电力电子技术 笔记和课后习题考研真题详解

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。

《电力电子技术》习题答案(第四版_ 1.电力电子技术的基本原理是什么？答：电力电子技术是指通过电子器件将
电能进行控制和转换的技术。

其基本原理是利用半导体器件的导通和截止特性，通过控制电流和电压的方向和大小，实现对电能的调节和转换。

2.什么是电力电子器件？答：电力电子器件是用于电力电子技术中的半导体
器件，常见的有晶闸管、二极管、MOSFET、IGBT等。

这些器件具有导通和截止的特性，可以实现对电能的控制和转换。

3.请简述晶闸管的工作原理。

答：晶闸管是一种双向可控的半导体开关器
件。

其工作原理是通过控制晶闸管的控制极，将其导通或截止。

当控制极施加一个触发脉冲时，晶闸管的阳极和阴极之间的电流将开始流动，晶闸管处于导通状态；当没有触发脉冲时，晶闸管处于截止状态。

4.什么是PWM调制技术？答：PWM调制技术是一种通过改变脉冲宽度的方式
来实现对电能的调节。

通过改变脉冲的宽度，可以改变电平的平均值，从而实现对电能的调节。

PWM调制技术广泛应用于电力电子领域，如变频调速、电力供应等。

5.请简述逆变器的工作原理。

答：逆变器是一种将直流电能转换为交流电能
的电力电子设备。

其工作原理是通过控制器控制晶闸管等开关器件的导通和截止，将直流电源的电压和电流转换为交流电压和电流。

逆变器广泛应用于太阳能发电、电动汽车等领域。

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2章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0︒和60︒时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。

解：α＝0︒时，在电源电压u 2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L 储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。

在电源电压u 2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。

因此，在电源电压u 2的一个周期里，以下方程均成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑到初始条件：当ωt ＝0时i d ＝0可解方程得：)cos 1(22d t L U i ωω-= ⎰-=πωωωπ202d )(d )cos 1(221t t L U I =LU ω22=22.51(A)u d 与i d 的波形如下图：当α＝60°时，在u 2正半周期60︒~180︒期间晶闸管导通使电感L 储能，电感L 储藏的能量在u 2负半周期180︒~300︒期间释放，因此在u 2一个周期中60︒~300︒期间以下微分方程成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑初始条件：当ωt ＝60︒时i d ＝0可解方程得：)cos 21(22d t L U i ωω-=其平均值为)(d )cos 21(2213532d t t L U I ωωωπππ-=⎰=L U ω222=11.25(A) 此时u d 与i d 的波形如下图：2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为222U ；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。

电力电子技术课后复习题（全面）1、电力电子技术是一种利用电力电子器件对电能进行控制、转换、和传输的技术。

2、电力电子技术包括电力电子器件、电路和控制三大部分。

3、电力电子技术的基本转换形式和功能：整流电路----AC/DC----整流器直流斩波----DC/DC----斩波器逆变电路----DC/AC----逆变器交流电路----AC/AC----变频器4、电力电子器件是指在可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

5、广义上，电力电子器件也可分为电真空器件和半导体器件。

6、按照器件能够被控制电路信号所控制的程度的程度进行分类：不可控器件---------电力二极管（功率二极管PD）半控型器件---------晶闸管(SCR)全控型器件---------电力晶体管（GTR）7、全控型器件也称自关断器件。

代表元件：门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）。

8、按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质进行分类：电流驱动型：晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管等。

电压驱动型：电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管等。

9、按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分类：双极型器件:电力二极管、晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管单极型器件：电力场效应晶体管。

复合型器件：绝缘栅双极晶体管。

10、功率二极管（PD）又称电力二极管，也称半导体整流器。

其基本结构与普通二极管一样。

有螺栓型和平板型两种封装。

正平均电流I F(A V): 电流最大有效值I 11．功率二极管的测试：用万用表的Rx100或Rx1测量。

【注】严禁用兆欧表测试功率二极管。

选择二极管时要考虑耗散功率。

不可控器件------功率二极管（电力二极管）12、功率二极管的主要类型：普通二极管、快速恢复二极管、肖特基二极管。

13、半控型器件----晶闸管（SCR）是硅晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器。

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Im π4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27 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 =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41 I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m 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 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≈89.482 / 16 b) I m2≈6741.0I ≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41I 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a1和a2，由普通晶阐管的分析可得,a1+a2=1是器件临界导通的条件。

