电力电子技术第2至第8章作业答案

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》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。

班级姓名学号第2/9章电力电子器件课后复习题第1部分：填空题1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。

3. 电力电子器件一般工作在开关状态。

4. 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。

5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件和全控型器件。

6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。

7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。

8. 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。

9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。

其反向恢复时间较长，一般在5μs以上。

10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。

11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。

12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。

要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。

13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。

选用时，一般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。

14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。

晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。

对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。

15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。

16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。

电⼒电⼦技术第2章习题-答案班级姓名学号第2/9章电⼒电⼦器件课后复习题第1部分：填空题1. 电⼒电⼦器件是直接⽤于主电路中，实现电能的变换或控制的电⼦器件。

2. 主电路是在电⽓设备或电⼒系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。

3. 电⼒电⼦器件⼀般⼯作在开关状态。

4. 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。

5. 按照器件能够被控制的程度，电⼒电⼦器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件和全控型器件。

6．按照驱动电路信号的性质，电⼒电⼦器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。

7. 电⼒⼆极管的⼯作特性可概括为单向导电性。

8. 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。

9. 普通⼆极管⼜称整流⼆极管多⽤于开关频率不⾼,⼀般为1K Hz以下的整流电路。

其反向恢复时间较长，⼀般在5s以上。

10.快恢复⼆极管简称快速⼆极管，其反向恢复时间较短，⼀般在5s以下。

11.肖特基⼆极管的反向恢复时间很短,其范围⼀般在10～40ns之间。

12.晶闸管的基本⼯作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；晶闸管⼀旦导通，门极就失去控制作⽤。

要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降⾄维持电流以下。

13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较⼩的标值作为该器件的额定电压。

选⽤时，⼀般取为正常⼯作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。

14.使晶闸管维持导通所必需的最⼩电流称为维持电流。

晶闸管刚从断态转⼊通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最⼩电流称为擎住电流。

对同⼀晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。

15.晶闸管的派⽣器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。

16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数⼗微秒，⾼频晶闸管10微秒左右。

第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为0.2H ，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。

解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为：0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。

所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。

试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。

解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周上下绕组电流的方向相反，波形对称，其一个周期的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。

分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况：（1） 以晶闸管 2VT 为例。

当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。

2-1题图2-1为带有续流二极管的单相半波可控整流电路，大电感负载保证电流连续。

试证明输出整流电压平均值2cos 122απ+=U U d ,并画出控制角为α时的输出整流电压u d 、晶闸管承受电压u T 的波形。

解： 当U 2＞0，当U g ＝0时，T 不导通。

U T ＝U 2，U d ＝0当有U g ，T 被导通时，续流二极管承受正向压降导通U d ＝U 2，U T =0 由波形知，输出整流电压平均值为[]2cos 12cos 221d sin 221222απωπωωππαπα+•=-==⎰U t U t t U U d2-2上题中，U 2=220V ，R=10Ω，要求输出整流电压平均值0~30V 连续可调。

试求控制角α，导通角θ的变化范围，选择晶闸管定额并计算变压器次级容量。

TL u 1 u 2DRu 2α π 2π ωtu α π 2π ωtu T α π2π ωt解：[]2cos 12cos 221d sin 221222απωπωωππαπα+•=-==⎰U t U t t U U dmax 20α对应时，U =2cos 122020maxαπ+⨯=1cos max -=α ︒=180max αmin 230α对应时，V U =2cos 1220230minαπ+⨯=39.0cos min -=α ︒=2.113min α︒=︒=-︒=︒︒0180180180~2.113min max θααθα，，取的变化范围︒=︒=8.662.113max min θα，取RU Id I U d T παππαπ2222-=-=晶闸管流过电流有效值最大值为晶闸管承受正反间电压的情况只考虑min αA 2923.110303602.113180=⨯︒︒-︒=)(31.2842923.122022VA I U S =⨯==电源容量选择晶闸管时留出裕量VU A I V V U ：UA ，A ：IRRM Tav RRMTav1000,21000),(4.933~3.6222)3~2(2)(65.1~23.157.12923.1)2~5.1(2==∴====选晶闸管定额取整得电压取整得电流2-3具有变压器中心抽头的单相双半流可控整流电路如图所示u1ud（1） 说明该变压器是否存在直流磁化问题？（2）试绘出α=45°时电阻性负载及大电感负载下，输出整流电压U d、晶闸管承受的电压U T的波形。

