交大所用教材电力电子技术课后答案

1、第 2 章思考题与习题交大教材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?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加 正向触发电压和电流（或脉冲）。导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压UA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?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电 压反向使阳极电流IA减小，IA下降到维持电流IH以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。 进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压UA

2、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？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。2.4 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。2.5 请简述晶闸管的关断时间定义。 答：晶闸管从正向阳极电流下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 tq = trr + t gr 。2.6 试说明晶闸管有哪些

3、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。2.7 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。2.8 型号为KP100-3，维持电流IH=4mA的晶闸管，使用在图题 1.8 所示电路中是否合理， 为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题 1.8答：（a）因为I A =100V50K= 2mA < I H，所以不合理。I A(b) 因为了。= 200V10= 20 A,KP100 的电流额定值为 100，裕量达倍，太大I A（c

4、）因为= 150V1= 150 A，大于额定值，所以不合理。2.9 图题 1.9 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。m1 IT(AV解：图(a)：I)= 20sin td (t ) I m= 1 2 I mIT=2 0 ( I m sin t )I Td (t )= 2Kf= I T ( AV )=1.571图(b)：IT(AV)= 图题 190 I m sin td (t )2= Im1 2I mIT= 0 (I m sin t )I Td (t )=2Kf= I T ( AV )1 =1.113图(c)：IT(AV)= I

5、m sin td (t )3 =2 Im1 21 3IT= ( I m sin t )3I Td (t )= Im +3 8 0.63I mKf= I T ( AV )=1.26 m1 I sin td (t ) 3图(d)：IT(AV)= 2331= 4 Im21 3IT=2 ( I m sin t )I Td (t )= Im +6 6 0.52I mKf= I T ( AV )1图(e)：IT(AV)= 2=1.784I m0 I m d (t) = 8m1 4 I2 d (t ) I mIT=2 0I T= 2 2Kf= I T ( AV )1=2.83mI m图(f)：IT(AV)=

6、 22 I d (t)= 40m1 2 I2 d (t ) I mIT=2 0 = 2I TKf= I T ( AV ) =22.10 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 × IT ( AV ) =1.57 × 100A , IT(AV) = 100 A (b)图波形系数为 1.11，则有： 1.11 × IT ( AV ) =1.57 × 100A , IT(AV)=141.4A (c)图波形系数为 1.26，则有： 1.26 × IT (

7、 AV ) =1.57 × 100A , IT(AV)=124.6A (d)图波形系数为 1.78，则有： 1.78 × IT ( AV ) =1.57 × 100A , IT(AV)=88.2A (e)图波形系数为 2.83，则有： 2.83 × IT ( AV ) =1.57 × 100A, IT(AV)=55.5A (f)图波形系数为 2，则有： 2 × IT ( AV ) =1.57 × 100A ,IT(AV)=78.5A2.11 某晶闸管型号规格为 KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?解：KP代表普通型晶

8、闸管，200 代表其晶闸管的额定电流为 200A，8 代表晶闸管的正反向峰值电压为 800V，D代表通态平均压降为 0.6V < U T< 0.7V 。2.12 如图题 1.12 所示，试画出负载Rd上的电压波形(不考虑管子的导通压降)。解：其波形如下图所示：图题 1.122.13 在图题 1.13 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（设晶闸管的擎住电流IL=15mA）？图题 1.13解：由题意可得晶闸管导通时的回路方程：L di A + Ri = Edt A可解得i A =E t(1 e )RL， = R =1要维维持持晶闸

9、管导通， i A (t ) 必须在擎住电流IL以上，即50 (1 e t ) 15 ×1030.5t 150 ×10 6 = 150s ，所以脉冲宽度必须大于 150µs。2.14 单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题 1.14 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？解：（1）考虑安全余量, 取实际工作电压的 2 倍UT=220 × 2 ×2 622V,取

