《电力电子技术第3版》教材配套习题答案

第1章 电力电子器件

一、简答题

1、 晶闸管内部有几个PN结?外部有几个电极？

2、普通晶闸管的额定电流是用什么电流表示？双向晶闸管的额定电流用什么电流表示？

3、双向晶闸管通常用在什么类型的变换电路中？其外部有几个电极？

4、当阳极电流小于什么电流时，晶闸管才会由导通转为截止？

5、脉冲触发电路与晶闸管的连接方式有哪3种？

6、某晶闸管型号规格为KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?

二、填空题

1、请在空格内标出下面元件的英文大写简称：电力晶体管（　）；可关断晶闸管（ ）；功率场效应晶体管（ ）；绝缘栅双极型晶体管（ ）；IGBT是（ ）和（ ）的复合管。

2、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于（ ）电流前，如去掉（ ）脉冲，晶闸管又会关断。

3、由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流I_Tn等于（ ）倍I_T（AV），如果I_T（AV）=100A，则它允许的有效电流为（ ）A。通常在选择晶闸管时还要留出（ ）倍的裕量。

4、型号为KS100-8的元件表示（ ）晶闸管、它的额定电压为（ ）V、额定电流为（ ）A。

5、目前常用的具有自关断能力的电力电子元件有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）几种。并写出它们的电气符号。

三、问答题

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、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?

3、试说明晶闸管有哪些派生器件？

4、请简述光控晶闸管的有关特征。

5、晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？

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?

7、如何防止P-MOSFET因静电感应应起的损坏?

8、IGBT、GTR、GTO和P-MOSFET的驱动电路各有什么特点?

9、试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。

10、GTR对基极驱动电路的要求是什么？

11、与GTR相比P-MOSFET管有何优缺点?

12、分别说明什么是不可控型、半控型和全控型电力电子器件。

四、计算题

1、习题图1-57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，试计算各波形的电流平均值与电流有效值以及波形系数K_f。

（1） （2） （3） （4）

1. （6）

习题图1-57

（1）；

；K_f==1.75。

（2）；

；K_f==1.24。

（3）；；

。

（4）；

。

（5）；；。

（6）；；。

2、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?

3、型号为KP100-3，维持电流I_H=4mA的晶闸管，使用在习题图1-58所示电路中是否合理，为什么?（暂不考虑电压、电流裕量）

习题图1-58

4、如习题图1-59所示，试画出负载R_d上的电压波形(不考虑管子的导通压降)。

习题图1-59

5、在习题图1-60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（设晶闸管的擎住电流I_L=15mA）？

习题图1-60

6、单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如习题图1-61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）当电流的波形系数为K_f=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？

习题图1-61

第2章 交流-直流变换电路

一、简答题

1、单相半波电阻性负载可控整流电路中，控制角α的最大移相范围是多少？输出最大直流电压的平均值等于整流前交流电压的多少倍？

2、单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差多少度？

3、在单相桥式全控整流电路中，大电感负载时，控制角α的有效移相范围是多少度？

4、α为多少度时，三相半波可控整流电路电阻性负载输出电压波形处于连续和断续的临界状态。

5、晶闸管触发电路中，通过改变什么电压的大小，其输出脉冲产生相位移动，达到移相控制的目的。

6、三相半波可控整流电路的自然换相点是什么电压的交点？

7、α为多少度时，三相全控桥式整流电路带电阻负载电路，输出电压波形处于连续和断续的临界状态？

8、三相全控桥式整流电路带大电感负载时，控制角α的有效移相范围是多少度？

9、 为了让晶闸管可控整流电感性负载电路正常工作，应在电路中接入元件？

10、 晶闸管可整流电路中直流端的蓄电池或直流电动机属于什么类型的负载？

11、 带平衡电抗器的双反星型可控整流电路适用于什么负载？

12、三相可控整流与单相可控整流相比较，输出直流电压的纹波系数哪个大？

13、在半控桥带大电感负载不加续流二极管整流电路中，电路可能会出现什么现象？

14、在桥式半控整流电路中，带大电感负载，不带续流二极管时，输出电压波形中会不会出现负面积？答：不会。

15、三相桥式全控整流电路，输出电压波形的脉动频率是多少？

16、 单结晶体管组成的触发电路是否可以用在双向晶闸管电路中。

二、填空题

1、从晶闸管开始承受正向电压起到晶闸管导通之间的电角度称为（ ）角，用（ ）表示。

1. 单相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为（ ）。三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为（ ）。（电源相电压为）

