《2022年《电力电子技术》习题答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年《电力电子技术》习题答案.docx（12页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载第 2 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：晶闸管承担正向阳极电压,并在门极施加触发电流（脉冲） ；或： uAK 0 且 uGK0；2. 维护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：维护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,即维护 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,即降到维护电流以下,便可使导通的晶闸管关断；3. 图 1-43 中
2、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,试运算各波形的电流平均值2I d1、I d2、 I d3 与电流有效值I 1、I 2、I 3；20404b5 4202ac图 1-43 图1-43 晶闸管导电波形I d1、Id2、Id3各为解： a I d1=14I msintdt=Im210.2717 I m2 2 2I 1=14I msint2dt=Im310.4767 I m2242b I d2 =14I msintdt=Im210.5434 I m2I 2 =14I msint2dt=2Im310.6741I m242c I d3=12I md t=1I m2 04
3、I 3 =12I m2dt=1I m2024. 上题中假如不考虑安全裕量,问 100A 的晶闸管能送出的平均电流多少？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 TAV =100A 的晶闸管,答应的电流有效值I =157A ,由上题运算结果知 第 1 页,共 9 页 a I m10I329.35,I d10.2717 I m189.48 . 4767b I m20I232.90, I d20.5434 I m2126.56 . 6741c I d3=1I m3=78.5 I m3=2 I = 314, 4细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - -
4、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载5. GTO 和一般晶闸管同为 PNPN 结构,为什么 GTO 能够自关断,而一般晶闸管不能？答： GTO 和一般晶闸管同为 PNPN 结构,由 P1N 1P2 和 N1P2N2 构成两个晶体管 V 1、V 2,分别具有共基极电流增益 1和 2,由一般晶闸管的分析可得,1+ 2=1 是器件临界导通的条件；1+ 21,两个等效晶体管过饱和而导通；1+ 21,不能维护饱和导通而关断；GTO 之所以能够自行关断,而一般晶
5、闸管不能,是由于 和工艺方面有以下几点不同：GTO 与一般晶闸管在设计1+1 GTO 在设计时2较大,这样晶体管V 2掌握灵敏,易于GTO 关断；就为2 GTO导通时的1+2更接近于1,一般晶闸管1+21.15,而GTO21.05, GTO的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极掌握关断供应了有利条件；3 多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小, 门极和阴极间的距离大为缩短,使得P2极区所谓的横向电阻很小,从而使从门极抽出较大的电流成为可能；6. 如何防止电力MOSFET因静电感应应起的损坏？MOSFET的输入电容是低答：电力 MOSFET的栅极绝缘层很薄弱,简洁被击穿而损坏；泄漏电容,当
6、栅极开路时极易受静电干扰而充上超过20 的击穿电压,所以为防止MOSFET 因静电感应而引起的损坏,应留意以下几点： 一般在不用时将其三个电极短接； 装配时人体、工作台、电烙铁必需接地,测试时全部仪器外壳必需接地； 电路中,栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 漏、源极间也要实行缓冲电路等措施吸取过电压；7. IGBT 、GTR 、GTO 和电力 MOSFET的驱动电路各有什么特点？答： IGBT 驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻,IGBT 是电压驱动型器件,IGBT 的驱动多采纳专用的混合集成驱动器；GTR 驱动电路的特点是：驱动电路供应的驱动电流有足够陡的前沿,并有肯定的过
