电力电子技术(第二版)第5章答案知识讲解
电力电子技术最新版配套习题答案详解第5章
目录第1章电力电子器件 (1)第2章整流电路 (4)第3章直流斩波电路 (20)第4章交流电力控制电路和交交变频电路 (26)第5章逆变电路 (31)第6章PWM控制技术 (35)第7章软开关技术 (40)第8章组合变流电路 (42)第5章逆变电路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：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
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能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。
强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶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。
晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
3．什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。
答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要特点是：①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路的主要特点是：①直流侧串联有大电感，相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
电力电子技术(第二版)第5章答案
解：输出线电压的基波幅值
输出线电压的有效值
输出线电压中五次谐波 的表达式为：
其有效值为：
输出相电压的基波幅值
输出相电压的有效值
6.SPWM逆变器有哪些优点？其开关频率的高低有什么利弊？
4.电压型逆变器中反馈二极管的作用是什么？
答：在电压型逆变器中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。
12.什么是自然采样法和规则采样法？
答：按照SPWM控制的基本原理，可在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关管的通断，这种生成SPWM波形的方法称为自然采样法。规则采样法是一种应用较广的工程使用方法，它的效果非常接近自然采样法。
13.逆变器多重化的目的是什么？如何实现？
答：逆变电路多重化的目的：一是使总体上装置的功率等级提高；二是可以改善输出电压的波形。因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波，还是电流型逆变电路输出的矩形电流波，都含有较多谐波，对负载有不利影响；采用多重逆变电路，可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。
第五章
1.换流方式有哪几种?各有什么特点?
答:换流方式有4种:
1器件换流。利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。
2电网换流。由电网提供换流电压称为电网换流。这种换流方式应用于由交流电网供电的电路中，它是利用电网电压自动过零并变负的性能来实现换流的。
电力电子技术知识点知识讲解
电力电子技术知识点《电力电子技术》课程知识点分布（供学生平时课程学习、复习用，●为重点）第一章绪论1.电力电子技术：信息电子技术----信息处理，包括：模拟电子技术、数字电子技术电力电子技术----电力的变换与控制2. ●电力电子技术是实现电能转换和控制，能进行电压电流的变换、频率的变换及相数的变换。
第二章电力电子器件1.电力电子器件分类：不可控器件：电力二极管可控器件：全控器件----门极可关断晶闸管GTO→电力晶体管GTR→场效应管电力PMOSFET→绝缘栅双极晶体管IGBT→及其他器件☆半控器件----晶闸管●阳极A阴极K 门极G2.晶闸管1）●导通：当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触电电流的情况晶闸管才能开通。
●关断：外加电压和外电路作用是流过晶闸管的电流降到接近于零●导通条件：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流●维持导通条件：阳极电流大于维持电流当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。
当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才会开通。
当晶闸管导通，门极失去作用。
●主要参数：额定电压、额定电流的计算，元件选择第三章●整流电路1.电路分类：单相----单相半波可控整流电路单相整流电路、桥式（全控、半控）、单相全波可控整流电路单相桥式（全控、半控）整流电路三相----半波、●桥式（●全控、半控）2.负载：电阻、电感、●电感+电阻、电容、●反电势3.电路结构不同、负载不同→●输出波形不同→●电压计算公式不同→→单相电路1.●变压器的作用：变压、隔离、抑制高次谐波（三相、原副边→星/三角形接法）2.●不同负载下，整流输出电压波形特点1）电阻→电压、电流波形相同2）电感→电压电流不相同、电流不连续，存在续流问题3）反电势→停止导电角3.●二极管的续流作用1）防止整流输出电压下降2）防止失控4.●保持电流连续→●串续流电抗器，●计算公式5.电压、电流波形绘制，电压、电流参数计算公式→→三相电路1.共阴极接法、共阳极接法2.触发角ā的确定3.宽脉冲、双窄脉冲4.●电压、电流波形绘制→●电压、电流参数计算公式5.变压器漏抗对整流电流的影响→●换相重叠角产生原因→计算方法6.整流电路的谐波和功率因数→→●逆变电路1.●逆变条件→●电路极性→●逆变波形2.●逆变失败原因→器件→触发电路→交流电源→换向裕量3.