《电力电子技术》习题解答-2011.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电力电子技术习题解答-2011.精品文档.电力电子技术习题解答第1章 电力电子器件 思考题与习题2.1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?2.2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?2.3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？2.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？2.5请简述晶闸管的关断时间定义。2.6试说明晶闸管有哪些派生器件？2.7请简述光控晶闸管的有关特征。2.8型号为KP100-3，维持电流IH=4m

2、A的晶闸管，使用在图题2.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量) 图题2.8 2.9 图题2.9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。 图题292.10上题中，如不考虑安全裕量，问额定电流100A的晶闸管允许流过的平均电流分别是多少?2.11某晶闸管型号规格为KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?2.12如图题2.12所示，试画出负载Rd上的电压波形(不考虑管子的导通压降)。 图题2.122.13在图题2.13中，若要使用单次脉冲触发晶闸管T导通，门极触发信号（触发电压为脉冲）的宽度最小应为多少微秒（设晶闸管的擎

3、住电流IL=15mA）？图题2.13 2.14单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题2.14所示，交流电源电压有效值为220V。 (1)考虑安全余量，应如何选取晶闸管的额定电压？ (2)若当电流的波形系数为Kf=2.22时，通过晶闸管的有效电流为100A，考虑晶闸管的安全余量，应如何选择晶闸管的额定电流？图题2.142.17 GTR对基极驱动电路的要求是什么？2.18在大功率GTR组成的开关电路中为什么要加缓冲电路?第5章 斩波电路 思考题与习题3.4 试说明降压斩波电路（uck），升压斩波电路（oost）各有什么特点？第10章 PWM型无源逆变电路 思考题与习题4.7 试说明PWM控制

4、的工作原理。4.8单极性和双极性 PWM调制有什么区别？4.9 试说明PWM控制的逆变电路有何优点？第2章 单相半波可控整流电路 思考题与习题5.1 什么是整流？它与逆变有何区别？5.2 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ud和晶闸管两端电压uT的波形。5.3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?5.6某电阻性负载要求024V直流电压，最大负载电流Id=30A，如采用由220V交流直接供电和由变压器降压

5、到60V供电的单相半波相控整流电路，是否两种方案都能满足要求?试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、额定电压、额定电流、电路的功率因数及对电源容量的要求。5.7某电阻性负载，Rd=50,要求Ud在0600V可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算：(1) 晶闸管额定电压、电流值；(2) 连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6Amm2)；(3) 负载电阻上消耗的最大功率。5.8 整流变压器二次侧中间抽头的双半波相控整流电路如图题5.8所示。(1) 说明整流变压器有无直流磁化问题?(2) 分别画出电阻性负载和大电感负载在=60时的输出电压Ud、电流id的波形，比较与单相全控桥

6、式整流电路是否相同。若已知U2=220V，分别计算其输出直流电压值Ud。（3）画出电阻性负载=60时晶闸管两端的电压uT波形，说明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少? 图题5.85.9带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前15处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为10和20时负载两端的电压 ud波形。5.10 三相半波相控整流电路带大电感负载，Rd=10，相电压有效值U2=220V。求=45时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流IdT和有效电流IT，画出ud、iT2、uT3的波形。5.11 在图题5.11所示电路中，当=60时，画出下列故障情况下的ud波形。

7、(1) 熔断器1FU熔断。 (2) 熔断器2FU熔断。(3) 熔断器2FU、3FU同时熔断。图题5.115.12现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载，负载电流Id都是40A，问流过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大?5.13三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4，要求Ud从0220V之间变化。试求： (1)不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。(2)计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取2倍裕量，选择晶闸管型号。 5.14单结晶体管触发电路中，作为Ubb的削波稳压管两端如并接滤波电容，电路能否正常工作?如稳压管损坏断开，电路又会出现什么情况?

8、5.15 三相半波相控整流电路带电动机负载并串入足够大的电抗器，相电压有效值U2=220V，电动机负载电流为40A，负载回路总电阻为0.2，求当=60时流过晶闸管的电流平均值与有效值、电动机的反电势。5.16三相全控桥电路带串联Ld的电动机负载，已知变压器二次电压为100V，变压器每相绕组折合到二次侧的漏感L1为100H，负载电流为150A，求： (1)由于漏抗引起的换相压降； (2)该压降所对应整流装置的等效内阻及=0时的换相重叠角。5.17 晶闸管装置中不采用过电压、过电流保护，选用较高电压和电流等级的晶闸管行不行?5.18 什么是有源逆变？有源逆变的条件是什么？有源逆变有何作用？5.19

9、 有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？为什么？5.20 无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？5.21 三相PWM整流与三相PWM逆变有何区别？第6章 思考题与习题6.1在单相交流调压电路中，当控制角小于负载功率因数角时为什么输出电压不可控？6.2晶闸管相控直接变频的基本原理是什么？为什么只能降频、降压，而不能升频、升压？6.3晶闸管相控整流电路和晶闸管交流调压电路在控制上有何区别？6.4交流调压和交流调功电路有何区别？6.5一电阻炉由单相交流调压电路供电，如=0时为输出功率最大值，试求功率为80%，50%时的控制角。6.6一交流单相晶闸管调压器，用作控制从220V交流电源送至电阻为0.5，感抗为