7、 冲,这样可加速开通过程,减小开通损耗,关断时,驱动电路能供应幅值足够大的反向基 极驱动电流,并加反偏截止电压,以加速关断速度；GTO驱动电路的特点是：GTO要求其驱动电路供应的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度,且一般需要在整个导通期间施加正门极电流,关断需施加负门极电流,幅值 和陡度要求更高,其驱动电路通常包括开通驱动电路,关断驱动电路和门极反偏电路三部 分；电力 MOSFET 驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻,驱动功率小且 电路简洁；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 9 页 - - - - - - - -
8、 - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料欢迎下载RCD缓冲电路中各元件的作8. 全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析用；答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压,du/dt 或过电流和di/dt,减小器件的开关损耗；RCD 缓冲电路中,各元件的作用是：开通时,Cs经 Rs放电, Rs起到限制放电电流的作用；关断时,负载电流经 VD s从 Cs 分流,使 du/dt 减小,抑制过电压；9. 试说明 IGBT 、GTR 、GTO 和电力 MOSFET各自的优缺点；解：对 IGBT 、GTR 、GTO 和电力 MO
9、SFET 的优缺点的比较如下表：器 件 优 点 缺 点开关速度高, 开关损耗小, 具有 开 关 速 度 低 于 电 力 耐脉冲电流冲击的才能,通态压IGBT 降较低, 输入阻抗高, 为电压驱 MOSFET, 电压,电流容量不及 GTO 动,驱动功率小开关速度低,为电流驱动,耐压高,电流大,开关特性好,GTR 通流才能强,饱和压降低 所需驱动功率大,驱动电路复杂,存在二次击穿问题电流关断增益很小,关断时 电压、电流容量大, 适用于大功 门极负脉冲电流大,开关速GTO 率场合, 具有电导调制效应,其 度低,驱动功率大,驱动电 通流才能很强 路复杂,开关频率低开关速度快, 输入阻抗高, 热稳 电流容
10、量小,耐压低,一般 电 力 定性好,所需驱动功率小且驱动 只适用于功率不超过 10kWMOSFET 电路简洁, 工作频率高, 不存在 的电力电子装置 二次击穿问题第 3 章 整流电路3单相桥式全控整流电路,U 2100V,负载中 R2 ,L 值极大,当 30时,要求：作出 ud、id、和 i2 的波形；求整流输出平均电压 Ud、电流 Id,变压器二次电流有效值 I 2；解： ud、i d、和 i2 的波形如下图：u 2O tu d输出平均电压Ot 第 3 页,共 9 页 i dI dtO i 2I dOtU d、电流 I d,变压器二次电流有效值I 2 分别为细心整理归纳 精选学习资料 - -
11、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载Ud0.9 U2 cos 0.9 100 cos30 77.97（V ）I d Ud / R77.97/ 2 38.99（A）I 2 Id 38.99（A）当5单相桥式全控整流电路,U 2=100V ,负载中R=2 ,L 值极大,反电势E=60V ,=30 时,要求：作出 ud、id 和 i2 的波形；求整流输出平均电压Ud、电流 I d,变压器二次侧电流有效值I 2；考虑安全裕量,确定晶闸管的额定
12、电压和额定电流；解： ud、i d和 i2 的波形如下图：u2O t ud整流输出平均电压OtI 2分别为i dIdOI dIdti 2OtUd、电流 Id,变压器二次侧电流有效值U d 0.9 U2 cos 0.9 100 cos30 77.97A I d UdE/R77.97 60/29A I 2 Id 9A 晶闸管承担的最大反向电压为：2 U2100 2 141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：2 6.36（A）I VTId 故晶闸管的额定电压为：U N23 141.4283424（ V）晶闸管的额定电流为：I N1.52 6.361.5768（A）晶闸管额定电压和电流的详细数值
13、可按晶闸管产品系列参数选取；12在三相桥式全控整流电路中,电阻负载,假如有一个晶闸管不能导通,此时的整 流电压 ud 波形如何？假如有一个晶闸管被击穿而短路,其他晶闸管受什么影响？答：假设VT 1 不能导通,整流电压ud 波形如下： 第 4 页,共 9 页 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载u dO t假设 VT 1 被击穿而短路,就当晶闸管 得 VT 3、VT 5 也可能分别被击穿；VT 3 或
