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电力电子技术习题解答

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电力电子技术习题解答

习题一

1、晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管关断的条件是什么，如何实现？

答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压（UAK>0），并在门极施加触发电流（UGK>0）。要使晶闸管由导通转为关断，可利用外加反向电压或由外电路作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

2、有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？

答：这是由于晶闸管的阳极电流IA没有达到晶闸管的擎住电流（IL）就去掉了触发脉冲，这种情况下，晶闸管将自动返回阻断状态。在具体电路中，由于阳极电流上升到擎住电流需要一定的时间（主要由外电路结构决定），所以门极触发信号需要保证一定的宽度。

3、图1-32中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值、有效值。如不考虑安全裕量，额定电流100A的晶闸管，流过上述电流波形时，允许流过的电流平均值Id各为多少？

图1-32 习题3附图

解：（a）

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则；

平均值为：。

（b）

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则2157222()mIA；

平均值为：0.6366141.33()dbmIIA。

（c）313sin()()0.47752dcmmmIItdtII

22331113(sin)()(1cos2)()()0.6342238mcmmmIIItdttdtII

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则157247.56()0.6342mIA；

平均值为：0.4775118.21()dcmIIA。

（d）33113sin()()0.23872224mddmmmIIItdtII

22331113(sin)()(1cos2)()()0.4485222238mdmmIIItdttdtI

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则157350.06()0.4485mIA；

平均值为：0.238783.56()ddmIIA。 （e）4011()0.125224demmmIIdtII

2401()0.35362emmIIdtI

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则157444.00()0.3536mIA；

平均值为：0.12555.5()demIIA。

（f）4011()0.254dfmmmIIdtII

2401()0.5fmmIIdtI

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则：157314()0.5mIA；

平均值为： 0.2531478.5()dfIA

4、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而GTO却可以？

答：GTO和普通晶闸管同为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α1和α2，由普通晶闸管得分析可得，α1＋α2＝1是器件临界导通的条件。α1＋α2>1两个晶体管饱和导通；α1＋α2<1不能维持饱和导通而关断。

GTO能关断，而普通晶闸管不能是因为GTO在结构和工艺上有以下几点不同：

A 多元集成结构使每个GTO元的阴极面积很小，门极和阴极的距离缩短，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。

B GTO导通时α1＋α2更接近1，晶闸管α1＋α2>1.15，而GTO则为α1＋α2≈1.05，饱和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。

C GTO在设计时，α2较大，晶体管V2控制灵敏，而α1很小，这样晶体管V1的集电极电流不大，易于从门极将电流抽出，从而使GTO关断。

5、GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？

答：二者都是电流型驱动型器件，其开通和关断都要求有相应的触发脉冲，要求其触发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。GTR要求在导通期间一直提供门极触发电流信号，而GTO当器件导通后可以去掉门极触发电流信号；GTO的电流增益（尤其是关断电流增益很小）小于GTR，无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度，其对触发电流信号（尤其是关断门极负脉冲电流信号）的要求比GTR高。

6、试比较GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异和各自的优缺点。

答：见下表

器 件 优 点 缺 点

GTR 耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低 开关速度低，电流驱动型需要驱动功率大，驱动电路复杂，存在2次击穿问题

GTO 电压、电流容量很大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强 电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率很大，驱动电路复杂，开关频率低

MOSFET 开关速度快，开关损耗小，工作电流容量小，耐压低，通态损耗较大，一频率高，门极输入阻抗高，热稳定性好，需要的驱动功率小，驱动电路简单，没有2次击穿问题 般适合于高频小功率场合

IGBT 开关速度高，开关损耗小，通态压降低，电压、电流容量较高。门极输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单 开关速度不及电力MOSFET，电压、电流容量不及GTO。

习题二

1、单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0～100V连续可调，输出电压平均值为30 V时，负载电流平均值达到20A。系统采用220V的交流电压通过降压变压器供电，且晶闸管的最小控制角αmin＝30°，（设降压变压器为理想变压器）。试求：