●防止逆变失败的措施4.●最小逆变角的确定→→触发电路1.●触发电路组成2.工作原理3.触发电路定相第四章逆变电路1.●逆变电路分类：把直流变成交流电称为逆变，当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变2.●换流方式分类：器件（利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流）→电网（由电网提供换流电压称为电网换流，不是用于没有交流电网的无源逆变电路）→负载（有负载提供换流电压称为负载换流）→强迫（设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反压电流的换流方式叫强迫换流，强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也叫电容换流）3.电压型逆变电路：单相、三相4.电流型逆变电路：单相、三相第五章直流-直流变换电路斩波电路→●降压斩波：●工作原理、●计算方法→●升压斩波：●工作原理、●计算方法第六章交流-交流变换电路1.●交流-交流变换电路：→●交流调压电路→●交流调功电路2.交-交变频电路：单相、●三相交-交变频电路→公共交流母线进线方式→输出星形联接方式●交-交变频电路的主要特点●优缺点第七章 PWM控制技术1.基本原理：冲量定理PWM→ SPWM2.●控制方式：计数法：调制法：●调制方法：→●异步调制：→●同步调制：3.●采样方式：→●自然采样：→●规则采样：第八章软开关技术1.软开关与硬软开关2.●零电压开关与零电流开关●零电压开通●零电流关断3.●软开关分类：准谐振电路、零开关PWM电路、零转换PWM电路4.典型的软开关电路5.●软开关技术的发展与趋势第九章电力电子器件应用及共性问题1.器件驱动：电气隔离●晶闸管触发电路典型的触发电路2.器件的保护:→●过电压产生及过电压保护→●过电流产生及过电流保护→●缓冲电路----又称吸收电路3.器件的串、并联串联→解决均压问题→静态、动态并联→解决均流问题→静态、动态第十章电力电子器件应用1.V-M系统中应用→V-M系统的机械特性：●电流连续→机械特性为一组平行线；●电流断续→理想空载转速上升；→机械特性变软；→随着控制角α的增加，进入断续区的电流加大。
电力电子技术课后答案精简版
IDVT＝Id∕3＝23.4∕3＝7.8（A）
IVT＝Id∕ ＝23.4∕ ＝13.51（A）
14．单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，当=60时求Ud、Id与的数值，并画出整流电压ud的波形。
解：考虑LB时，有：
解：ud、id、iVT、iD的波形如下图：
负载电压的平均值为：
＝67.5（V）
负载电流的平均值为：
Id＝Ud∕R＝67.52∕2＝33.75（A）
流过晶闸管VT1、VT2的电流有效值为：
IVT＝ Id＝19.49（A）
流过二极管VD3、VD4的电流有效值为：
IVD＝ Id＝27.56（A）
11．三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当=60时，要求：
24．整流电路多重化的主要目的是什么？
答：整流电路多重化的目的主要包括两个方面，一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。
25．12脉波、24脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐波？
答：12脉波电路整流电路的交流输入电流中含有11次、13次、23次、25次等即12k1、（k=1，2，3···）次谐波，整流输出电压中含有12、24等即12k（k=1，2，3···）次谐波。
《电力电子技术》第五版机械工业出版社
课后习题答案
第二章电力电子器件
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：uAK>0且uGK>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？
电力电子技术-第五章习题解析
交流－直流变换器(14)
3.题图5-2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2
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：该变压器不存在直流磁化问题。
①在正半周时，VTl工作，变压器二次绕组上 半部分流过电流。变压器二次电压通过VTl加 在 VT2 两 端 ， 且 是 反 向 电 压 ， 其 最 大 值 是 。2 2U2
解：
Ud
=
2.34U2[1+ cos(α
+ π )] =
3
2.34× 400× (1+ cos 5 π )
6
= 125.4V
Id
= Ud Rd
= 12.54A
交流－直流变换器(14)
2.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ud的波形。
ud
ua
ub
交流－直流变换器(14)
第5章 习题（1）
第1部分：简答题 1. 如题图5-1所示的单相桥式半控整流电路中可能发生失控现象，何为失 控，怎样抑制失控？
答：当 α 突然增大至 180o 或触发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压 器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管持续导通而两 个二极管轮流导通的情况，这使 ud 成为正弦半波，即半周期 ud 为正弦，另 外半周期 ud 为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时 的波形，称为失控。
6.PWM整流电路可分为 电压型 和电流型两大类，目前研究和应用较多的是 电压型 PWM整流电路。
7.PWM整流电路的控制方法有间接电流控制和直接电流控制 ，基于系统的 静态模型设计、动态性能较差的是间接电流控制，电流响应速度快、系统鲁棒