3、单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为（ ）。三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为。（电源相电压为）

4、三相半波可控整流电路，输出平均电压波形脉动频率为（ ）H_Z；而三相全控桥整流电路，输出平均电压波形脉动频率为（ ）H_Z；这说明（ ）电路的纹波系数比（ ）电路要小。

5、三相半波可控整流电路电阻性负载时，电路的移相范围（ ），三相全控桥电阻性负载时，电路的移相范围（ ），三相半控桥电阻性负载时，电路的移相范围（ ）。

6、要使三相全控桥式整流电路正常工作，对晶闸管触发方法有两种，一是用（ ）触发；二是用（ ） 触发。

7、三相桥式全控整流电路是由一组共（ ）极三只晶闸管和一组共（ ）极的三只晶闸管串联后构成的，晶闸管的换相是在同一组内的元件进行的。每隔（ ）换一次相，在电流连续时每只晶闸管导通（ ）度。要使电路工作正常，必须任何时刻要有（ ）只晶闸管同时导通，且要求不是（ ） 的两个元件。

8、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会（ ），解决的办法就是在负载的两端（ ）接一个（ ）。

9、带平衡电抗器的双反星形电路，变压器绕组同时有（ ）相导电；晶闸管每隔（ ）度换一次流，每只晶闸管导通（ ）度，变压器同一铁心柱上的两个绕组同名端（ ），所以以两绕组的电流方向也（ ），因此变压器的铁心不会被（ ）。

10、单结晶体管内部共有（ ）个PN结，外部共有3个电极，它们分别是（ ）极、（ ）极和（ ）极。

11、单结晶体管产生的触发脉冲是（ ）脉冲；主要用于驱动（ ）功率的晶闸管；锯齿波同步触发电路产生的脉冲为（ ）脉冲；可以触发（ ）功率的晶闸管。

12、锯齿波触发电路的主要是由（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）环节组成。

三、问答题

1、单相半波可控整流电路，如（1）晶闸管内部短路，（2）晶闸管内部开路，在下面的坐标中画出其直流输出电压U_d和晶闸管两端电压U_T的波形。

答：

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。

3、单相桥式半控整流电路，电阻性负载。当控制角α=90º时，画出：负载电压u_d、晶闸管VT₁电压u_VT1、整流二极管VD₂电压u_VD2，在一周期内的电压波形图。

答：

4、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?

5、带电阻性负载三相半波可控整流电路，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15°时负载两端的电压u_d波形。

6、画出下面单结晶体管触发电路图的各点波形。

答：

7、三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，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？

8、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晶闸管承受的最大反向电压为2U₂：②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。

四、计算题

1、某电阻性负载要求提供0~24V直流电压，最大负载电流30A。如采用220V交流直接供电和由变压器降压到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、电源侧功率因数。

2、阻感负载，电感极大，电阻，电路采用有续流二极管的单相半控桥电路，输入电压=220V，当控制角＝60°时，求流过晶闸管的平均电流值I_dT有效值I_T，流过续流二极管的电流平均值I_dD有效值I_D。

3、单相桥式全控整流电路，=100V，负载中R=2，L值极大当=时，要求:

①作出、和的波形；

②求整流输出平均电压、电流，变压器二次电流有效值；

③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

4、单相桥式全控整流电路，=100V，负载R=2，L值极大，反电势E=60V，当=时，要求: ①作出、和的波形；

②求整流输出平均电压、平均电流，变压器二次电流有效值；

③不考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

5、晶闸管串联的单相半控桥，电路如习题图2-184所示，=100V，阻感负载，R=2，L值极大，当=时，求流过器件电流的有效值，并作出作出、、和的波形的波形。

习题图2-184

6、某电阻负载，R=50Ω，要求U_d在0~600V可调，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（不考虑安全裕量）；（2）负载电阻上消耗的最大功率。