（1）变压器二次侧电流有效值I2；

（2）考虑安全裕量，选择晶闸管电压、电流定额；

（3）作出α＝60°时，ud、id和变压器二次侧i2的波形。

解：由题意可知负载电阻301.520ddURI欧，

单相全控整流的直流输出电压为22(1cos)dUU

直流输出电压最大平均值为100V，且此时的最小控制角为αmin＝30°，带入上式可求得

2100119()21.866UV

（1）22222sin1sin2sin2()79.3322UtUUIdtRRR

αmin＝30°时，2maxsin6379.3378.18()2IA

（2）晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为

2max278.1855.28()222168.29()VTVTIIAUUV

考虑3倍余量，选器件耐压为168×3＝500V；额定电流为(55.28/1.57)×3＝100A

（3）

ttt000i2udidΠ/3Π/3

2、试作出图2-7（第44页）所示的单相桥式半控整流电路带大电感负载，在α＝30°时的ud、id、iVT1、iVD4的波形。并计算此时输出电压和电流的平均值。

解： a)TabRL0b)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDu20udidId00000i2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDc)d)e)f)g)

输出电压和电流的平均值分别为：

d221cos0.90.842UUU

d22d1cos0.90.842UUUIRRR

3、单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2 Ω，L值极大，反电动势E＝60V，当α＝30°时，试求：

（1）作出ud、id和i2的波形；

（2）求整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及变压器二次侧电流有效值I2。

解：整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及变压器二次侧电流有效值I2分别为：

2230.9cos0.910077.94()277.94608.97()28.97()ddddUUVUEIARIIA

TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu20t0t0tudidi2tIdIdId00E

4、某一大电感负载采用单相半控桥式整流接有续流二极管的电路，负载电阻R=4Ω，电源电压U2=220V，α=π/3，求：

(1) 输出直流平均电压和输出直流平均电流；

(2) 流过晶闸管（整流二极管）的电流有效值；

(3) 流过续流二极管的电流有效值。

解：（1）电路波形图见第2题

21cos0.90.92200.75148.5()2148.537.125()4dddUUVUIAR

（2）23137.125()21.43()233dVTdIIIdtA

（3）2301()21.43()3dDdIIIdtA

5、三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？试作出共阳极接法的三相半波可控的整流电路在α＝30°时的ud、iVT1、uVT1的波形。

解：a、b两相的自然换相点不是同一点，它们在相位上差多少180度，见下图。 abcTRLu2udidVT1VT2VT3udiauaubuc0tabcTRLu2udidVT1VT2VT3共阳极换相点共阴极换相点共阴极三相半波共阳极三相半波

共阳极接法的三相半波可控的整流电路在α＝30°时的ud、iVT1、uVT1的波形如下图

udiVT1iduca0t00tt0tuVT1ubauaubucuaubuc300

6、三相半波可控整流电路带大电感性负载，α＝π/3，R=2Ω，U2=220V，试计算负载电流Id，并按裕量系数2确定晶闸管的额定电流和电压。

解：21.17cos1.172200.5128.7()dUUV

128.764.35()2ddUIAR

22301()0.57737.13()23dVTddIIIdtIA

按裕量系数2确定晶闸管的电流定额为：247.3050()1.57VTIA；电压定额为：26210771200()UV

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《电力电子技术》(第六七八章)习题答案

《电力电子技术》(第六七八章)习题答案

第6章 PWM控制技术

1．试说明PWM控制的基本原理。

答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理

以正弦PWM控制为例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。

2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。 解：将各脉冲的宽度用i（i=1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得

1=m50m2dsinUttU=502cost =0.09549(rad)=0.3040(ms)

2 =m525m2dsinUttU=5252cost =0.2500(rad)=0.7958(ms)

3 =m5352m2dsinUttU=53522cost =0.3090(rad)=0.9836(ms)

4 =m5453m2dsinUttU=2 =0.2500(rad)=0.7958(ms)