电力电子技术课后习题答案(第2—5章)
第2章 整流电路2. 2图2-8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:晶闸管承受的最大反向电压为22U 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一样。
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问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中，在正负半周上下绕组中的电流方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不存在直流磁化的问题。
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。
①以晶闸管VT2为例。
当VT1导通时，晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕组并联，所以VT2承受的最大电压为22U 2。
②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角α一样时，对于电阻负载：(O~α)期间无晶闸管导通，输出电压为0；(α~π)期间,单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VTl 、VT4导通，输出电压均与电源电压U 2相等；( π~απ+)期间均无晶闸管导通，输出电压为0；(απ+~2π)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出电压等于－U 2。
对于电感负载： ( α~απ+)期间，单相全波电路中VTl 导通，单相全控桥电路中VTl 、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等； (απ+~2απ+)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出波形等于-U2。
可见，两者的输出电压一样，加到同样的负载上时，那么输出电流也一样。
2.3.单相桥式全控整流电路，U 2=100V ，负载中R=20Ω，L 值极大，当α=︒30时，要求：①作出U d 、I d 、和I 2的波形；②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2；③考虑平安裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解：①Ud 、Id、和I2的波形如以下图：②输出平均电压Ud 、电流Id、变压器二次电流有效值I2分别为：Ud =0.9U2cosα=0.9×100×cos︒30＝77.97〔V〕Id＝Ud/R=77.97/2=38.99(A)I2=Id=38.99(A)③晶闸管承受的最大反向电压为：2U2=1002=141.4(V) -考虑平安裕量，晶闸管的额定电压为：UN=(2~3)×141.4=283~424(V)详细数值可按晶闸管产品系列参数选取。
第5章 直流斩波电路
工作原理
t=0时刻驱动V导通，电源E 向负载供电，负载电压 uo=E，负载电流io按指数曲 线上升。
t=t1 时控制 V 关断，二极管 VD 续流，负载电压 uo 近似 为零 ，负载电流呈指数曲 线下降。
通常串接较大电感 L 使负载 电流连续且脉动小。
电力电子技术
3-5
数量关系
电流连续
ton ton Uo E E E ton tof f T
t on I1 I2 t off
由上式得：
toff 1 I2 I1 I1 ton
EI1 U o I 2
其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
电力电子技术
3-37
2) Cuk斩波电路
V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流。 V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。 电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。
ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比
负载电压平均值：
（3-1）
负载电流平均值：
Io
U o EM R
（3-2）
电力电子技术
3-6
is1
g i + C m E
L
is
IGBT
m k
Diode E Pulse
+ v a
R uo
+ v -
Vo
i
V
uR
ivd
+
-
A
E=200V, L=10 mh, 负载电阻R=5Ω periode=0.0002s (频率5KHz)
EI1ton (Uo E)I1toff 化简得： U ton tof f E T E o tof f tof f
电力电子技术课后习题重点(第五章~第七章)
4-4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？在电压型逆变电路中,当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。
4-8.逆变电路多重化的目的是什么?如何实现?串联多重和并联多重逆变电路备用于什么场合?答:逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高,二是可以改善输出电压的波形。
因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波,还是电流型逆变电路输出的矩形电流波,都含有较多谐波,对负载有不利影响,采用多重逆变电路,可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。
逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来,使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消,就可以得到较为接近正弦波的波形。
组合方式有串联多重和并联多重两种方式。
串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。
串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。
并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。
在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。
当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。
5-1简述图5-la 所示的降压斩波电路工作原理。
答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V 导通一段时间on t 。
，由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间，Uo=E 。
然后使V 关断一段时间off t ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，Uo=0。
一个周期内的平均电压0on offE t U t ⋅=⋅输出电压小于电源电压,起到降压的作用。
5-2．在图5-1a 所示的降压斩波电路中，已知E=200V ，R=10Ω，L 值微大，E=30V ，T=50μs ，ton=20μs ，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。
电力电子技术第5章-复习题-答案
第5/10章 直流-直流变换电路 习题与答案第1部分：填空题1.直流斩波电路完成的是直流到 另一种直流 的变换。
2.直流斩波电路中最基本的两种电路是 降压（Buck ） 电路和 升压（Boost ） 电路。
3.斩波电路有三种控制方式： 脉宽调制（PWM ）、脉频调制（PFM ） 和 PWM/PFM 混合调制 ，其中最常用的控制方式是：脉宽调制（PWM ） 。
4.脉冲宽度调制的方法是： 开关周期 不变， 开关导通 时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。
5.脉冲频率调制的方法是: 开关导通 时间不变， 开关周期 变化，导通比也能发生变化，达到改变输出电压的目的。
该方法的缺点是： 开关频率 的变化范围有限。
输出电压、输出电流中的 谐波频率 不固定，不利于滤波器的设计 。
6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流 平滑 。
7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L 在开关管导通期间将电能转换为磁能储存起来，以实现电压泵升 ，电容C 在开关管导通期间给负载供能以使输出电压连续平滑 。
8.升压斩波电路的典型应用有 直流电动机传动 和 功率因素校正（APFC ） 等。
9.升降压斩波电路和Cuk 斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0.5小于1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0小于0.5 。
10.设Buck 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =10V ，占空比D =0.6，则输出电压U O ＝ 6V 。
11.设Boost 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =12V ，占空比D =0.8，则输出电压U O ＝ 60V 。
13.开关型DC-DC 变换电路的三个基本元件是 开关管 、 电感 和 电容 。
14. 斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第 1 象限，升压斩波电路能使电动机工作于第 2 象限，电流可逆 斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。
(完整版)电力电子技术第二版张兴课后习题答案
一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。
电力电子技术第2至第8章作业答案
第2至第8章作业第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？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。
3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：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。
4. 图1中阴影局部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。
πππ4π4π25π4a)b)c)图1-43图1 晶闸管导电波形7. 晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？答：〔1〕触发信号应有足够的功率。
〔2〕触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
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，U2＝100V，求当α＝0°和60°时的负载电流I d，并画出u d与i d波形。
