电力电子技术第5章直流-直流变换电路

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。

第5章逆变电路5.l.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阿,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。

5.2.换流方式各有那儿种?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追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。

5.3.什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持点是: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,直流测电惑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联二极管。

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。

第五章直流-交流（DC-AC）变换一、概述DC-AC变换器（无源逆变器)V1、V4和V2、V3轮流切换导通，u o为交变电压（1）电网换流 利用电网电压换流，只适合可控整流、有源逆变电路、交—交变频器（2）负载谐振式换流 利用负载回路中形成的振荡特性，使电流自动过零，只要负载 电流超前于电压时间大于t q ，即能实现换流，分串，并联。

VT 2、VT 3通后，u 0经VT 2、VT 3反向加在VT 1、VT 4上1. 晶闸管逆变电路的换流方式换流概念：直流供电时，如何使已通元件关断VT 1导通，C 充电左（-）右（+），为换流做准备； VT 2导通，C 上电压反向加至VT 1，换流，C 反向充电。

（3）强迫换流附加换流环节，任何时刻都能换流直接耦合式强迫换流2. 逆变电路的类型（1）电压源型逆变器电流源型逆变器电流源型逆变器功率流向控制（3）两类逆变器的比较比较点电流型电压型直流回路滤波环节电抗器电容器输出电压波形决定于负载，当负载为异步电动机时，近似为正弦波矩形输出电流波形矩形近似正弦波，有较大谐波分量输出动态阻抗大小续流二极管不需要需要过流及短路保护容易困难线路结构较简单较复杂适用范围适用于单机拖动，频繁加减速下运行，需经常反向的场合适用于多机供电不可逆拖动，稳速工作，快速性不高的场合二、强迫换流式逆变电路1.串联二极管式电流源型逆变器结构VT1～VT6为晶闸管C1～C6为换流电容VD1～VD6为隔离二极管2.工作过程（换流机理）（1）换流前运行阶段（2）晶闸管换流与恒流充、放电阶段（3）二极管换流阶段（4）换流后运行阶段diL dt引起三、逆变器的多重化技术及多电平化1. 多重化技术改善方波逆变的输出波形：中小容量：SPWM大容量：多重化技术思路：用阶梯波逼近正弦波（1）串联多重化特点：适合于电压源型逆变器二重化三相电压源逆变器单个三相逆变电路输出电压波形桥Ⅱ输出电压相位比桥Ⅰ滞后30º桥Ⅰ输出变压器△/Y,桥Ⅱ输出变压器△/Z变比为1变比为13二重化逆变电路输出电压比单个逆变电路输出电压台阶更多、更接近正弦。

第5/10章 直流-直流变换电路 习题与答案第1部分：填空题1.直流斩波电路完成的是直流到 另一种直流 的变换。

2.直流斩波电路中最基本的两种电路是 降压（Buck ） 电路和 升压（Boost ） 电路。

3.斩波电路有三种控制方式： 脉宽调制（PWM ）、脉频调制（PFM ） 和 PWM/PFM 混合调制 ，其中最常用的控制方式是：脉宽调制（PWM ） 。

4.脉冲宽度调制的方法是： 开关周期 不变， 开关导通 时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。

5.脉冲频率调制的方法是: 开关导通 时间不变， 开关周期 变化，导通比也能发生变化，达到改变输出电压的目的。

该方法的缺点是： 开关频率 的变化范围有限。

输出电压、输出电流中的 谐波频率 不固定，不利于滤波器的设计 。

6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流 平滑 。

7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L 在开关管导通期间将电能转换为磁能储存起来，以实现电压泵升 ，电容C 在开关管导通期间给负载供能以使输出电压连续平滑 。

8.升压斩波电路的典型应用有 直流电动机传动 和 功率因素校正（APFC ） 等。

9.升降压斩波电路和Cuk 斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0.5小于1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0小于0.5 。

10.设Buck 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =10V ，占空比D =0.6，则输出电压U O ＝ 6V 。

11.设Boost 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =12V ，占空比D =0.8，则输出电压U O ＝ 60V 。

13.开关型DC-DC 变换电路的三个基本元件是 开关管 、 电感 和 电容 。

14. 斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第 1 象限，升压斩波电路能使电动机工作于第 2 象限，电流可逆 斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。

第5章直流斩波电路1.直流斩波电路完成得是直流到_直流_的变换。

2.直流斩波电路中最基本的两种电路是_降压斩波电路和_升压斩波电路_。

3.斩波电路有三种控制方式：_脉冲宽度调制（PWM）_、_频率调制_和_（t on和T都可调，改变占空比）混合型。

4.升压斩波电路的典型应用有_直流电动机传动_和_单相功率因数校正_等。

8.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第__1__象限，升压斩波电路能使电动机工作于第__2__象限，_电流可逆斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。

9.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第_1、2、3、4_象限。

10.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个_升压_斩波电路和一个__降压_斩波电路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个__基本__斩波电路并联。

第6章交流—交流电力变换电路1.改变频率的电路称为_变频电路_，变频电路有交交变频电路和_交直交变频_电路两种形式，前者又称为_直接变频电路__，后者也称为_间接变频电路_。

2.单相调压电路带电阻负载，其导通控制角α的移相范围为_0-180O_，随 α 的增大， Uo_降低_，功率因数λ_降低__。

3.单相交流调压电路带阻感负载，当控制角α＜ϕ(ϕ=arctan(ωL/R) )时,VT1的导通时间_逐渐缩短_,VT2的导通时间__逐渐延长_。

6.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__交交变频电路_。

7.单相交交变频电路带阻感负载时，哪组变流电路工作是由_输出电流的方向_决定的，交流电路工作在整流还是逆变状态是根据_输出电流方向和输出电压方向是否相同_决定的。

8.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_20Hz__。

9.三相交交变频电路主要有两种接线方式，即_公共交流母线进线方式_和_输出星形联结方式_，其中主要用于中等容量的交流调速系统是_公共交流母线进线方式_。

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1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？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。

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。

002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2mI (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 m4. 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≈89.48 b) I m2≈6741.0I≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.55. 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。