10、0.5的串联负载电路的功率。试求：（1） 控制角范围；（2） 负载电流的最大有效值。6.7试述单相交-交变频电路的工作原理。6.8交-交变频电路的输出频率有何限制？6.9三相交-交变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？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？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？7.3零开关，即零电压开通和零电流关断的含义是什么？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7.47.5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？7.6准谐振

11、变换器与多谐振变换器的区别是什么？7.7以Buck DC/DC变换器为例，说明零电流关断准谐振变换器ZCS QRC的工作原理。答：见教材“7.2.1 准谐振变换电路”7.8以Buck DC/DC变换器为例，说明零电压开通准谐振变换器ZVS QRC的工作原理。答：见教材“7.2.1 准谐振变换电路”7.9准谐振型变换器为什么只适宜于变频方式下工作而不宜在恒频PWM方式下工作？与恒频PWM变换器相比较，在变频下工作的变换器有哪些缺点？7.10试说明在零电压多谐振开关电路中，为什么二极管为零时刻比电容上电压为零时刻提前？答：见教材“7.2.1 准谐振变换电路”7.11软开关 PWM的含义是什么？7.

12、12试比较ZCS PWM与 ZCT PWM这两种变换方式的优缺点。答：ZCT PWM电路主开关管在零电流下关断，降低了类似IGBT这种具有很大电流拖尾的大功率电力电子器件的关断损耗，并且没有明显增加主功率开关管及二极管的电压、电流应力。同时，谐振网络可以自适应地根据输入电压与负载的变化调整自己的环流能力。更重要的是它的软开关条件与输入、输出无关，这就意味着它可在很宽的输入电压和输出负载变化范围内有效地实现软开关操作过程，并且用于保证ZVS条件所需的环流能量也不大。ZCT PWM电路变换器的开通是典型的硬开关方式，ZCSPWM变换电路的输入电压和负载在一个很大范围内变化时，可像常规的PWM变换电

13、路那样通过恒定频率PWM控制调节输出电压，且主开关管电压应力小。其主要特点与ZCS QRS电路是一样的，即主开关管电流应力大，续流二极管电压应力大。由于谐振电感仍保持在主功率能量的传递通路上因此，实现 ZCS的条件与电网电压、负载变化有很大的关系，这就制约了它在这些场合的作用。可以像QRC电路一样通过谐振为主功率开关管创造零电压或零电流开关条件，又可以使电路像常规PWM电路一样，通过恒频占空比调制来调节输出电压。7.13试比较ZVS PWM与ZVT PWM这两种变换方式的优缺点。答：ZVS PWM变换电路既有主开关零电压导通的优点，同时，当输入电压和负载在一个很大的范围内变化时又可像常规PWM

14、那样通过恒频PWM调节其输出电压，从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件，克服了QRC变换电路中变频控制带来的诸多问题。但其主要缺点是保持了原QRC变换电路中固有的电压应力较大且与负载变化有关的缺陷。另外，谐振电感串联在主电路中，因此主开关管的ZVS条件与电源电压及负载有关。ZVT PWM电路主功率管在零电压下完成导通和关断，有效地消除了主功率二极管的反向恢复特性的影响，同时又不过多的增加主功率开关管与主功率二极管的电压和电流应力ZVT PWM变换器中的辅助开关是在高电压、大电流下关断，这就使辅助开关的开关损耗增加，从而影响整个电路的效率。然而，无论是ZCT PWM还是

15、ZVT PWM的缺点都可以通过电路拓扑结构的改进来加以克服。7.14零电流关断PWM变换器与零电流关断准谐振变换器ZCS QRC在电路结构上有什么区别？特性上有哪些改进？答：ZCS PWM变换电路是在 ZCS QRC电路的谐振电容上并联一个辅助开关管和其并联的组成的。ZCSPWM变换电路保持了ZCSQRC电路中主开关管零电流关断的优点；同时，当输入电压和负载在一个很大范围内变化时，又可像常规的PWM变换电路那样通过恒定频率PWM控制调节输出电压，且主开关管电压应力小。其主要特点与ZCS QRS电路是一样的，即主开关管电流应力大，续流二极管电压应力大。7.15零电压开通PWM变换器与零电压开通准

16、谐振变换器ZVS QRC在电路结构上有什么区别？特性上有哪些改进？答：ZVS PWM变换电路是在 ZVS QRC电路的谐振电感上并联一个辅助开关管和组成的。ZVS PWM变换电路既有主开关零电压导通的优点，同时，当输入电压和负载在一个很大的范围内变化时，又可像常规PWM那样，通过恒频PWM调节其输出电压，从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件，克服了QRC变换电路中变频控制带来的诸多问题。第8章 思考题与习题8.1 开关电源与线性稳压电源相比有何优缺点？答：（1）功耗小、效率高。开关管中的开关器件交替地工作在导通截止和截止-导通的开关状态，转换速度快，这使得开关管的功耗