5 =m54m2dsinUttU=1 =0.0955(rad)=0.3040(ms)

《电力电子技术》习题解答(高职高专第5版) 第3章习题答案

《电力电子技术》习题解答(高职高专第5版) 第3章习题答案

第3章 思考题与习题

3.1 开关器件的开关损耗大小同哪些因素有关？

答：开关损耗与开关的频率和变换电路的形态性能等因素有关。

3.2 试比较Buck电路和Boost电路的异同。

答；相同点：Buck电路和Boost电路多以主控型电力电子器件（如GTO，GTR，VDMOS和IGBT等）作为开关器件，其开关频率高，变换效率也高。

不同点：Buck电路在T关断时，只有电感L储存的能量提供给负载，实现降压变换，且输入电流是脉动的。而Boost电路在T处于通态时，电源Ud向电感L充电，同时电容C集结的能量提供给负载，而在T处于关断状态时，由L与电源E同时向负载提供能量，从而实现了升压，在连续工作状态下输入电流是连续的。

3.3 试简述Buck-Boost电路同Cuk电路的异同。

答：这两种电路都有升降压变换功能，其输出电压与输入电压极性相反，而且两种电路的输入、输出关系式完全相同，Buck-Boost电路是在关断期内电感L给滤波电容C补充能量，输出电流脉动很大，而Cuk电路中接入了传送能量的耦合电容C1，若使C1足够大，输入输出电流都是平滑的，有效的降低了纹波，降低了对滤波电路的要求。

3.4 试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？

答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（Ｂuck），升压斩波电路（Ｂoost），升降压斩波电路（Ｂuck－Ｂoost）和库克（Ｃook）斩波电路。

降压斩波电路是：一种输出电压的平均值低于输入直流电压的变换电路。它主要用于直流稳压电源和直流直流电机的调速。

升压斩波电路是：输出电压的平均值高于输入电压的变换电路，它可用于直流稳压电源和直流电机的再生制动。

升降压变换电路是输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反。主要用于要求输出与输入电压反向，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。

库克电路也属升降压型直流变换电路，但输入端电流纹波小，输出直流电压平稳，降低了对滤波器的要求。

电力电子技术题库及答案整理版

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《电力电子技术》习题&答案

一、填空题(每空1分，共５０分)

1、对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL__大于__IH。

2、功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是______智能功率集成电路_________。3、晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压UBO数值大小上应为，UDSM__小于__UBO。4、电阻负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压UFm等于_UFm为相电压有效值。

5、三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差__________120°_______。6、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值_______下降______。7、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是_____________静态均压________________措施。8、三相全控桥式变流电路交流侧非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有___Y形和△形___二种方式。9、抑制过电压的方法之一是用_____储能元件_______吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。10、180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在___同一相_的上、下二个开关元件之间进行。11、改变SPWM逆变器中的调制比，可以改变_________________输出电压基波________的幅值。12、为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是___________(一个)较大的负电流__________。13、恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是_________减小存储时间________________。 14、功率晶体管缓冲保护电路中二极管要求采用___快速恢复__型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。

15、晶闸管门极触发刚从断态转入通态即移去触发信号，能维持通态所需要的最小阳极电流，称为：_____________________维持电流_______________________。

电力电子习题答案

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《电力电子技术》习题及解答

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UA决定。

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IA减小，IA下降到维持电流IH以下时，晶闸管内部建立的正

1 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UA决定。

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IH会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。

7型号为KP100-3，维持电流IH=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HAImAKVI250100，所以不合

2 理。

(b) 因为AVIA2010200, KP100的电流额定值为100Ａ，裕量达５倍，太大了。

（c）因为AVIA1501150，大于额定值，所以不合理。

8 图题1.9中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试计算各图的电流平均值．电流有效值和波形系数。

解：图(a)： IT(AV)=210)(sinttdIm=mI

IT=02)()sin(21tdtIm=2mI

Kf=)(AVTTII=1.57

3 图题1．9