电力电子学课后答案第三章
电工电子学第三章习题答案 (2)
第三章交流电路3-1 试写出表示u A =)120314sin(2220,314sin 22200-==t u tV u B A 和V t u C )120314sin(22200+=的，并画出相量图。
解：V U V U V U C B A 0.00120220,120220,0220∠=-∠=∠=•••3-2 如图所示的是时间t=0时电压和电流的相量图，并已知U=220V ，I 1=10A ，I 2=52A ，试分别用三角函数式和复数式表示各正弦量。
3-3已知正弦电流i 1=22sin(100πt+60°)A, i 2=32sin(100πt+30°)A,试用相量法求i=i 1+i 2。
解A tg j j j j I I I 010000210.4284.4)598.3232.3(3914.23232.3598.3)213232(23321230sin 330cos 360sin 260cos 2∠=∠=+=⨯+⨯+⨯+⨯=+++=+=-•••i= 4.842 sin （100πt+42.00） A3-4在图示电路中，已知R=100Ω，L=31.8mH ，C=318uF 。
求电源的频率和电压分别为50Hz 、100V 和1000Hz 、100V 的两种情况下，开关S 合向a 、b 、c 位置时电流表的读数，并计算各元件中的有功功率和 无功功率.解：当F=50HZ 、U=100V 时，S 接到a ，Ia=)(1100100A =；有功功率为：P=UIa=100WS 接到b ，Ib=)(1099.9100108.312501003A LV ==⨯⨯⨯=-πω 无功功率为：Q=UIb=1000Var S 接到c ，)(10100103182506A C V Ic =⨯⨯⨯⨯==-πω。
无功功率为：q=UIc=-1000Var当F=1000HZ 、U=100V 时S 接到a ，Ia=)(1100100A =；有功功率为：P=UIa=100WS 接到b ，Ib=)(5.08.199100108.31210001003A L V ==⨯⨯⨯=-πω 无功功率为：Qb=UIb=50Var S 接到c ，)(8.19910010318210006A C V Ic=⨯⨯⨯⨯==-πω。
电力电子技术课后习题答案(王兆安)
第一章电力电子器件1.1 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或者UAK >0且UGK>01.2 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。
1.3 图1－43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Im ，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。
解：a) Id1=Im2717.0)122(2Im)(sinIm214≈+=⎰πωπππtI1=Im4767.021432Im)()sin(Im2142≈+=⎰πϖπππwtdtb) Id2=Im5434.0)122(2Im)(sinIm14=+=⎰wtd tππϖπI2=Im6741.021432Im2)()sin(Im142≈+=⎰πϖπππwtdtc) Id3=⎰=2Im41)(Im21πωπtdI3=Im21)(Im2122=⎰tdωππ1.4.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少?这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?解：额定电流IT(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) Im135.3294767.0≈≈IA, Id1≈0.2717Im1≈89.48Ab) Im2,90.2326741.0AI≈≈Id2AIm56.1265434.02≈≈c) I m3=2I=314 I d3=5.78413=m I1.5.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? 答：GTO 和普通晶阐管同为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1α和2α，由普通晶阐管的分析可得，121=+αα是器件临界导通的条件。
电力电子技术第3章-习题答案
3章 交流-直流变换电路 课后复习题第1部分：填空题1.电阻负载的特点是 电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能 ，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒ ≤a ≤ 180︒ 。
2.阻感负载的特点是 电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变 ，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒≤a ≤ 180︒ ，2 ，续流二极管承受的最大反向电压2 （设U 2为相电压有效值）。
3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为 0︒ ≤a ≤ 180︒ ，2 和2 ；带阻感负载时，α角移相范围为 0︒ ≤a ≤ 90︒ ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为22U 2 ；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器(大电感) 。
4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ = 180︒-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时，晶闸管的导通角 θ = 0︒ 。
5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与 单相全波可控整流电路 的波形基本相同，只是后者适用于 较低 输出电压的场合。
6.2 ，随负载加重U d 逐渐趋近于0.9 U 2，通常设计时，应取RC≥ 1.5~2.5T ，此时输出电压为U d ≈ 1.2 U 2(U 2为相电压有效值)。
7.电阻性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U Fm 等于 26U ，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒≤a ≤90︒ ，使负载电流连续的条件为 a ≤30︒ (U 2为相电压有效值)。