10、600V（2）因为Kf=2.22,取两倍的裕量，则：2IT(AV) 2.22 × 100 A得：IT(AV)=111(A)取 100A。图题 1.142.15 什么叫 GTR 的一次击穿?什么叫 GTR 的二次击穿?答：处于工作状态的GTR，当其集电极反偏电压UCE渐增大电压定额BUCEO时，集电极 电流IC急剧增大（雪崩击穿），但此时集电极的电压基本保持不变，这叫一次击穿。发生一次击穿时，如果继续增大UCE，又不限制IC，IC上升到临界值时，UCE突然下降， 而IC继续增大（负载效应），这个现象称为二次击穿。2.16 怎样确定 GTR 的安全工作区 SOA?答：安全工作区是指在输出

11、特性曲线图上GTR能够安全运行的电流、电压的极限范围。 按基极偏量分类可分为：正偏安全工作区FBSOA和反偏安全工作区RBSOA。正偏工作区又叫开 通工作区，它是基极正向偏量条件下由GTR的最大允许集电极功耗PCM以及二次击穿功率PSB， ICM，BUCEO四条限制线所围成的区域。反偏安全工作区又称为GTR的关断安全工作区，它表示 在反向偏置状态下GTR关断过程中电压UCE，电流IC限制界线所围成的区域。2.17 GTR 对基极驱动电路的要求是什么？ 答：要求如下：（1）提供合适的正反向基流以保证 GTR 可靠导通与关断，（2）实现主电路与控制电路隔离，（3）自动保护功能，以便在故障发生时快速

12、自动切除驱动信号避免损坏 GTR。（4）电路尽可能简单，工作稳定可靠，抗干扰能力强。2.18 在大功率 GTR 组成的开关电路中为什么要加缓冲电路?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du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 dtdi和集电极电流变化率 dt 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。2.19 与 GTR 相比功率 MOS 管有何优缺点?答：GTR 是电流型器件，功率 MOS 是电压型器件，与 GTR 相比，功率 MOS 管的工 作速度快，开关频率高，驱动功

13、率小且驱动电路简单，无二次击穿问题，安全工作区宽，并 且输入阻抗可达几十兆欧。但功率 MOS 的缺点有：电流容量低，承受反向电压小。2.20 从结构上讲，功率 MOS 管与 VDMOS 管有何区别?答：功率MOS采用水平结构，器件的源极S，栅极G和漏极D均被置于硅片的一侧，通态电 阻大，性能差，硅片利用率低。VDMOS采用二次扩散形式的P形区的N+型区在硅片表面的结深 之差来形成极短的、可精确控制的沟道长度（13 m ）、制成垂直导电结构可以直接装漏极、 电流容量大、集成度高。2.21 试说明 VDMOS 的安全工作区。 答：VDMOS的安全工作区分为：（1）正向偏置安全工作区，由漏电源通态电

14、阻限制线，最大漏极电流限制线，最大功耗限制线，最大漏源电压限制线构成。（2）开关安全工作区： 由最大峰值漏极电流ICM，最大漏源击穿电压BUDS最高结温IJM所决定。（3）换向安全工作区：di换向速度 dt 一定时，由漏极正向电压UDS和二极管的正向电流的安全运行极限值IFM决定。2.22 试简述功率场效应管在应用中的注意事项。 答：（1）过电流保护，（2）过电压保护，（3）过热保护，（4）防静电。2.23 与 GTR、VDMOS 相比，IGBT 管有何特点?答：IGBT的开关速度快，其开关时间是同容量GTR的 1/10，IGBT电流容量大，是同容量 MOS的 10 倍；与VDMOS、GTR相

15、比，IGBT的耐压可以做得很高，最大允许电压UCEM可达 4500V， IGBT的最高允许结温TJM为 150，而且IGBT的通态压降在室温和最高结温之间变化很小，具 有良好的温度特性；通态压降是同一耐压规格VDMOS的 1/10，输入阻抗与MOS同。2.24 下表给出了 1200V 和不同等级电流容量 IGBT 管的栅极电阻推荐值。试说明为什么随着电流容量的增大，栅极电阻值相应减小？电流容量A255075100150200300栅极电阻502515128.253.3答：对一定值的集电极电流，栅极电阻增大栅极电路的时间常数相应增大，关断时栅压下降到关断门限电压的时间变长，于是 IGBT 的关断