2．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d、i d、和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次电流有效值I2；③考虑平安裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
3．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当a=30°时，要求：①作出u d、i d和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2；③考虑平安裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
4．单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。
电力电子技术试卷及答案-第五章
电力电子技术试题(第五章)一、填空题1、整流是把电变换为电的过程；逆变是把电变换为电的过程。
1、交流、直流；直流、交流。
2、逆变电路分为逆变电路和逆变电路两种。
2、有源、无源。
3、逆变角β与控制角α之间的关系为。
3、α=π－β4、逆变角β的起算点为对应相邻相的交点往度量。
4、负半周、左。
5、当电源电压发生瞬时与直流侧电源联，电路中会出现很大的短路电流流过晶闸管与负载，这称为或。
5、顺极性串、逆变失败、逆变颠覆。
6、为了保证逆变器能正常工作，最小逆变角应为。
6、30°～35°7、由两套晶闸管组成的变流可逆装置中，每组晶闸管都有四种工作状态，分别是状态、状态、状态和状态。
7、待整流、整流、待逆变、逆变。
8、将直流电源的恒定电压，通过电子器件的开关控制，变换为可调的直流电压的装置称为器。
8、斩波。
9、反并联可逆电路常用的工作方式为，以及三种。
在工业上得到广泛应用的是方式。
9、逻辑无环流、有环流、错位无环流、逻辑无环流。
10、采用接触器的可逆电路适用于对要求不高、不大的场合。
10、快速性，容量。
11、某半导体器件的型号为KN 100 / 50 —7，其中KN表示该器件的名称为100表示，50表示，7表示。
11、逆导晶闸管，晶闸管额定电流为100A，二极管额定电流为50A，额定电压100V。
12、晶闸管整流装置的功率因数定义为侧与之比。
12、交流、有功功率、视在功率13、晶闸管装置的容量愈大，则高次谐波，对电网的影响。
13、愈大，愈大。
14、在装置容量大的场合，为了保证电网电压稳定，需要有补偿，最常用的方法是在负载侧。
14、无功功率；并联电容。
15、变频电路从变频过程可分为变频和变频两大类。
15、交流—交流，交流—直流—交流。
16、脉宽调制变频电路的基本原理是：控制逆变器开关元件的和时间比，即调节来控制逆变电压的大小和频率。
16、导通，关断，脉冲宽度。
二、判断题对的用√表示、错的用×表示（每小题1分、共10分）1、把交流电变成直流电的过程称为逆变。
电力电子技术第5章 直流-直流变换电路
5.2 单管非隔离直流斩波器
5.2.1、降压式直流斩波电路
1、电路结构
电路中的VT采用IGBT；VD起续流作用，在VT关断时为 电感L储能提供续流通路；L为能量传递电感，C为滤波电 容，R为负载；Us为输入直流电压，U0为输出直流电压。
is
VT
- + UL
iL
L
iD
Us
VD
i0 + u0
CR
toff≥1，故负载上的输出电压U0高于电路输入电压Us，
该变换电路称为升压式斩波电路。
5.2.3 升降压式直流斩波电路
1、电路的结构
该电路的结构是储能电感L与负载R并联，续流二 极管VD反向串接在储能电感与负载之间。
iT VT
iD
iL +
uL
Us
L
-
VD
-
-
uC
u0
C
R
+ +
图5-9 升-降(压a)式斩波电路及工作波形
2、工作原理
2）在VT关断时，储能电感L两端电势极性变成左 负右正，VD转为正偏，电感L与电源Us叠加共同向 电容C充电，向负载R供能。如果VT的关断时间为
toff，则此时间内电感电压为 (U o U S ) 。
图5-8 Boost变换器电流连续工作模式波形图
3、基本数量关系
根据电感电压的伏秒平衡特性
图5-5 电流连续工作模式波形图
3、基本数量关系
根据电感电压的伏秒平衡特性 T
ton
T
uLdt uLdt uLdt 0
0
0
ton
设输出电压平均值为U0，则在稳态时，上式可以表达为：
电力电子技术课后习题全部答案
第2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U AK >0且U GK>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=Im2717.0)122(2Im)(sinIm214≈+=⎰πωπππtI1=Im4767.021432Im)()sin(Im2142≈+=⎰πϖπππwtdtb) I d2=Im5434.0)122(2Im)(sinIm14=+=⎰wtd tππϖπI2=Im6741.021432Im2)()sin(Im142≈+=⎰πϖπππwtdtc) I d3=⎰=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(A V)=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 m135.3294767.0≈≈IA, I d1≈0.2717I m1≈89.48Ab) I m2,90.2326741.0AI≈≈I d2AIm56.1265434.02≈≈c) I m3=2I=314 I d3=5.78 413=mI1.9.试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。
解:对ⅠGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的优缺点的比较如下表：1.10什么是晶闸管的额定电流？答：晶闸管的额定电流就是它的通态平均电流，国标规定：是晶闸管在环境温度为40℃和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温所允许的最大工频正弦半波电流的平均值。