8.三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︒ ，当它带阻感负载时，α的移相范围为 0︒≤a ≤90︒ 。
9.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中，共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是 电压最高 的相电压，而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是电压最低 的相电压；这种电路 α 角的移相范围是 0︒≤a ≤120︒ ，u d 波形连续的条件是 a ≤60︒ 。
电力电子课后答案(整理版)
电力电子技术课后习题答案 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。
2. 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。
3. 图1-43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。
π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43 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 =πmI (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =2m I π2123+≈0.898 I m c) I d3=π21⎰2)(πωt d I m =0.25I mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =0.5I m4. 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≈126.56c) I m3=2 I = 314, I d3=41I m3=78.55. 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？ 答：GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
《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U d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。
电力电子第三章课后习题
第3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︒=0α时和︒60时的负载电流I d ,并画出u d 与i d 波形。
解:︒=0α时,在电源电压u 2的正半周期晶闸管导通时,负载电感L 储能,在晶闸管开始导通时刻,负载电流为零。
在电源电压u 2的负半周期,负载电感L 释放能量,晶闸管继续导通。
因此,在电源电压u 2的一个周期里,以下方程均成立:t U dtdi Ldωsin 22= 考虑到初始条件：当0=tω时i d =0可解方程：）－（t cos 1LU 22d ωω=i ⎰=πωωωπ202d )(d t cos 1LU 221t I ）－（ )(51.22U 22A L==ω u d 与i d 的波形如下图：当α=︒60时,在u 2的正半周期︒60~︒180期间, 晶闸管导通使电惑L 储能,电感L 储藏的能量在u 2负半周期︒180~︒300期间释放,因此在u 2的一个周期中︒60~︒300期间，以下微分方程成立：t U dtdi Ldωsin 22= 考虑到初始条件：当︒=60tω时i d =0可解方程得：i d =)cos 2122t L U ωω－（ 其平均值为I d =⎰=-35322)25.11L2U 2)()cos 21(221ππωωωωπA t d t L U （＝此时u d与i d的波形如下图：2. 图3-10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晶闸管承受的最大反向电压为22U2;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。
答:具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,该变压器没有直流磁化的问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中,正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称, 其一个周期内的平均电流为零,故不会有直流磁化的问题。
以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。
电力电子技术课后习题答案
第一章电力电子器件使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或者U AK >0且U GK>0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。
图1－43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I1、I2、I3。
解：a) I d1=I1=b) I d2=I2=c) I d3=I3=.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐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 m1A, I d10.2717I m189.48Ab) I m2 I d2c) I m3=2I=314 I d3=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?答：GTO和普通晶阐管同为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和，由普通晶阐管的分析可得，是器件临界导通的条件。
两个等效晶体管过饱和而导通；不能维持饱和导通而关断。