16、损耗增大。因此，随着电流容量的增大， 为了减小关断损耗，栅极电阻值相应减小。应当注意的是，太小的栅极电阻会使关断过程电 压变化加剧，在损耗允许的情况下，栅极电阻不使用宜太小。2.25 在 SCR、GTR、IGBT、GTO、MOSFET、IGCT 及 MCT 器件中，哪些器件可以 承受反向电压？哪些可以用作静态交流开关？答：SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT 都可承受反向电压。SCR 可以用作静态开关。2.26 试说明有关功率 MOSFET 驱动电路的特点。答：功率 MOSFET 驱动电路的特点是：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单， 工作频率高。2.27 试述静电感应晶体管 SIT

17、 的结构特点。 答：SIT采用垂直导电结构，沟道短而宽，适合于高电压，大电流的场合，其漏极电流具有负温度系数，可避免因温度升高而引起的恶性循环漏极电流通路上不存在PN结，一般不 会发生热不稳定性和二次击穿现象，其安全工作区范围较宽,关断它需加 10V的负栅极偏 压UGS ,使其导通，可以加 56V的正栅偏压+UGS，以降低器件的通态压降。2.28 试述静电感应晶闸管 SITH 的结构特点。 答：其结构在SIT的结构上再增加一个P+层形成了无胞结构。SITH的电导调制作用使它比SIT的通态电阻小，通态压降低，通态电流大，但因器件内有大量的存储电荷，其关断时间 比SIT要慢，工作频率低。2.29

18、试述 MOS 控制晶闸管 MCT 的特点和使用范围。答：MCT 具有高电压，大电流，高载流密度，低通态压的特点，其通态压降只有 的左右，硅片的单位面积连续电流密度在各种器件中是最高的，另外，可承受 极高的 di/dt 和 du/dt。使得其保护电路简化，的开关速度超过，且开关损耗 也小。2.30 缓冲电路的作用是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别，各自的功能 是什么？答：缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压 du/dt 或者过电流 di/dt,减少器 件的开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路是对 du/dt 抑制 的电路，用于抑制器件的关断过电压和换

19、相过电压，抑制 du/dt，减小关断损耗。开通缓冲 电路是对 di/dt 抑制的电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和 di/dt，减小器件的开通损耗。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

20、电路在T处于通态时，电源Ud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

21、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（uck），升压斩波电路（oost），升降压斩波电路（uckoost）和库克（ook）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

22、电压平稳，降低了对滤波器的要求。3.5 试分析反激式和正激式变换器的工作原理。 答：正激变换器：当开关管T导通时，它在高频变压器初级绕组中储存能量，同时将能量传递到次级绕组，根据变压器对应端的感应电压极性，二极管D1导通，此时D2反向截止， 把能量储存到电感L中，同时提供负载电流 I O ；当开关管T截止时，变压器次级绕组中的电压极性反转过来，使得续流二极管D2导通（而此时D1反向截止），储存在电感中的能量继续提供电流给负载。变换器的输出电压为：U O =N 2DU dN1反激变换器：当开关管T导通，输入电压Ud便加到变压器TR初级N1上，变压器储存能量。 根据变压器对应端的极性，可得次级N2

23、中的感应电动势为下正上负，二极管D截止，次级N2 中没有电流流过。当T截止时，N2中的感应电动势极性上正下负，二极管D导通。在T导通期 间储存在变压器中的能量便通过二极管D向负载释放。在工作的过程中，变压器起储能电感的作用。输出电压为U O =N 2 N1D U1 D d3.6 试分析全桥式变换器的工作原理。答：当ug1和ug4为高电平，ug2和ug3为低电平，开关管T1和T4导通，T2和T3关断时，变压 器建立磁化电流并向负载传递能量；当ug1和ug4为低电平，ug2和ug3为高电平，开关管T2和T3 导通，T1和T4关断，在此期间变压器建立反向磁化电流，也向负载传递能量，这时磁芯工作 在B

