电力电子第2章 习题(1)-带答案

第2章 电力电子器件概述 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（电能的变换或控制任务） 的电路。

3.处理信息的电子器件一般工作于放大状态，而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）、（保护电路）、（主电路）四部分组成。

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：（半控型）、（全控型） 和（不控型）。

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. 电力二极管的主要类型有（普通二极管）、（ 快恢复二极管）、（肖特基二极管）。

8. 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(5us)以上。

9.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(5us)以下。

10.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论（门极是否有触发电流），晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在（门极有触发电流）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（降到接近于零的某一数值以下）。

11.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）。

12. 普通晶闸管关断时间（一般为数百微秒），快速晶闸管（一般为数十微秒），高频晶闸管（10us ）左右。

高频晶闸管的不足在于其（电压和电流定额）不易提高。

13.（双向晶闸管）可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。

14.逆导晶闸管是将（晶闸管）反并联一个（二极管）制作在同一管芯上的功率集成器件。

15. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用（一定波长的光照信号）触发导通的晶闸管。

光触发保证了主电路与控制电路之间的（绝缘），且可避免电磁干扰的影响。

电力电子技术第五版课后习题答案第二章 电力电子器件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：u AK >0且u GK >0。

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。

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 =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m5. 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≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.5第三章 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。

第二章 单相可控整流电路习题与思考题解2-1．什么是整流？它是利用半导体二极管和晶闸管的哪些特性来实现的？解：整流电路是一种AC ／DC 变换电路，即将交流电能变换为直流电能的电路，它是利用半导体二极管的单向导电性和晶闸管是半控型器件的特性来实现的。

2-2．某一电热装置（电阻性负载），要求直流平均电压为75V ，电流为20A ，采用单相半波可控整流电路直接从220V 交流电网供电。

计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值，并选择晶闸管。

解：(1)整流输出平均电压Ｕd =⎰παωωπ22).(.sin 221t td U =⎰παωωπ).(.sin 2212t td U=2cos 145.02cos 1222ααπ+≈⎪⎭⎫⎝⎛+U U cos α=5152.0122045.0752145.022=-⨯⨯=-U U d则 控制角α≈60° 导通角θ=π-α=120° (2).负载电流平均值I d =RU d=20(A) 则 R ＝U d ／I d ＝75／20=3.75Ω 负载电流有效值I ，即为晶闸管电流有效值I V1，所以I =I V1=()⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛παωωπt d t R U 22sin 221=παπαπ22sin 412-+R U ＝37.6(A) (3).当不考虑安全裕量时I V1=k fe I VEAR =1.57I VEAR则晶闸管通态平均电流 I VEAR =I V1 /1.57=37.4 /1.57=23.9(A) 晶闸管可能承受的最大正反向电压为 311220222≈⨯=U (V)所以，可选择额定通态平均电流为30A 、额定电压为400V 的晶闸管。

按裕量系数2，可选择额定通态平均电流为50A 、额定电压为700V 的晶闸管。

2-3．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 V1的波形。

电力电子变流技术课后答案第2章第二章 单相可控整流电路习题与思考题解2-1．什么是整流？它是利用半导体二极管和晶闸管的哪些特性来实现的？解：整流电路是一种AC ／DC 变换电路，即将交流电能变换为直流电能的电路，它是利用半导体二极管的单向导电性和晶闸管是半控型器件的特性来实现的。

2-2．某一电热装置（电阻性负载），要求直流平均电压为75V ，电流为20A ，采用单相半波可控整流电路直接从220V 交流电网供电。

计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值，并选择晶闸管。

解：(1)整流输出平均电压Ｕd =⎰παωωπ22).(.sin 221t td U =⎰παωωπ).(.sin 2212t td U=2cos 145.02cos 1222ααπ+≈⎪⎭⎫⎝⎛+U Ucos α=5152.0122045.0752145.022=-⨯⨯=-UUd则 控制角α≈60° 导通角θ=π-α=120°(2).负载电流平均值I d =R U d=20(A)则 R ＝U d ／I d ＝75／20=3.75Ω负载电流有效值I ，即为晶闸管电流有效值I V1，所以 I =I V1=()⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛παωωπt d t R U 22sin 221=παπαπ22sin 412-+RU＝37.6(A)(3).当不考虑安全裕量时I V1=k fe I VEAR =1.57I VEAR则晶闸管通态平均电流 I VEAR =I V1 /1.57=37.4 /1.57=23.9(A)晶闸管可能承受的最大正反向电压为311220222≈⨯=U (V)所以，可选择额定通态平均电流为30A 、额定电压为400V 的晶闸管。

按裕量系数2，可选择额定通态平均电流为50A 、额定电压为700V 的晶闸管。

2-3．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 Ud，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 V1的波形。

第2章思考题与习题2.1 什么是整流？它与逆变有何区别？答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变，它是对应于整流的逆向过程。

2.2 单相半波可控整流电路中，如果：(1)晶闸管门极不加触发脉冲；(2)晶闸管内部短路；(3)晶闸管内部断开；试分析上述三种情况负载两端电压u d和晶闸管两端电压u T的波形。

答：（1）负载两端电压为0，晶闸管上电压波形与U2相同；（2）负载两端电压为U2，晶闸管上的电压为0；（3）负载两端电压为0，晶闸管上的电压为U2。

2.3某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些?答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。

由于具有电感，当其电流增大时，在电感上会产生感应电动势，抑制电流增加。

电阻性负载时整流输出电流的峰值大些，在流过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额定电流大一些的管子。

2.4某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。

解：设α=0，T2被烧坏，如下图：2.5相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么?带大电感负载时，负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么?答：相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的平均功率d d d I U P =不等于负载有功功率UI P =。

因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流U d 与I d 外还有谐波分量Λ,,21U U 和Λ,,21I I ，负载上有功功率为Λ+++=22212P P P P d >d d d I U P =。

相控整流电路带大电感负载时，虽然U d 存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积等于负载有功功率。

第二章：电力电子习题解答第二章 整流电路习题及思考题１．单相半波可控整流电路对电阻负载供电，R ＝20Ω，U ＝100V ，求当α＝0°和60°时的负载电流Id ，并画出u d 与i d 波形。

解：当α＝0°时： ）（V .U .U d 451004504502=⨯==）（A ./RU I dd 2522045===当α＝60°时： ）（A ..U .U d 753325014502=+⨯=）（A ..RU I dd 691207533===u d 与i d 的波形见：教材43页图2－1。

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 晶闸管承受的最大正反向电压为222U ；② 当负载为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。

解：由图2－9图可以看出，在2U 正半周1VT 导通，负载电流由变压器次级上端流出，由中心抽头流入，当2U 负半周时2VT 导通，负载电流由B 次级下端流出由中心抽头流入，正负半周电流相等，但在铁芯中产生的磁势方向大小相等且方向相反，故变压器无直流磁化问题。

① 当1VT 导通时，在2u ＝22U 时，2VT 的阴极为22U ，而其阳极为－22U ，所以VT 承受的最大反压为222U 。

如果是阻感负载且电感是足够大时，当90=α，1VT 导通，2VT 的阴极电压为－22U 而其阳极电压为22，故其承受的最大正向电压为－222U 。

② 正半周1VT 导通，2U ud=，负半周2VT 导通2U u d =。

所以输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。

３．单相桥式全控整流电路，V U 1002＝，负载中Ｒ＝Ω2，Ｌ值极大，当30时，要求：① 作出du ，di 和2i 的波形；② 求整流输出平均电压dU 、电流dI ，变压器二次电流有效值2I ；③ 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。