7、在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压的波形。

8、三相半波可控整流电路带大电感负载，R=10Ω，相电压有效值=220V。求α=45°时负载直流电压、流过晶闸管的平均电流和有效电流，画出、和的波形。

9、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=220V，电动机负载电流为40A，负载回路总电阻，求当α=60°时流过晶闸管的电流平均值与有效值、电动机的反电势。

10、三相桥式全控整流电路，=100V，带阻感性负载，R=5Ω，L极大。当控制角α=60º时，求：

（1）画出、和的波形。

（2）计算负载直流平均电压、平均电流；流过晶闸管的平均电流和有效电流的值。

11、三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻R=4Ω，要求U_d从0~220V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。

第3章 直流-交流变换电路

一、简答题

1、逆变器的输出交流侧接电源时，称为何逆变？交流侧直接和负载连接时，又称何逆变？

2、逆变器换流方式有哪些？

3、要实现负载换流，负载电流的相位和负载电压的相位必须符合什么关系？

4、哪一类可控整流电路不能用于有源逆变？

5、在一般的可逆电路中，最小逆变角β_min应限制在什么范围内？

6、电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式是什么导电方式？

7、在SPWM调制法中，通常采用什么波形作为载波？什么波形作为调制波？

8、造成有源逆变失败的主要原因有哪些？

二、填空题

1、按逆变后能量去向不同，电力电子逆变器可分为（ ）逆变器与（ ）逆变器两大类。

2、有源逆变指的是把（ ）能量转变成（ ）能量后送给（ ）装置。

3、逆变器按直流侧提供的电源性质来分，可分为（ ）逆变器和（ ）逆变器，电压型逆变器直流侧是电压源，通常由可控整流输出，在最靠近逆变桥侧用（ ）器进行滤波，电压型三相桥式逆变电路的换流是在桥路的（ ）元件之间换流，每只晶闸管导电的角度是（ ）度；而电流型逆变器直流侧是电流源，通常由可控整流输出在最靠近逆变桥侧用（ ）滤波，电流型三相桥式逆变电路换流是在（ ）元件之间换流，每只晶闸管导电的角度是（ ）度。

4、SPWM脉宽调制型变频电路的基本原理是：对逆变电路中开关器件的通断进行有规律的调制，使输出端得到（ ）脉冲列来等效正弦波。

5、PWM逆变电路的调制方式有（ ）、（ ）、（ ）。

三、问答题

1、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？

2、无源逆变电路与有源逆变电路相比较有何区别？

3、什么是逆变失败？逆变失败后有什么后果？形成的原因是什么？

4、有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？为什么？

5、换流重叠角的产生给逆变电路带来哪些不利影响？

6、什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？

7、串联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是什么？试分析换流过程。

8、并联谐振式逆变电路利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件？

9、试说明PWM控制的基本原理。

10、SPWM调制方式是怎样实现变压功能的？又是怎样实现变频功能的？

11、什么是电流跟踪型PWM变流电路？采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器有何特点？

四、计算题

1、三相全控桥变流器带反电动势阻感负载，，，，，当，时，求、和的值。此时送回电网的有功功率是多少？

2、单相全控桥，反电动势阻感负载，， ，，，当，时，求、和的值。

3、单相全控桥带反电动势电感负载，有源逆变电路，为了加快电动机的制动过程，增大电枢电源，应如何调节角？为什么？电枢电流增大后，换相重叠角是否会加大？这是否会造成逆子变失败？

4、单相全控桥反电动势阻感负载，，，，当，时，求、的数值。

5、三相半波变流电路，反电动势阻感负载，，，，当，时，求、的数值。

6、三相全控桥式变流电路，反电动势阻感负载，，，，当，时，求，的数值，此时送回电网的平均功率为多少？

7、三相桥式变流电路，已知，反电动势阻感负载，主回路，，假定电流连续且平滑，当，时，计算输出电流平均值，输出电流有效值（忽略谐波）、晶闸管的电流平均值和有效值。

8、在单相桥式全控带反电动势电感负载整流电路中，若，，，当时，能否实现有源逆变？为什么？

9、在单相桥式全控带反电动势电感负载整流电路中，若，，，当时，能否实现有源逆变？求这时电动机的制动电流多大？

10、三相半波带反电动势电感负载电路，，，，足够大，能使电流连续，试问时，为何值？如若，问这时电流多大？为什么？

第4章 交流-交流变换电路

一、简答题

1、在单相交-交变频电路中，要改变输出电压的频率和幅值，应该分别改变变流电路的什么参数？

2、交-交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成另一频率的交流电的变流电路。试问它属于什么类型的变频电路？