24、H回线的另一侧。在T1、T4导通期间(或T2和T3导通期间)，施加在初级绕组NP上的电压 约等于输入电压Ud。与半桥电路相比，初级绕组上的电压增加了一倍，而每个开关管的耐 压仍为输入电压。3.7有一 开关频率为 50kHz 的 Buck 变换电路工作在电感电流连续的情况下， L=0.05mH，输入电压Ud=15V，输出电压U0=10V (1) 求占空比 D 的大小；(2) 求电感中电流的峰-峰值I；(3) 若允许输出电压的纹波U0/U0=5%，求滤波电容C的最小值。U d = 1解：（1） U 0D ，D = U 0U d= 10 = 0.66715I UO(UdUO )Ud D(1 D)15

25、×0.667(1 0.667) A（2） L =fLUd=fL 50×103=1.333× 0.05×1032 U 0 = (1 D)( tc ) 2(3)因为U 02f1f c =f = 50kHz 2f2LC0.05 =则(1 D)( c ) 22 fcf 2 =0.05 × 2 f 2 2 (1 D)Cmin=1 D0.05 × 8Lf 2=1 0.6670.05 × 8 × 0.05 ×103 × (50 ×103 ) 2= 6.66 ×106 F = 6.66

26、81;F3.8图题 3.8 所示的电路工作在电感电流连续的情况下，器件T的开关频率为 100kHz， 电路输入电压为交流 220V，当RL两端的电压为 400V时：(1) 求占空比的大小；(2) 当RL=40时，求维持电感电流连续时的临界电感值；(3) 若允许输出电压纹波系数为 0.01，求滤波电容 C 的最小值。题图 3.8U解:（）由题意可知：U = d 0 1 DD = U d U 0U 0= 400 220400=0.45（）DT2I0dL S U0K0.45× 0.01×103 × 220=2 ×10 49.5H（其中I 0 K= U 0R=

27、40040= 10 A） U 0= DT SC = DTsU 0= 0.45 ×105= 11.25F（） U 0R L C ,RL U 040 × 0.013.9 在Boost变换电路中，已知Ud=50V，L值和C值较大，R=20，若采用脉宽调制方 式，当Ts=40s，ton=20s时，计算输出电压平均值U0和输出电流平均值I0。ton + toffU 0 =U dU d = 50= 100V解：toff 1 D0.5由于和的值都比较大，U 0 I 0 R= 10020= 5 A3.10 有一开关频率为 50kHz的库克变换电路，假设输出端电容足够大，使输出电压保 持恒定

28、，并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压Ud=10V，输出电压U0调节为 5V不变。试求:(1) 占空比；(2) 电容器C1两端的电压Uc1；(3) 开关管的导通时间和关断时间。D解：(1) 因为U 0 = U d1 DD =U O= 5 = 1则U O U d 5 10 3(注意U o = 5V )(2)U C 1 =1 U1 D d=11 13× 10 = 15V(3)ton = DT =1 ×13 50 ×103= 6.67stoff= (1 D)T =32 ×13 50 ×10= 13.34s第 4 章思考题与习题4.1 什么是电压型和电

29、流型逆变电路？各有何特点？ 答：按照逆变电路直流侧电源性质分类，直流侧为电压源的逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧为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，其波形接近于三角波或正弦 波。（3）当交流侧为阻感性负载时，需提供无功功率，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二极管。（4）逆变

30、电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直流电压无脉动，故功率的 脉动是由交流电压来提供。（5）当用于交直交变频器中，负载为电动机时，如果电动机工作在再生制动状态， 就必须向交流电源反馈能量。因直流侧电压方向不能改变，所以只能靠改变直流电流的方向 来实现，这就需要给交直整流桥再反并联一套逆变桥。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，直流电流基本无脉动，直流回路呈现高 阻抗。（2）因为各开关器件主要起改变直流电流流通路径的作用，故交流侧电流为矩形波， 与负载性质无关，而交流侧电压波形和相位因负载阻抗角的不同而不同。（3）直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因电流不能反