电力电子技术第2至第8章作业答案
第2至第8章作业第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？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。
3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：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。
4. 图1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。
0022244254a)b)c)图1-430图1 晶闸管导电波形7. 晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？答：（1）触发信号应有足够的功率。
（2）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
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，U2＝100V，求当α＝0°和60°时的负载电流I d，并画出u d与i d波形。
2．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d、i d、和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
3．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当a=30°时，要求：①作出u d、i d和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
4．单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。
电力电子技术-第五章 AC-DC变换器
-
R ud AC +
R ud
VD2 VD4 VD2 VD4 VD2 VD4
单相桥式整 流电路
a)
b)
c)
能够克服全波整流电路二 极管承受电压高、需要复 杂的抽头变压器等不足之
处
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD3
VD1
u2
AC +
R
-
VD2
VD4
VD2
a)
VD3
R VD4
VD1
-
ud AC + VD2
0 0
π～2π VD1截止、 VD2导通 0
0 矩形波 u2
-|u2|
0
5.2.1 单相不控整流电路
u2
O
2
t
ud
uVDO1
2
t
2
O
t
e)
单相半波整流电路带电 阻性负载电路及波形
ud
O
2 t
图5-2a 单相全波整流电 路负载电压波形
• 半波整流负载电压仅为交流 电源的正半周电压，造成交 流电源利用率偏低，输出脉 动大，因此使用范围较窄。
u2
0
t 负载电压 平均值Ud
1π
2 0
2U2sintd(t)0.4U 52
电源变压器副边电压有效值为U2
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
表5-2 单相半波不控整流电路阻感负载时各区间
u2
ud
L eL
各区间工作情况
R b)
感性负载ω时t ，直流 0～π 电压将出现负值，
π～ωt1 ωt1～2π
u2 R
电力电子技术讲义(超全讲解)
绪－22
4 教材的内容简介和使用说明
4.1 教材的内容简介
4.2 教材的使用说明
绪－23
4.1 教材的内容简介
《电力电子技术》 教材结构
第一部分 全书的基础
第二部分 全书的主体
第三部分 全书的深入
第2章 整流电路
第1章 电力电子器件 第3章 直流斩波电路 第4章 交流控制电路 和交交变频电路
第6 章 PWM控制技术 第7章 软开关技术
第5章 逆变电路
第8章 组合变流电路
绪－24
4.2 教材的使用说明
每章的最后有小结，对全章的要点和重点进行总 结。
教材正文后附有“教学实验”部分，精选了5个最 基本的，有较高实用价值的实验 。
书末附有“术语索引”。
课时分配：课内教学学时为48~56学时（包含实验， 每个实验2学时）。
电力电子技术是电能变换技术,是把粗电变为精电的技术， 能源是人类社会的永恒话题，电能是最优质的能源，
因此，电力电子技术将青春永驻。
一门崭新的技术，21世纪仍将以迅猛的速度发展。
绪－12
2 电力电子技术的发展史
历史是人类社会的一面镜子 分析过去、现在有助于把握未来
科学史是科学家的一面镜子
了解一门学科的过去、现在有助 于把握未来
二者同根同源。
绪－9
1.3 与相关学科的关系
与电力学（电气工程）的关系
电力电子技术广泛用于电气工程中
高压直流输电 电力机车牵引 静止无功补偿 交直流电力传动
电解、电镀、电加热、高性能交直流电源
国内外均把电力电子技术归为电气工程的一 个分支。 电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的 一个分支。
绪－10
绪－13
《电力电子技术》(专科第二版)习题解答
答：晶闸管从正向阳极电流Байду номын сангаас降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。即 。
1.6试说明晶闸管有哪些派生器件？
答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。
1.7请简述光控晶闸管的有关特征。
答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。
答：缓冲电路可以使GTR在开通中的集电极电流缓升，关断中的集电极电压缓升，避免了GTR同时承受高电压、大电流。另一方面，缓冲电路也可以使GTR的集电极电压变化率 和集电极电流变化率 得到有效值抑制，减小开关损耗和防止高压击穿和硅片局部过热熔通而损坏GTR。
1.19与GTR相比功率MOS管有何优缺点?