《电力电子技术》习题及解答第1章思考题与习题1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。

导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A决定。

1.2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A减小，I A下降到维持电流I H以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。

进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A决定。

1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。

1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1) I g=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。

1.5请简述晶闸管的关断时间定义。

答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。

即gr rr q t t t +=。

1.6试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。

1.7请简述光控晶闸管的有关特征。

答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。

主要用于高压大功率场合。

1.8型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题1.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答：（a ）因为H A I mA K V I <=Ω=250100，所以不合理。

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Im ，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。

解：a) Id1=Im2717.0)122(2Im)(sinIm214≈+=⎰πωπππtI1=Im4767.021432Im)()sin(Im2142≈+=⎰πϖπππwtdtb) Id2=Im5434.0)122(2Im)(sinIm14=+=⎰wtd tππϖπI 2=Im6741.021432Im2)()sin(Im142≈+=⎰πϖπππwtdtc) Id3=⎰=2Im41)(Im21πωπtdI3=Im21)(Im2122=⎰tdωππ2-5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、Id2、Id3各为多少?这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3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, 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=5.78413=m I2-6 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。

电力电子技术课后部分习题参考答案1电力电子技术部分复习题参考答案一、略二、图1所示的单相桥式整流电路中，V U 2202=、触发角°=30a ，负载为阻感负载，电感L 的值极大，W =5R 。

1、绘制输出电压d u 、输出电流d i 、变压器副边电流2i 的波形；2、计算输出电压d u 、输出电流d i 的平均值3、计算晶闸管的电流有效值。

VT1VT2VT4VT3udi du RL1u 2i图1 答案：答案：1．波形绘制．波形绘制du2 2．电路参数计算）．电路参数计算）)(47.17130cos 2209.0cos 9.02V U U d =°´´=××=a)(29.34547171A RU I d d ===78.022047.171222===××=U U I U I U d d d l3 3．电路参数计算．电路参数计算 )(25.242A I I d T ==三、图2所示的三相半波可控电路中，相电压V U 2202=、触发角°=30a ，反电动势V E 30=，电感L 的值极大，W =15R 。

1 1、计算输出电压、计算输出电压d u 、输出电流d i 的平均值、的平均值、a a 相的电流a i 的有效值；2 2、绘制输出电压、绘制输出电压d u 、输出电流d i 、a 相的电流a i 的波形的波形b a cVT1VT2VT3di R LEai du T图2答案：答案： 1．电路参数计算)(91.22230cos 22017.1cos 17.12V U U d =°´´=××=a)(86.12153091.222A RE U I d d =-=-=)(43.7386.123A I I d a ===2．波形绘制四、三相全控桥式整流电路带反电动势阻感负载，已知：负载电阻W =1R ，电感=µd L ，相电压V U 2202=，mH L B 1=，当反电动势V E 400=，控制角α=120=120°或逆变角β°或逆变角β°或逆变角β=60=60=60°时，°时，请计算输出电压平均值d U 、输出电流平均值d I 和换相重叠角g 。

第一章绪论1.1题解实例一、填空题：1、电力电子技术是一门穿插学科，其内容涉及、和三大学科。

答：电气工程、电子科学与技术、控制理论2、电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括、和三个组成局部。

答：电力电子器件、电力电子电路、控制技术3、电力电子电路的根本任务是实现电能变换和控制。

电能变换的根本形式有：变换、变换、变换、变换四种。

答：AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC4、硅晶闸管派生器件双向晶闸管常用于交流和电路中。

答：调压、调功5、光控晶闸管是通过光信号控制晶闸管导通的器件，它具有很强的、良好的和较高的瞬时承受能力，因而被应用于高压直流输电、静止无功功率补偿等领域。

答：光信号、抗干扰能力、高压绝缘性能、过电压6、第二代电力电子器件以具有自关断能力的全控型器件、和为代表。

答：GTR、MOSFET、IGBT7、IGBT器件是一种复合器件。

它兼有和的开关速度快、平安工作区宽、驱动功率小、耐高压、载流能力大等优点。

答：功率MOSFET、双极型器件8、直流电动机变速传动控制是利用或获得可变的直流电源，对直流电动机电枢或励磁绕组供电，实现直流电动机的变速传动控制。

答：整流器、斩波器9、交流电动机变速传动控制那么是利用或对交流电动机供电，通过改变的供电电源的频率和电压等来到达交流电动机的变速传动。

答：逆变器、交－交直接变频器10、太阳能电池板获得的原始直流电压是与太阳光强度等因素有关的，它需要通过一个变换器来稳定直流电压，再通过变换器变为所要求的交流电供负载使用或将电能馈入市电。