31、向，故可控器件不必反并联二 极管。（4）当用于交直交变频器且负载为电动机时，若交直变换为可控整流，则很方 便地实现再生制动。4.2 电压型逆变电路中的反馈二极管的作用是什么？答：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。当输出交流电压与电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而 当输出电压与电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。4.3 为什么在电流型逆变电路的可控器件上要串联二极管？ 解：由于全电路开关管采用自关断器件，其反向不能承受高电压，所以需要在各开关

32、器件支路串入二极管。4.4 三相桥式电压型逆变电路采用 180°导电方式，当其直流侧电压Ud=100V时。（） 求输出相电压基波幅值和有效值（） 求输出线电压基波幅值和有效值（）输出线电压中五欢谐波的有效值。解：输出相电压基波幅值U AN 1m =2U d= 0.637U d= 0.637 ×100 = 63.7V输出相电压基波有效值U AN1 =U AN1m2= 0.45U d= 0.45 ×100 = 45V输出线电压基波幅值2U AB1m =3U d = 23 ×100 1.1×100 = 110V输出线电压基波有效值U ABm =U A

33、B1m =26U d =6 ×100= 78Vu= 23U d ( 1 sin 5t )输出线电压中 5 次谐波输出线电压中 5 次谐波有效值AB 52U AB 5 =53U d25= 15.59V4.5 全控型器件组成的电压型三相桥式逆变电路能否构成120o 导电型？为什么？解：全控型器件组成的电压型三相桥式逆变电路能构成1200 导电型。1200600由于三相桥式逆变电路每个桥臂导通，同一相上下两臂的导通有间隔，各相12001200导通依次相差，且不存在上下直通的问题，所以其能构成导电型。但当直流电压一定时，其输出交流线电压有效值比 180°导电型低得多，直流电源电压利

34、用率低。4.6 并联谐振型逆变电路利用负载电压进行换流，为了保证换流成功应满足什么条件？ 答：为了保证电路可靠换流，必须在输出电压u0过零前t时刻触发T2、T3，称t为触发引前时间。为了安全起见，必须使 t f= tr + ktq式中 k 为大于 1 的安全系数，一般取为 23。4.7 试说明 PWM 控制的工作原理。答：将一个任意波电压分成 N 等份，并把该任意波曲线每一等份所包围的面积都用一 个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，且矩形脉冲的中点与相应任意波等份的中点重合， 得到一系列脉冲列。这就是 PWM 波形。但在实际应用中，人们采用任意波与等到腰三角形 相交的方法来确定各矩形脉冲的宽度

35、。PWM 控制就是利用 PWM 脉冲对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一 系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替所需要的波形。4.8 单极性和双极性 PWM 调制有什么区别？解：单极性控制方式在调制信号U r 的正半个周期或负半个周期内，三角波载波 是单极性输出的，所得的波也是单极性范围内变化的。而双极性控制方式中， 三角波载波始终是有正有负，而输出的波是双极性的。4.9 试说明 PWM 控制的逆变电路有何优点？ 答：PWM 电路优点如下：（1）可以得到所需波形的输出电压，满足负载需要；（2）整流电路采用二极管整流，可获得较高的功率因数；（3）只用一级可控的功率环节，电路

36、结构简单；（4）通过对输出脉冲的宽度控制就可以改变输出电压的大小，大大的加快了逆变器的 响应速度。4.10 图题 4.10 所示的全桥逆变电路，如负载为 RLC串联，R10，L31.8 mH，C=159 F，逆变器频率f100 HZ，Ud110 V、求：（1）基波电流的有效值；（2）负载电流的谐波系数。图题 4.102U O1 =解：（1）基波电压的有效值为：2U d= 0.9U d= 0.9 ×110 = 99V基波时的负载阻抗：Z1 =R 2 + (L 1 ) 2C=10 2 + (2 ×100 × 0.0318 1 ) 22 ×100 ×