1.3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。
1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？
答：非正常导通方式有：(1) Ig=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1)阳极电压上升率du/dt过高；(3)结温过高。
IT= =
Kf= =2
1.10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?
解：(a)图波形系数为1.57，则有：1.57 =1.57 100A,IT(AV)= 100 A
(b)图波形系数为1.11，则有：1.11 =1.57 100A,IT(AV)=141.4A
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第五章1.换流方式有哪几种?各有什么特点?答:换流方式有4种:①器件换流。
利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。
②电网换流。
由电网提供换流电压称为电网换流。
这种换流方式应用于由交流电网供电的电路中，它是利用电网电压自动过零并变负的性能来实现换流的。
③负载换流。
由负载提供换流电压称为负载换流。
这种换流方法多用于直流电源供电的负载电路中。
④强迫换流。
设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。
换流回路的作用是利用储能元件中的能量，产生一个短暂的换流脉冲，使原来导通的晶闸管电流下降到零，再使它承受一段时间反压，便可关断。
强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称电容换流。
2.什么是电压型和电流型逆变器？它们各有什么特点？答：⑴直流侧是电压源的逆变器称为电压型逆变器。
电压型逆变器的特点如下：①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的箝位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关；而交流侧输出电流波形和相位随负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
逆变桥各臂反并联的二极管为交流侧向直流侧反馈无功能量提供了通道。
④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。
因为直流电源电压无脉动，故传送功率的脉动由直流侧电流的脉动来实现。
⑵直流侧电源为电流源的逆变器称为电流型逆变器。
电流型逆变器有如下特点：①直流侧串联有大电感，相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②各开关管仅是改变直流电流流通途径，交流侧输出电流波形为矩形波，与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位因负载阻抗角的不同而异，其波形常接近正弦波。
③当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功功率能量的作用。
因反馈无功能量时电流并不反向，故开关管不必反并联二极管。
④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。
因直流电流无脉动，故传送功率的脉动由直流电压的脉动来实现。
3.简述几种交流-直流-交流变频器是如何调压？是如何变频的？是如何改变相序的？答：电压型方波变频器是通过改变直流侧的电压改变输出交流电的电压幅值和有效值；通过改变开关管导通和关断的时间改变输出交流电的频率；改变逆变桥上开关管的导通顺序改变输出交流电的相序。
PWM 变频器是通过改变调制比M 改变输出电压0u 基波的幅值，所以，SPWM 调制是通过改变调制波r u 的幅值实现变压功能的。
改变正弦调制波的频率时，可以改变输出电压0u 的基波频率。
通过改变三相参考波的相序改变输出电压相序的。
4.电压型逆变器中反馈二极管的作用是什么？答：在电压型逆变器中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。
5.三相桥式电压型逆变器，导电方式，100d U V =，试求输出线电压的基波幅值1uv M U 和有效值1uv U 、线电压的5次谐波有效值5uv U 、输出相电压的基波幅值1uN M U 和有效值1uv U 。
解：输出线电压的基波幅值1 1.1 1.1100110uv M d U U V =≈=⨯=输出线电压的有效值()V U U U U d d m UV UV 7878.06211====π 输出线电压中五次谐波5UV u 的表达式为：t U u d UV ωπ5sin 5325=其有效值为：()V U U d UV 59.1525325==π输出相电压的基波幅值120.6370.63710063.7duN M d U U U Vπ=≈=⨯=输出相电压的有效值10.450.4510045duN d U U V π==≈=⨯=6.SPWM 逆变器有哪些优点？其开关频率的高低有什么利弊？ 答：SPWM 逆变器优点如下：①输出电压或电流波形接近正弦，谐波分量小。
②调频、调压都由逆变器完成，仅有一个可控功率级，从而简化了主电路和控制电路的结构，使装置的体积小、重量轻、造价低、可靠性高。