GTO之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同： l)GTO在设计时较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；2)GTO导通时的更接近于l，普通晶闸管，而GTO则为，GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；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。
电力电子技术(第二版)第3章答案
第三章交流-交流变换器习题解答3-1. 在交流调压电路中，采用相位控制和通断控制各有什么优缺点？为什么通断控制适用于大惯性负载？答：相位控制：优点：输出电压平滑变化。
缺点：含有较严重的谐波分量通断控制：优点：电路简单，功率因数高。
缺点：输出电压或功率调节不平滑。
由于惯性大的负载没有必要对交流电路的每个周期进行频繁的控制，所以可以采用通断控制。
对时间常数比较小负载的工作产生影响。
3-2. 单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，问控制角α的有效移相范围有多大？如为三相交流调压电路，则α的有效移相范围又为多大？答：单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，控制角α的有效移相范围是30°-180°；如为三相交流调压电路，α的有效移相范围是30°-150°。
3-3. 一电阻性负载加热炉由单相交流调压电路供电，如α=0°时为输出功率最大值，试求功率为80%，50%时的控制角α。
解：α＝0时的输出电压最大，为此时负载电流最大，为因此最大输出功率为输出功率为最大输出功率的80%时，有：又由化简得αα4.0π-2=sin2由图解法解得α=60°同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有：α=90°3-4. 单相交流调压电路，电源电压220V ，电阻负载R=9Ω,当α=30°时，求：（1）输出电压和负载电流；（2）晶闸管额定电压和额定电流；（3）输出电压波形和晶闸管电压波形。
解：(1)负载上交流电压有效值为负载电流为(2)晶闸管承受的正反向电压最大值是22U ，考虑到2-3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压应该为()()V U U TN 933~62223~22==晶闸管流过的电流有效值为 A I I T 17414.12420===考虑到1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为()()()A I I T AV T 67.21~24.1657.12~5.1==3-5. 如图3-35所示为单相晶闸管交流调压电路，其中V U 2202=，.516.5mH L =，.1Ω=R ，求：（1）触发角的移相范围；（2）负载电流的最大有效值；（3）最大输出功率和功率因数。
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3章 交流-直流变换电路 课后复习题 第1部分：填空题1.电阻负载的特点是 电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能 ，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒ ≤a ≤ 180︒ 。
2.阻感负载的特点是 电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变 ，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒ ≤a ≤ 180︒ 2 ，2 （设U 2为相电压有效值）。
3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为 0︒ ≤a ≤ 180︒ ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为2 和 22U ；带阻感负载时，α角移相范围为 0︒ ≤a ≤ 90︒ ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为22U 2 ；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器(大电感) 。
4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ = 180︒-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时，晶闸管的导通角 θ = 0︒ 。
5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与 单相全波可控整流电路 的波形基本相同，只是后者适用于 较低 输出电压的场合。
6.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为 22U ，随负载加重U d 逐渐趋近于0.9 U 2，通常设计时，应取RC≥ 1.5~2.5T ，此时输出电压为U d ≈ 1.2 U 2(U 2为相电压有效值)。
7.电阻性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U Fm 2 ，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒≤a ≤90︒ ，使负载电流连续的条件为 a ≤30︒ (U 2为相电压有效值)。
8.三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︒ ，当它带阻感负载时，α的移相范围为 0︒≤a ≤90︒ 。
电力电子学课后题答案第三章
第3章复习题及思考题解答1. 直流/直流电压变换中开关器件的占空比D是什么？推证图 3.1(c)所示脉宽时间为onT、脉宽角度为θ、周期为ST、幅值为SV的方波脉冲电压O()v t的直流平均值及各次谐波的幅值。
图3.1Buck变换器电路结构及降压答：占空比D是开关管导通时间onT与开关周期ST的比值。
图 3.1(c)中方波脉冲电压O()v t可以表示为如下傅里叶表达式：SO S12()sin(π)cos()πnVV t DV nD n tnωω∞==+⋅∑，其中常数项为直流平均值，即O SV DV=，各余弦项为各次谐波，其幅值为：S Sn22sin()sin(π)π2πV Va n nDn nθ==。