14、VT 5 导通时,将发生电源相间短路,使13三相桥式全控整流电路,U2=100V ,带电阻电感负载,R=5 ,L 值极大, 当=60时,要求： 画出 ud、id 和 iVT1 的波形； 运算 U d、I d、I dT 和 I VT ；解： ud、i d和 iVT1 的波形如下：= 60 u 2 u au buct1Ouab u ac u bc uba uca u cb u abuactu dtOi dO iVT 1OttUd、 Id、 IdT和 IVT分别如下 U d 2.34U2cos 2.34 100 cos60 117（V）I dUdR117523.4（A）I DVTId323.43 7
15、.8（A）I VTId3 23.43 13.51（A）30单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中,当负载分别为电阻负载或电 感负载时,要求的晶闸管移相范畴分别是多少？答：单相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范畴是0 180 ,0 120 , 第 5 页,共 9 页 - - - - - - - - - 当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范畴是0 90 ；三相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范畴是当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范畴是0 90 ；第 4 章逆变电路细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - -
16、- -名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载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：有源逆变电路的沟通侧接电网,即沟通侧接有电源；而无源逆变电路的沟通侧直接和 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才能进行换流；全控型器件采纳此换流方式；电网换流：由电网供应换流电压,只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可；负载换流： 由负载供应换流电压,可实现负载换流；当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时,强迫换流：设置附加换流电路,给欲关断的晶
17、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；晶闸管电路不能采纳器件换流,依据电路形式的不同采纳电网换流、负载换流和强迫 换流 3 种方式；第 5 章 直流 -直流变流电路 1简述图 5-1a 所示的降压斩波电路工作原理；在一个掌握周期中,让 V 导通一段时间 ton,由电源 E 向 L 、R、答：降压斩波器的原理是：M 供电, 在此期间, uoE；然后使 V 关断一段时间 toff,此时电感 L 通过二极管 VD 向 R和 M 供电, uo0；一个周期内的平均电压 Uot on E；输出电压小于电源电压,t on t off 起到降压的作用；2在图 5
18、-1a 所示的降压斩波电路中,已知E=200V,R=10 ,L 值极大, EM =30V ,T=50 s, ton=20 s, 运算输出电压平均值Uo,输出电流平均值I o；解：由于L 值极大,故负载电留恋续,于是输出电压平均值为U o=tonE=20200=80V T50输出电流平均值为U o-E M 80 30I o = = =5A R 10 4简述图 5-2a 所示升压斩波电路的基本工作原理；答：假设电路中电感 L 值很大,电容 C 值也很大；当 V 处于通态时,电源 E 向电感 L 充电,充电电流基本恒定为 I 1,同时电容 C 上的电压向负载 R 供电,因 C 值很大,基本保持输出电
19、压为恒值 Uo；设 V 处于通态的时间为 ton,此阶段电感 L 上积蓄的能量为 EI 1t on；当 V 处于断态时 E 和 L 共同向电容 C 充电并向负载 R 供应能量； 设 V 处于断态的时间为toff,就在此期间电感 L 释放的能量为 U o E I 1 t off；当电路工作于稳态时,一个周期 T细心整理归纳 精选学习资料 第 6 页,共 9 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载中电感 L 积蓄的能量与释放的能量
20、相等,即：EI1tonUoEI1toff化简得：U o t on t off E T Et off t off式中的 T / t off 1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路； 5在图 5-2a 所示的升压斩波电路中,已知 E=50V,L 值和 C值极大, R=20 ,采纳脉宽调制掌握方式,当 T=40 s,t on=25 s 时,运算输出电压平均值 U o,输出电流平均值 I o；解：输出电压平均值为：Uo =tTE=40402550=133.3V off输出电流平均值为：Io =U o = R133.3=6.667A 206试分别简述升降压斩波电路和Cuk 斩波电路的基本原理