③输出频率和电压都在逆变器内控制和调节，其响应的速度取决于控制回路，而与直流回路的滤波参数无关，所以调节速度快，并且可使调节过程中频率和电压的配合同步，以获得好的动态性能。
④直流电压可由二极管整流获得，交流电网的输入功率因数与逆变器输出电压的大小和频率无关而接近1；若有数台装置，可由同一台不可控整流器输出作直流公共母线供电。
载波频率即SPWM 的开关频率愈高，谐波含量愈少，SPWM 的基波就越接近期望的正弦波。
但SPWM 的开关频率也不宜过高，因为开关管工作频率提高，开关损耗和换流损耗会随之增加。
7.正弦脉冲宽度调节控制方式中的单极性调制和双极性调制有何不同？答：在正弦参考波u r的半个周期内，三角波载波uc只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只在单个极性范围内变化，这是单极性SPWM控制方式；双极性SPWM控制方式，即在正弦参考波u r的半个周期内，三角波载波uc有正有负，所得到的SPWM波也有正有负，但是正半周内，正脉冲较负脉冲宽，负半周则反之。
8.SPWM基于什么原理？何谓调制度？画出半周期脉冲数k=7的单极性调制波形。
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。
把正该半波分成N等份，就可以把其看成是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。
SPWM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，SPWM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SPWM波形。
可见，所得到的SPWM波形和期望得到的正弦波等效。
一般将正弦参考波ur的幅值与三角波载波u c的峰值之比定义为调制度 ，亦称调制比或调制系数。
9.什么是同步调制方式和异步调制方式？SPWM中，同步调制和异步调制各有什么优缺点？答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。
在异步调制方式中，通常保持载波频率f固定不变，因而当参考信号频率cf变化时，载波比N是变化的。
r异步调制的主要特点是：在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1／4周期的脉冲也不对称。
这样，当信号频率较低时，载波比N较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期的脉冲不对称和半周期内前后1／4周期的脉冲不对称产生的不利影响都较小，PwM波形接近正弦波。
而当信号波频率增高时，载波比N减小，一周期内的脉冲数减小，PWM脉冲不对称的影响就变大，有时信号波的微小变化产生PWM脉冲的跳动，这就使得输出PWM波和正弦波的差异变大。
对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。
载波比N等于常数，并在变频时使载波频率和信号波频率保持同步的方式称为同步调制。
同步调制的主要特点是：在同步调制方式小，信号波频率变化时载波比N 不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。
当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的载波频率c f 也很低。
c f 过低时由调制带来的谐波不易滤除。
当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。
如考虑低频时性能时，当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率c f 会过高，使开关器件难以承受。
10.SPWM 控制的逆变电路，若参考波频率为400Hz,载波比为15，则开关管的开关频率为多少？一周期内有多少个脉冲波？ 解：由c rf N f =可知，载波频率154006000c r f Nf Hz ==⨯=，一周内有600个脉冲。
11.SPWM 波的生成有哪些方法？答：SPWM 波的生成方法大体上有3种：第一种是采用模拟电路产生；第二种是采用专用集成电路产生；第三种是由微型计算机直接产生。
12.什么是自然采样法和规则采样法？答：按照SPWM 控制的基本原理，可在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关管的通断，这种生成SPWM 波形的方法称为自然采样法。
规则采样法是一种应用较广的工程使用方法，它的效果非常接近自然采样法。
13.逆变器多重化的目的是什么？如何实现？答：逆变电路多重化的目的：一是使总体上装置的功率等级提高；二是可以改善输出电压的波形。
因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波，还是电流型逆变电路输出的矩形电流波，都含有较多谐波，对负载有不利影响；采用多重逆变电路，可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。
逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定相位差组合起来，使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消，就可以得到较为接近正弦波的波形。
可以采用并联或串联的方式。