2. 脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM的优缺点是什么？答：脉冲宽度调制方式PWM，保持ST不变（开关频率不变），改变onT调控输出电压V；脉冲频率调制方式PFM，保持onT不变，改变开关频率或周期调控输出电压V。
实际应用中广泛采用PWM方式。
因为采用定频PWM开关时，输出电压中谐波的频率固定，滤波器设计容易，开关过程所产生电磁干扰容易控制。
此外由控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号容易实现。
但是在谐振软开关变换器中为了保证谐振过程的完成，采用PFM控制较容易实现。
3. Buck变换器中电感电流的脉动和输出电压的脉动与哪些因数有关，试从物理上给以解释。
答：电感电流的脉动量与电感量L、开关频率Sf、输入电压SV、输出电压OV有关，输出电压的脉动量与电感量L、电容量C、开关频率S f、输出电压O V有关。
电感量L、电容量C越大其滤波效果越好，而开关频率S f越高，滤波电感的交流阻抗Lω就越大，它对直流电压的阻抗基本为0，同时滤波电容的交流阻抗1/Cω越小。
4. Buck变换器断流工况下的变压比M与哪些因数有关，试从物理上给以解释。
答：Buck变换器在电流断续工况下其变压比M不仅与占空比D有关，还与负载电流OI的大小、电感L 、开关频率S f 以及电压O V 等有关。
电力电子技术第三章整流电路的答案
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2.1 电力电子器件概述
2.1.1 电力电子器件的概念和特征 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 2.1.3 电力电子器件的分类 2.1.4 本章内容和学习要点
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
■电力电子器件的概念 电力电子器件（ ◆电力电子器件（Power Electronic Device）是 ） 指可直接用于处理电能的主电路 主电路中 指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的 变换或控制的电子器件 电子器件。 变换或控制的电子器件。 主电路：在电气设备或电力系统中， ☞主电路：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。 承担电能的变换或控制任务的电路。 ☞广义上电力电子器件可分为电真空器件和 半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。 半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。
A
K A I P J b) N K
K A a)
A
K c)
电力二极管的外形、 图2-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 基本结构 c) 电气图形符号
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2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 结与电力二极管的工作原理
电力电子第3章部分答案
3-13. 三相半波可控整流电路带纯电阻负载情况，由整流变压器供电，电源是三相线电压为380V 的交流电网，要求输出电压U d 220V ，输出电流 I d 400 A ，考虑 min30 ，计算整流变压器二次侧容量S 2 ，与 0 时二次侧容量比较，并计算晶闸管定额。
解： α=30 °时， U d1.17U 2 cos ，可得 U 2217VU d 220 0.55R400I d152U 22U 2 1 36 ( sin t)I 2RR3cos2264可得 I 2250.35 A ， P 2 3U 2I 2 163020.39W流过晶闸管的电流就是变压器的二次侧某相的电流， I vt I2晶闸管承受的最大正向电压 UFM2U 2 ，最大反向电压 U RM6U 2考虑 2~3 倍的裕量I T(AV) (2 ~3)I vt318.9 ~ 478.4( A)1.57URM6U 2 (2~3)1077 ~1616(V )可选额定电流为 400A ，额定电压为 1700V 的晶闸管同理 α=0 °时， U d 1.17U 2 cos ， U 2188V1I 2252U 22U 21 36( sin t)R R3 cos264I 2 234.6 AP 2 3U 2 I 2 132314.4W3-14. 三相半波可控整流电路中，相电压U 2 110V ，负载反电势 E 30V ，负载电阻R 15 ，电感 L 值极大以致输出电流可以认为恒定，触发角60 时，求：○1 输出电流平均值和有效值；○ 2 a 相电流 i a 的有效值；○3 画出 u VT 1 、 i d 、 u d 、 i a 波形。
解：在三相整流可控整流电路中：（1）负载电流连续：输出电压平均值：U d 1.17U 2 cos 1.17110 cos 60 64.35输出电流平均值：I d(U d E) / R(64.3530) /15 2.29A输出电流有效值：I 2I d 2.29 A（2） a 相电流的有效值等于晶闸管电流有效值：I a IVT1I d 1.32 A3cos cos 2 X B I d 6U 23.34（3）3-17. 三相桥式全控整流电路，负载电阻R 4 ，电感L0.2H ，要求输出电压U d从0~220V 之间变化，求：○ 1 不考虑控制裕量，整流变压器二次侧相电压；○ 2 计算晶闸管的电压、电流定额（考虑 2倍裕量）；○变压器二次侧电流有效值I 2；○ 变压器二次侧容量34S2。
电工学第三章习题答案
第三章 电路的暂态分析3.2.1 图3.01所示各电路在换路前都处于稳态，试求换路后其中电流i 的初始值(0)i +和稳态值()i ∞。
(b)(a)(c)(d)图3.01解： （a ）A 5.1265.0)0(5.0)0(21)0(=×===−++L L i i i A 326)(==∞i（b ）02662)0(62)0(6)0(=−=−−=−=++c c u u iA 5.1226)(=+=∞i （c ）A 6)0()0(==−+i i A 0)(=∞i（d ）A 75.04364)0(622)0(6)0(=−=−=+−=−++c c u u iA 12226)(=++=∞i3.4.1 在图3.07(a)的电路中，u 为一阶跃电压，如图3.07(b)所示，试求3i 和c u 。
设V 1)0(c =−u 。