答：DC－DC、DC－AC二、问答题：1、什么是电力电子技术.它有几个组成局部.答：电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括电力电子器件、电力电子电路〔变流电路〕和控制技术三个组成局部。

2、电能变换电路有哪几种形式.各自的功能是什么.答：电能变换电路有四种形式：AC/DC变换电路、DC/AC变换电路、DC/DC 变换电路、AC/AC变换电路。

《电力电子技术》（科学出版社_程汉湘编著）习题答案2-1.一个开关器件的数据表的详细开关时间如下（对应图2.7(a)）所示固定感应开关的线性特性）：t ri =100ns ，t fv =50ns ，t rv =100ns ，t fi =200ns 。

试计算当频率范围为25~100khz 时的开关能量损失，并绘图。

假设图2.7(a)的电路中U d =300V ，I 0=4A 。

解：(1)先求出25s f kHz =时的开关能量损失T P 1)开关损耗：由： 7()150 1.510c on ri fv t t t ns s -=+==?7()300310c off rv fi t t t ns s -=+==? 4()() 4.510s on off t tc tc s -=+=?得：470113004 2.510 4.5106.7522s d S s P U I f t w-===2)导通损耗：000on on on on s sU Vt P U I f t =∴==3)关断损耗：01 4.52offd s off P U I f t w=开关的平均能量损耗： 6.75T s o n s P P P P w =+== 开关损耗如图2-1(2)同理：当100s f K H z =时： 1)开关损耗：由： 7()150 1.510c on ri fv t t t ns s -=+==?7()300310c off rv fi t t t ns s -=+==? 4()() 4.510s on off t tc tc s -=+=?570113004110 4.5102722s d S s P U I f t w-===2)导通损耗：000on on on on s sU Vt P U I f t =∴==3)关断损耗：01182offd s off P U I f t w=开关的平均能量损耗： 27T s on s P P P P w =+== 开关损耗如图2-2图2-1 图2-22-2.在下图的开关电路中，有U d =300V ，f V =100kHz ，R =75Ω。

2-1.一个开关器件的数据表的详细开关时间如下（对应图2.7(a)）所示固定感应开关的线性特性）：t ri =100ns ，t fv =50ns ，t rv =100ns ，t fi =200ns 。

试计算当频率范围为25~100khz 时的开关能量损失，并绘图。

假设图2.7(a)的电路中U d =300V ，I 0=4A 。

解：(1)先求出25s f kHz =时的开关能量损失T P 1)开关损耗：由： 7()150 1.510c on ri fv t t t ns s -=+==⨯7()300310c off rv fi t t t ns s -=+==⨯ 4()() 4.510s on off t tc tc s -=+=⨯得：470113004 2.510 4.5106.7522s d S s P U I f t w-=∙∙∙=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=2)导通损耗：000on on on on s sU Vt P U I f t =∴=∙∙∙=3)关断损耗：01 4.52offd s off P U I f t w=∙∙∙=开关的平均能量损耗： 6.75T s o n s P P P P w =+==开关损耗如图2-1(2)同理：当100s f K H z =时： 1)开关损耗：由： 7()150 1.510c on ri fv t t t ns s -=+==⨯7()300310c off rv fi t t t ns s -=+==⨯ 4()() 4.510s on off t tc tc s -=+=⨯570113004110 4.5102722s d S s P U I f t w-=∙∙∙=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=2)导通损耗：000on on on on s sU Vt P U I f t =∴=∙∙∙=3)关断损耗：01182offd s off P U I f t w=∙∙∙=开关的平均能量损耗： 27T s on s P P P P w =+== 开关损耗如图2-2图2-1 图2-22-2.在下图的开关电路中，有U d =300V ，f V =100kHz ，R =75Ω。