第2至第8章作业第2章电力电子器件1、使晶闸管导通得条件就是什么？答:使晶闸管导通得条件就是: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。

2、维持晶闸管导通得条件就是什么？答:维持晶闸管导通得条件就是使晶闸管得电流大于能保持晶闸管导通得最小电流,即维持电流。

3、怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答:要使晶闸管由导通变为关断,可利用外加电压与外电路得作用使流过晶闸管得电流降到接近于零得某一数值以下,即降到维持电流以下,便可使导通得晶闸管关断。

4、图1中阴影部分为晶闸管处于通态区间得电流波形,各波形得电流最大值均为I m,试计算各波形得电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。

πππ4π4π25π4a)b)c)图1-43图1 晶闸管导电波形7、晶闸管得触发脉冲需要满足哪些条件？答:(1)触发信号应有足够得功率。

(2)触发脉冲应有一定得宽度,脉冲前沿尽可能陡,使元件在触发导通后,阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。

第3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,U2＝100V,求当α＝0°与60°时得负载电流I d,并画出u d与i d波形。

2.单相桥式全控整流电路,U2＝100V,负载中R＝2Ω,L值极大,当α＝30°时,要求:①作出u d、i d、与i2得波形;②求整流输出平均电压U d、电流I d,变压器二次电流有效值I2;③考虑安全裕量,确定晶闸管得额定电压与额定电流。

3.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Ω,L值极大,反电势E=60V,当a=30°时,要求:①作出u d、i d与i2得波形;②求整流输出平均电压U d、电流I d,变压器二次侧电流有效值I2;③考虑安全裕量,确定晶闸管得额定电压与额定电流。

4.单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画出整流二极管在一周内承受得电压波形。

第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。

解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为：0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。

所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。

试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。

解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。

分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况：（1） 以晶闸管 2VT 为例。

当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。

第2至第8章作业第2章 电力电子器件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。

2. 维持晶闸管导通的条件是什么?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。

3。

怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答: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 晶闸管导电波形7。

晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？答：（1）触发信号应有足够的功率。

（2）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡,使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通.第3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，U2＝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。

2．单相桥式全控整流电路,U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d、i d、和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次电流有效值I2；③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。

3．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω,L值极大，反电势E=60V，当a=30°时，要求：①作出u d、i d和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2；③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。

4．单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。

电力电子技术作业解答教材：《电力电子技术》，尹常永田卫华主编第一章 电力电子器件1-1晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由哪些因素决定？ 答：晶闸管的导通条件是：（1）要有适当的正向阳极电压；（2）还有有适当的正向门极电压。

导通后流过晶闸管的电流由阳极所接电源和负载决定。

1-2维持晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？ 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。

利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，可使导通的晶闸管关断。

1-5某元件测得V U DRM 840=，V U RRM 980=，试确定此元件的额定电压是多少，属于哪个电压等级？答：根据将DRM U 和RRM U 中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，确定此元件的额定电压为800V ，属于8级。

1-11双向晶闸管有哪几种触发方式？常用的是哪几种？答：双向晶闸管有Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ+和Ⅲ-四种触发方式。

常用的是：（Ⅰ+、Ⅲ-）或（Ⅰ-、Ⅲ-）。

1-13 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：因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：（1）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 导通时的21αα+更接近于 1，普通晶闸管15.121≥+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。

第二章 电力电子器件的辅助电路2-5说明电力电子器件缓冲电路的作用是什么？比较晶闸管与其它全控型器件缓冲电路的区别，说明原因。

答：缓冲电路的主要作用是：⑴ 减少开关过程应力，即抑制d u /d t ，d i /d t ；⑵改变器件的开关轨迹，使器件工作于安全工作区内，避免过电压、过电流损坏；⑶减少器件的开关损耗。

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>01.2 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I1、I2、I3。

解：a) I d1=Im2717.0)122(2Im)(sinIm214≈+=⎰πωπππtI1=Im4767.021432Im)()sin(Im2142≈+=⎰πϖπππwtdtb) I d2=Im5434.0)122(2Im)(sinIm14=+=⎰wtd tππϖπI2=Im6741.021432Im2)()sin(Im142≈+=⎰πϖπππwtdtc) I d3=⎰=20Im 41)(Im 21πωπt dI 3=Im 21)(Im 21202=⎰t d ωππ1.4.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 m135.3294767.0≈≈I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48Ab) I m2,90.2326741.0A I ≈≈I d2A I m 56.1265434.02≈≈ c) I m3=2I=314 I d3=5.78413=m I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。