电力电子第7章

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。

π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43 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 mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I 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≈89.48b) I m2≈6741.0I ≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56c) 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。

第7章 思考题与习题7.1高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器和变压器的体积和重量？答：高频化可以减小滤波器的参数，减小变压器的体积从而使装置小型化、轻型化； 提高开关频率，可以减小滤波器的电感和电容的参数，减小滤波器的体积和重量；当变压器输入正弦波时，fNBS U 44.4 ，频率升高时，可以减小N 和S 的参数，从而减小变压器各绕组的匝数和铁心的尺寸，使变压器的体积减小，重量减轻，。

7.2何谓软开关和硬开关？怎样才能实现完全无损耗的软件关过程？答：如果开关器件在其端电压不为零时开通则称为硬件通，在其电流不为零时关断则称为硬关断。

硬开通、硬关断统称为硬开关。

在硬开关过程中，开关器件在较高电压下承载有较大电流，故产生很大的开关损耗。

如果在电力电子变换电路中采取一些措施，如改变电路结构和控制策略，使开关器件被施加驱动信号而开通过程中其端电压为零，这种开通称为零电压开通；若使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中其承载的电流为零，这种关断称为零电流关断。

零电压开通和零电流关断是最理想的软开关，其开关过程中无开关损耗。

如果开关器件在开通过程中端电压很小，在关断过程中其电流也很小，这种开关过程的功率损耗不大，称之为软开关。

7.3零开关，即零电压开通和零电流关断的含义是什么？答：使开关开通前的两端电压为零，则开关导通过程中就不会产生损耗和噪声，这种开通方式为零电压开通；而使开关关断时其电流为零，也不会产生损耗和噪声，称为零电流关断。

7.4试分析图题7.4两个电路在工作原理上的差别，并指出它们的异同点。

图题7.4答：相同点：都是零电压开关准谐振电路。

不同点：（a ）图在（b ）图软开关的电容上串了一个电阻，7.5软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样的？各有什么特点？答：准谐振变换电路、零开关PWM 变换电路和零转换PWM 变换电路。

见教材“7.1 , 7.2”7.6准谐振变换器与多谐振变换器的区别是什么？答：准谐振变换电路分为零电压开关准谐振变换电路（ZVS QRC ）与零电流开关准谐振变换电路（ZCS QRC ）。

4-4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？在电压型逆变电路中,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。

当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。

4-8.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备用于什么场合?答:逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高,二是可以改善输出电压的波形。

因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波,还是电流型逆变电路输出的矩形电流波,都含有较多谐波,对负载有不利影响,采用多重逆变电路,可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。

逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来,使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消,就可以得到较为接近正弦波的波形。

组合方式有串联多重和并联多重两种方式。

串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。

串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。

并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。

在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。

当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。

5-1简述图5-la 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on t 。

，由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间，Uo=E 。

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

一个周期内的平均电压0on offE t U t ⋅=⋅输出电压小于电源电压,起到降压的作用。

5-2．在图5-1a 所示的降压斩波电路中，已知E=200V ，R=10Ω，L 值微大，E=30V ，T=50μs ，ton=20μs ，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。

第七章斩波调压电路7.1 基本斩波电路7.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路7.3 带隔离的直流直流变流电路引言■直流-直流变流电路（DC/DC Converter），也称斩波电路，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。

■直接直流变流电路◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。

◆一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。

■间接直流变流电路◆在直流变流电路中增加了交流环节。

◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为直—交—直电路。

7.1 基本斩波电路7.1.1 降压斩波电路图7-1 降压斩波电路的原理图及波形a ）电路图b ）电流连续时的波形c ）电流断续时的波形■降压斩波电路（Buck Chopper）◆电路分析☞使用一个全控型器件V ，图中为IGBT，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。

☞设置了续流二极管VD ，在V关断时给负载中电感电流提供通道。

☞主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中E m 所示。

◆工作原理☞t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u o =E ，负载电流i o 按指数曲线上升。

☞t=t 1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压u o 近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。

◆基本的数量关系☞电流连续时√负载电压的平均值为: E E T t E t t t U on offon on o α==+=√负载电流平均值为: 式中t on 为V处于通态的时间，t off 为V处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比。

RE U I m o o −=☞电流断续时，负载电压u o 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。

◆斩波电路有三种控制方式☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变t on 。

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。