17、很小，电源的效率可以大幅度提高，可达90%95%。 （2）体积小、重量轻。 开关电源效率高，损耗小，则可以省去较大体积的散热器； 隔离变压用的高频变压器取代工频变压器，可大大减小体积，降低重量； 因为开关频率高，输出滤波电容的容量和体积可大为减小。 （3）稳压范围宽。开关电源的输出电压是由占空比来调节，输入电压的变化可以通过调节占空比的大小来补偿，这样在工频电网电压变化较大时，它仍能保证有较稳定的输出电压。 （4）电路形式灵活多样，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关电源。缺点为：存在开关噪声干扰。8.2 功率因数校正电路的作用是什么？有哪些校正方法？其基本原理是什

18、么？答：功率因数校正电路的作用是抑制由交流输入电流严重畸变而产生的谐波注入电网。校正方法有：无源校正和有源校正。无源校正的基本原理是：在主电路中串入无源LC滤波器。有源校正的基本原理是：在传统的整流电路中加入有源开关，通过控制有源开关的通断来强迫输入电流跟随输入电压的变化，从而获得接近正弦波的输入电流和接近1的功率因数。8.3 UPS有何作用？它由几部分组成，各部分的功能是什么？答：UPS电源装置在保证不间断供电的同时，还能提供稳压，稳频和波形失真度极小的高质量正弦波电源。后备式UPS由充电器蓄电池、逆变器、交流稳压器、转换开关等部分组成。各部分的功能：当市电存在时，逆变器不工作，市电经交流稳

19、压器稳压后，通过转换开关向负载供电，同时充电器工作，对蓄电池组浮充电。市电掉电时，逆变器工作，将蓄电池供给的直流电压变换成稳压，稳频的交流电压。转换开关同时断开市电通路，持通逆变器，继续向负载供电。在线式UPS由整流器、逆变器、蓄电池组、静态转换开关等部分组成。各部分功能：正常工作时，市电经整流器变换成直流，在经逆变器变换成稳压、稳频的正弦波交流电压供给负载。当市电掉电时，由蓄电池组向逆变器供电，以保证负载不间断供电，如果逆变器发生故障，则UPS通过静态开关切换到旁路，直接由市电供电。8.4 什么是TCR？什么是TSC？什么是SVG？它们各有何区别？答：TCR为晶闸管控制电抗器；TSC为晶闸管

20、投切电容器；SVG为静止无功发生器。其中TCR和TSC是采用晶闸管开关的静止无功补偿装置；而SVG是采用自换相变流器的静止无功补偿装置。8.5 试说明可靠性的概念。答：元件或系统的可靠性定义为元件或系统在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。8.6 试说明常用的可靠性指标有哪几个？各代表什么含义？答：1、可靠度：可靠度定义为元件或系统在规定时间内和规定的使用条件下，正常工作的概率。2、失效率：元件或系统的失效率定义为在t时刻以前一直正常工作的条件下，在t时刻以后单位时间内失效的概率，记作。3、平均无故障时间（MTBF）：作为可修复的电力电子装置或系统的寿命T不是一个确定值，而是一个连

21、续型随机变量。随机变量T的数学期望就是电力电子装置或系统的平均无故障时间8.7 试说明电磁兼容的含义。答：电磁兼容性（EMC）包括两方面的含义： 电气、电子设备能够在它自己所产生的电磁环境以及它所处的复杂的外界电磁环境中按照原设计要求正常地工作，即它具有一定的电磁敏感度，以保证它对电磁干扰具有一定的抗扰度； 该设备或系统自己产生的电磁干扰必须限制在一定的水平，从而不致对它周围的电磁环境造成严重的污染和影响周围其它设备或系统的正常工作8.8 试说明在电力电子系统中的电磁兼容具有什么特点？答：电力电子系统中的电磁兼容问题具有其固有的特点：（1）在EMI方面，电力电子系统中的电磁噪声对周围电磁环境所

22、造成的电磁污染和电磁干扰要比通信系统严重得多。 与通信系统相比，虽然电力电子系统的工作频率不高，但是其工作电压高、电流和功率都较大，因此系统在开关器件的开关过程中会产生强大的瞬态噪声电压或瞬态噪声电流，成为强的电磁噪声源，它造成的干扰主要表现为近场辐射和传导性EMI； 电力电子系统中的非线性功率变换电路通常还会导致很大的谐波电流和谐波电压，造成谐波干扰，它不仅会污染电网，而且还可能危害设备和系统的运行安全。（2）在EMS方面，与通信系统相比，电力电子系统中的抗干扰问题要复杂得多。 噪声强度大（高达数十千伏每微秒，高达数千安每微秒）、频率较低（低至几赫兹）、干扰频谱较宽（到数十兆赫兹），而且常与有用信号频率混杂在一起，所以采用一般的滤波方法难以奏效； 强电与弱电电路或部件之间以及不同装置之间的干扰耦合常属于传导耦合和近场辐射耦合，加之电力电子装置的体积通常较为庞大、干扰频率较低，采用一般常用的屏蔽措施也存在诸多困难。