21、,并比较其异同点；答：升降压斩波电路的基本原理：当可控开关 V 处于通态时,电源 E 经 V 向电感 L 供电使其贮存能量,此时电流为 i1,方向如图 3-4 中所示；同时,电容 C 维护输出电压基本恒定并向负载 R 供电；此后,使 V 关断,电感 L 中贮存的能量向负载释放,电流为 i2,方向如图 3-4 所示；可见,负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反；稳态时,一个周期 T 内电感 L 两端电压 uL 对时间的积分为零,即T0 u L d t 0当 V 处于通态期间,uL = E；而当 V 处于断态期间,uL = - uo；于是：E t on U o t off所以输出电压为：转变导
22、通比UotonETtononE1E01/2 时为降tofft,输出电压既可以比电源电压高,也可以比电源电压低；当压,当 1/21 时为升压,因此将该电路称作升降压斩波电路；Cuk 斩波电路的基本原理：当V 处于通态时, EL 1V 回路和 R L2C V 回路分别流过电流；当 V 处于断态时, EL 1CVD 回路和 RL2VD 回路分别流过电流；输出电压的极性与电源电压极性相反；该电路的等效电路如图 5-5b 所示,相当于开关 S在 A、B 两点之间交替切换；假设电容 C 很大使电容电压 A 点电压 uA= - uC；相反,当uC 的脉动足够小时； 当开关 S 合到 B 点时,B 点电压 u
23、B=0,S 合到 A 点时, uB= u C, uA=0；因此, B 点电压 uB 的平均细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 9 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -值为UB优秀学习资料欢迎下载toffUC（U C为电容电压uC 的平均值）,又因电感L 1 的电压平均值为零,所以TEUBtoffUC；另一方面, A 点的电压平均值为UAtonUC,且 L 2的电压平均值TT为零,按图5-5b 中输出电压U o 的极性,有UotonUC；于
24、是可得出输出电压Uo与电源T电压 E 的关系：UotonETtononE1Etofft两个电路实现的功能是一样的,均可便利的实现升降压斩波；与升降压斩波电路相比,Cuk 斩波电路有一个明显的优点,其输入电源电流和输出负载电流都是连续的,且脉动很小,有利于对输入、输出进行滤波；第 6 章 沟通 -沟通变流电路1. 一调光台灯由单相沟通调压电路供电,设该台灯可看作电阻负载,在 =0 时输出功率为最大值,试求功率为最大输出功率的 解： =0 时的输出电压最大,为80% ,50% 时的开通角 ；Uomax12 U1sint2dtU10此时负载电流最大,为IomaxUomaxU1RR因此最大输出功率为输
25、出功率为最大输出功率的P maxUomaxIomaxU2 12R80% 时,有：0 .8 U1 P0.8P omaxR此时,Uo0 U1又由UoU1sin22解得 =60.54细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 9 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载同理,输出功率为最大输出功率的 50% 时,有：U o 0 U 1 又由UoU1sin22 =903沟通调压电路和沟通调功电路有什么区分？二者各运用于什么样的负载？为什
26、 么？答：沟通调压电路和沟通调功电路的电路形式完全相同,二者的区分在于掌握方式不同；沟通调压电路是在沟通电源的每个周期对输出电压波形进行掌握；而沟通调功电路是 将负载与沟通电源接通几个周波,再断开几个周波,通过转变接通周波数与断开周波数的 比值来调剂负载所消耗的平均功率；沟通调压电路广泛用于灯光掌握（如调光台灯和舞台灯光掌握）及异步电动机的软起 动,也用于异步电动机调速；在供用电系统中,仍常用于对无功功率的连续调剂；此外,在高电压小电流或低电压大电流直流电源中,也常采纳沟通调压电路调剂变压器一次电 压；如采纳晶闸管相控整流电路,高电压小电流可控直流电源就需要许多晶闸管串联；同 样,低电压大电流直流电源需要许多晶闸管并联；这都是非常不合理的；采纳沟通调压电 路在变压器一次侧调压,其电压电流值都不太大也不太小,在变压器二次侧只要用二极管 整流就可以了；这样的电路体积小、成本低、易于设计制造；沟通调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的掌握对象；由于掌握对象的时间常 数大,没有必要对沟通电源的每个周期进行频繁掌握；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页,共 9 页 - - - - - - - - -