,4+5,5+6,6+13.负载电压是线电压。

由导通两相之间的线电压施加在负载上。

负载电压波形是三相线电压在正半周的包络线。

如：U ab＝u a-u b (注：线电压用U，相电压用u)二极管三相桥式不控整流电路：作业如右图的二极管三相桥式不控整流电路。

说明：①在“ωt1～ωt4”期间内有哪几个二极管导通？②在“ωt1～ωt4”期间内有无自然换相？是正极换相或负极换相？③在“ωt2～ωt4”期间负载电压是多少？④在ωt3时刻，二极管VD5承受的电压是多少？二极管三相桥式不控整流电路：作业参考答案①在“ωt1～ωt4”期间内有哪几个二极管导通？答：在ωt1～ωt2”期间内：VD2和VD 3导通。

在ωt2～ωt4”期间内：VD3和VD4导通。

②在“ωt1～ωt4”期间内有无自然换相？是正极换相或负极换相？答：在ωt2时刻发生“负极自然换相”。

电力电子技术讲义电力电子技术讲义目录第1章电力电子器件 (3)第2章整流电路 (18)第3章逆变电路 (30)第4章直流直流变流电路 (39)第5章PWM控制技术 (45)第1章电力电子器件1.1电力二极管1. 电力二极管的基本特性电力二极管是指可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的二极管，它与其他电力电子器件相配合，作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件，在各种变流电路中发挥着重要作用；它的基本结构、工作原理和伏安特性与信息电子电路中的二极管相同，以半导体PN结为基础；主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管；由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成，从外形上看，大功率的主要有螺栓型和平板型两种封装，小功率的和普通二极管一致。

图1-1 电力二极管的外形、结构和电气图形符号a) 外形b) 结构c) 电气图形符号2.电力二极管的基本特性静态特性，主要是指其伏安特性。

正向电压大到一定值（门槛电压UTO ），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。

与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。

承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。

动态特性，因为结电容的导致电压-电流随时间变化，这就是电力二极管的动态特性，并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性，由正向偏置转换为反向偏置。

电力二极管并不能立即关断，而是须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断图1-2 电力二极管的伏安特性能力，进入截止状态。

在关断之前有较大的图1-3 电力二极管的动态过程波形 a)正向偏置转换为反向偏置b)零偏置转换为正向偏置反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。

延迟时间：td=t1-t0电流下降时间：tf =t2- t1反向恢复时间：trr=td+ tf恢复特性的软度： tf /td ，或称恢复系 数，用Sr 表示。

由零偏置转换为正向偏置，先出现一个过冲UFP ，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V ）。