3、变频电路有哪些形式？

4、交-交变频电路主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？

5、交流调功电路和交流调压电路的电路形式是否相同？控制方式是否相同？

二、问答题

1、试从电压波形，功率因数，电源容量，设备重量及控制方式等几方面，分析比较采用晶闸管交流调压与采用自耦调压器的交流调压有何不同？

2、交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？

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？

4、图4-67为一单相交流调压电路，试分析当开关Q置于位置1、2、3时，电路的工作情况。

习题图4-67

5、三相交-交变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？

6、单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同?

三、计算题

1、在图4-68所示交流调压电路中，已知U₂＝220V，负载电阻R_L＝10Ω，当触发角α＝90°时，R_L吸收的电功率是多少？并画出R_L上的电压波形图。导通区用阴影线表示。 图4-68

2、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。

3、单相交流调压，阻感负载，U₁=220V，L=5.5mH，R=1。求：移相角＝？，最大负载电流有效值I=?，最大输出功率Pmax=?，功率因数cos=?

4、单相交流调压电路带电阻性负载，输入电压，延迟角为，试求（1）负载电压有效值；（2）负载功率；（3）电源功率因数。

5、对于热惯性大的负载，可以采用过零触发控制，若设定周期为，导通时间为，关断时间为，试求负载电压有效值与负载功率。

6、一台220V，10kW的电炉，现在采用晶闸管单相交流调压使其工作于5kW，试求延迟角、工作电流以及电源侧功率因数。

第5章 直流-直流变换电路

一、填空题

1、升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L储能之后具有使（ ）的作用；二是电容C可将输出电压（ ）住。

2、升压斩波电路和降压斩波电路一样，也有电流（ ）和（ ）两种工作状态。

3、直流斩波电路在改变负载的直流电压时，常用的控制方式有（ ）、（ ）和（ ）三种。

4、直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有（ ）斩波电路、（ ） 斩波电路和（ ）斩波电路。

二、问答题

1、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？

2、简述习题图5-89基本降压斩波电路的工作原理。

输出电压电流波形。

习题图5-89基本降压斩波电路

3、简述图5-90升压斩波电路的基本工作原理。（图中设：电感L、与电容C足够大）

输出电流波形

习题图5-90基本升压斩波电路

4、简述图5-91升降压斩波电路的基本工作原理。

答：升降压斩波电路的电路及输出电压电流波形如下图。其工作原理为：V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i₁。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。V断时，L的能量向负载释放，电流为i₂。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。

习题图5-91 基本升降压斩波电路

5、试比较Buck电路与Boost电路的异同。

6、试简述Buck-Boost电路与Cuk电路的异同。

三、计算题

1、在图5-92的Boost升压斩波电路中，已知U_S=50V，负载电阻R=20Ω，L值和C值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40µs，t_on=25µs时，计算输出电压平均值U₀，输出电流平均值I₀。

习题图5-92 Boost升压斩波电路

2、在图5-93的Buck降压斩波电路带电动机反电动势负载中，已知U_S=200V，R=10Ω，L值极大，E_M=30V。采用脉宽调制控制方式，当T=50µs，t_on=20µs时，计算输出电压平均值U₀，输出电流平均值I₀。

习题图5-93 Buck降压斩波电路

第6章 软开关电路

一、问答题

1、软开关电路可以分为哪些几类？其典型拓扑分别是什么样子？各有什么特点？

2、在移相全桥零电压开关PWM电路中，如果没有谐振电感L_r，电路的工作状态将发生哪些变化？哪些开关仍是软开关，哪些开关将成为硬开关？

3、在零电压转换PWM电路中，辅助开关和二极管VD1是软开关还是硬开关？为什么？

4、零开关，即零电压开通和零电流关断的含义是什么？

5、零电流关断ZCS PWM变换器与零电流关断ZCS QRC准谐振变换器在电路结构上有什么区别？在特性上有什么区别？

6、零电压开通ZVS PWM变换器与零电压开通ZVS QRC准谐振变换器在电路结构上有什么区别？在特性上有什么区别？

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