(a)图3.07(b)解：s 102)(331312−×=++=C R R R R R τV 22224)(C =+×=∞u V 1)0()0(C C ==−+u u V 2)(500C t e t u −−=mA 75.0)(1)(4)0(31131312322323213=+++++++=+R R R R R R R R R R R R R R R R i mA 144)(3==∞imA 25.01)(5003t e t i −−=3.4.2 电路如图3.08所示，求0t ≥时(1)电容电压C u ，(2)B 点电位B v 和(3)A 点电位A v 的变化规律。
换路前电路处于稳态。
Sk 10图3.08解：(1)求0≥t 时的电容电压C uV 15255)6(0)0()0(C =×+−−==−+C u uV 5.1525510)6(6)(C =×++−−=∞u[]s 1044.010100105//)2510(6123−−×=×××+=τ故V 5.05.1)5.11(5.1)(66103.21044.0C t t e et u ×−×−−=−+=−t =0_时k 10t =0+时+6V Ωk 10（2）求0≥t 时的B 点电位B v注意，+=0t 时，由于电容中存在电流，0CC ≠=dtdu Ci 因此，10K 和5K 电阻中的电流不等。
电力电子技术第3章 习题答案
3章 交流-直流变换电路 课后复习题第1部分：填空题1.电阻负载的特点是 电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能 ，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0 ≤a ≤ 180 。
2.阻感负载的特点是 电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变 ，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0 ≤a ≤ 180 ，其承受的最大正反向电压均为 22U ，续流二极管承受的最大反向电压为 22U （设U 2为相电压有效值）。
3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为 0 ≤a ≤ 180 ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为 22U 和 22U ；带阻感负载时，α角移相范围为 0 ≤a ≤ 90 ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为22U 和 22U ；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器(大电感) 。
4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角时，晶闸管的导通角= 180-2 ; 当控制角小于不导电角时，晶闸管的导通角= 0 。
5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与 单相全波可控整流电路 的波形基本相同，只是后者适用于 较低 输出电压的场合。
6.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为 22U ，随负载加重U d 逐渐趋近于 U 2，通常设计时，应取RC≥ ~，此时输出电压为U d ≈ U 2(U 2为相电压有效值)。
7.电阻性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U Fm 等于 26U ，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0≤a ≤90 ，使负载电流连续的条件为 a ≤30 (U 2为相电压有效值)。
8.三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 ，当它带阻感负载时，的移相范围为 0≤a ≤90 。
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答
3.1 直流－直流电压变换中开关器件的占空比是什么？推证图3.1(c)所示脉宽时间为
案
、脉宽角度为、周期为、幅值为的方波脉冲电压的直流平均值及各次谐波的幅值。
答：占空比是开关管导通时间与开关周期的比值。
图3.1(c)中方波脉冲电压可以表示为如下傅立叶表达式：
其中常数项为直流平均值，即；
各余弦项为各次谐波，其幅值为：
图3.1 Buck变换器电路结构及降压
3.2 脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM的优缺点是什么？
答案
答：脉冲宽度调制方式PWM ，保持不变（开关频率不变），改变调控输出电压。
脉冲频率调制方式PFM 。
保持不变，改变开关频率或周期调控输出电压。
实际应用中广泛采用PWM方式。
因为采用定频PWM开关时，输出电压中谐波的频率固定，滤波器设计容易，开关过程所产生电磁干扰容易控制。
此外由控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号容易实现。
但是在谐振软开关变换器中为了保证谐振过程的完成，采用PFM控制较容易实现。
3.3 Buck变换器中电感电流的脉动和输出电压的脉动与哪些因数有关，试从物理上给以解释。
答案
答：电感电流的脉动量与电感量、开关频率、输入电压、输出电压有关，输出电压的脉动量与电感量、电容量、开关频率、输出电压有关。
电感量、电容量越大其滤波效果越好，而开关频率越高，滤波电感的交流阻抗就很大，它对直流电压的阻抗基本为0，同时滤波电容的交流阻抗很小。
答案 3.4 Buck变换器断流工况下的变压比与哪些因数有关，试从物理上给以解释。
答：Buck 变换器在电流断续工况下其变压比不仅与占空比有关，还与负载电流的
大小、电感、开关频率以及电压等有关。
3.5 图3.2(a)、3.5(a)电路稳态时在一个开关周期中，电感电流的增量，电感L的磁通增答
案
量是否为零，为什么？电容的电流平均值为零，电容端电压的增量是否为零，为什么？
答：电路处于稳态时，在一个开关周期内电感电流的增量，同时电感的磁通增量，因为如果一个周期内电感的磁通增量，那么电感上的磁通将无法复位，也即电感上的能量不断累积，最终将达到饱和，甚至烧毁电感，所以稳态工作时应使一个开关周期内电感的磁通增量。
电容的电流平均值为0，那么电容端电压的增量也为0，因为稳态时一个周期内电容上的充电电荷等于放电电荷，即电容上电荷增量，而电容端电压增量，故电容端电压的增量也为0。
答
案 3.6 Buck 变换器中电流临界连续是什么意思？当负载电压、电流一定时在什么条件下可以
避免电感电流断流?
答：Buck变换器中电感电流临界连续是指处于电感电流连续和电感电流断流两种工况的临界点的工作状态。
这时在开关管阻断期结束时，电感电流刚好降为零。
当负载电压、电流一定时
增大电感量和提高开关频率都可以避免电感电流断流。
答
3.7 开关电路实现直流升压变换的基本原理是什么？
案
答：为了获得高于电源电压的直流输出电压，一个简
单而有效的办法是在变换器开关管前端插入一个电感L，如
右图所示。
在开关管T 关断时，利用图中电感线圈在其电
流减小时所产生的反电势(在电感电流减小时，
为正值)，将此电感反电势与电源电压串联相加送至负载，则负载就可获得高于电源电压的直流电压，从而实现直流升压变换。
答
3.8 Boost 变换器为什么不宜在占空比接近1的情况下工作？
案
答：因为在Boost变换器中，开关管导通时，电源与负载脱离，其能量全部储存在电感中，当开关管关断时，能量才从电感中释放到负载。
如果占空比接近于1，那么开关接近于全导通状态，几乎没有关断时间，那么电感在开关管导通期间储存的能量没有时间释放，将造成电感饱和，直至烧毁。
因此Boost 变换器不宜在占空比接近1的情况下工作。
同时，从Boost变换器在电感电流连续工况时的变压比表达式也可以看出，当占空比接近1时，变压比接近于无穷大，这显然与实际不符，将造成电路无法正常工作。
3.9 升压－降压变换器（Cuk变换器）的工作原理及主要优点是什么？
答案
答： Cuk 变换器在一个开关周期中，期间，令开关管T导通，这时电源经电感L1和T短路，L1电流线性增加，电源将电能变为电感L1储能，与此同时电容C1经T对C2及负载放电，并使电感L2电流增大而储能。
在随后的期间，开关管T阻断，电感L1电流经电容C1及二极管D续流，此时，电感L2也经D续流，L2的磁能转化为电能对负载供电。
Cuk变换器的优点是仅用一个开关管使电路同时具有升、降压功能；而且该变换器输入输出电流脉动小。
3.10 如何理解Cuk 变换器中间电容电压等于电源电压与负载电压之和，即
答
案
答：电感电压，稳态运行时，一个开关周期中电感、电流增量为零，磁链增量为零，电感两端电压的直流平均值为零。
因此Cuk电路拓扑结构图可直接得到直流平均电压。
答案3.11 直流－直流四象限变换器的四象限指的是什么？直流电机四象限运行中的四象限指的是什么？这两种四象限有什么对应关系？
答：直流—直流四象限变换器的四象限指的是变换器的输出电压、输出电流均可正可负的四种组合。
直流电机四象限运行中的四象限指的是电机的转速和电磁转矩可正可负的四种组合。
对于电机的转速有：
对于电机的电磁转矩Te ：
在励磁电流不变、磁通不变时电机的转速、电磁转矩大小和方向由VAB、IAB决定。
通过改变VAB的大小及IAB的大小和方向，调控电机在正方向下旋转时的转速及电磁转矩Te的大小和方向，既可使直流电机在电动机状态下变速运行亦可在发电机制动状态下变速运行。
因此直流—直流四象限变换器的四象限和直流电机运行中的四象限之间存在一一对应的关系，如图3.9(d)所示。
答案3.12 多重、多相直流—直流变换器中，多重（重数），多相（相数）指的是什么意义？多重、多相变换器的优点是什么？
答：假定变换器中每个开关管通断周期都是，多重（重数）是指：在一个周期中变换器负载电流脉动次（），即脉动频率为。
多相（相数）是指：在一个周期中变换器电源侧电流脉动次，即脉动频率为。
多重、多相变换器的优点是：其输
出电压、输入电流脉动频率比单个变换电路成倍地提高，因而可以显著改善变换器输入、输出特性或者减少变换器对滤波器重量体积的要求，同时多重、多相复合变换器还能扩大变换器的输出容量。
答
案
3.13 说明单端正激、单端反激DC/DC变换器工作原理。
答：单端正激DC/DC变换器从电路结构、工作原理上可以看出它是带隔离变压器的Buck电路如图
3.11(b)所示，开关管T导通时经变压器将电源能量直送负载被称为正激。
但是匝比N2/N1不同时，输出电压平均值Vo可以低于也可高于电源电压Vd。
变压器磁通只在单方向变化被称为单端。
图3.12(b)所示为单端反激DC/DC变换器，T导通的期间，电源电压Vd加至N1绕组，电流直线上升、电感L1储能增加，副方绕组N2的感应电势，二极管D1截止，负载电流由电容C提供，C放电；在T阻断的期间，N1绕组的电流转移到N2，感应电势（反向为正），使D1导电，将磁能
变为电能向负载供电并使电容C充电。
该变换器在开关管T导通时并未将电源能量直送负载，仅在T
阻断的期间才将变压器电感磁能变为电能送至负载故称之为反激，此外变压器磁通也只在单方向变化，故该电路被称为单端反激DC/DC变换器。