37、159 ×10 6= 22.3基波电流的有效值为：I o1= U o1Z1= 9922.3= 4.44 A（2）其主要的谐波是三次谐波与五次谐波，对应的负载阻抗分别为：Z 3 =R 2 + (3L 1 ) 23C=10 2 + (6 ×100 × 0.0318 1 ) 26 ×100 ×159 ×10 6= 60.7Z 5 =R 2 + (5L 1 ) 25C=10 2 + (10 ×100 × 0.0318 1 ) 210 ×100 ×159 ×10 6= 100.4其电流谐波系数分

38、别为：3k = 1 4U d 0.733k = 1 4U dZ 3 0.425 Z 5。4.11 在图 4.10 所示的单相全桥逆变电路中，直流电源Ud=300 V，向R5，L0.02H 的阻感性负载供电。若输出波形为近似方波，占空比D= 0.8，工作频率为 60 HZ，试确定负 载电流波形，并分析谐波含量。计算时可略去换相的影响和逆变电路的损耗。试求对应于每种谐波的负载功率。解：输出方波电压瞬时值为 输出电压和电流波形为：uo =n =1,3,5,4U d sin nt n基波电压和各谐波电压的有效值为：2U O1 =2U d= 0.9U d= 0.9 × 300 = 270VU

39、O3 =1U o1 = 90V31U O5 =，1U o1 = 54V51U O 7 =U o1 = 38.6V7U O9 =，U o1 = 30V9基波和各谐波的负载阻抗为：Z1 =R 2 + (L) 2 =52 + (2 × 60 × 0.02) 2= 9.04Z 3 =Z 5 =R 2 + (3L) 2 =R 2 + (5L) 2 =52 + (6 × 60 × 0.02) 252 + (10 × 60 × 0.02) 2= 23.15= 38.25Z 7 =Z 9 =R 2 + (7L) 2 =R 2 + (9L) 2 =52

40、 + (14 × 60 × 0.02) 252 + (18 × 60 × 0.02) 2= 52.99= 68.01基波和各谐波电流的有效值为：I o1= U o1Z1= 2709.04= 29.88 A,I o 3= U o 3Z 3=9023.15= 3.89 AI o 5= U o 5Z 5=5438.25= 1.41A，I o 7= U o 7Z 7= 38.652.99222= 0.73 AI o 9= U o 9Z 9=3068.01= 0.44 A2基波和每种谐波的负载功率为： Po1 = I o1R = 4464 .1W ,Po 3 =

41、I o 3R = 75.7W2Po 5 = I o 5R = 9.94W ,Po 7 = I o 7R = 2.66W ,Po 9 = I o 9R = 0.97W第 5 章思考题与习题5.1 什么是整流？它与逆变有何区别？ 答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变，它是对应于整流的逆向过程。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。答：（1）负载两端电压为 0，晶闸管上电压波形与U2相同；（2）负载两端电压为U2，晶闸管上的电

42、压为 0；（3）负载两端电压为 0，晶闸管上的电压为U2。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?答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。由于具有电感，当其电流增大时， 在电感上会产生感应电动势，抑制电流增加。电阻性负载时整流输出电流的峰值大些，在流 过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额定电流大一些的管子。5.4 某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断， 试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。解：设=0，T2被烧坏，如下图：

43、5.5 相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的Ud与Id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Rd上的Ud与Id的乘积是否等于负载有功功率，为什么?答：相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的平均功率 Pd= U d I d 不等于负载有功功率 P = UI 。因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流Ud 与Id 外还有谐波分量U 1 ,U 2 ,L 和 I1 , I 2 ,L ，负载上有功功率为 P =222PPP+d12+ L >Pd = U dI d 。相控整流电路带大电感负载时，虽然Ud存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻Rd上的Ud与Id的乘积等

44、于负载有功功率。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。解：采用由 220V交流直接供电当 = 0o 时：Udo=0.45U2=0.45 × 220 =99V由变压器降压到 60V供电当 = 0o 时：Ud=0.45U2=0.45 × 60 =27V因此，只要调节 都可以满足输出 024V直流电压要求。(1) 采用由 220V 交流直接供电时：

45、U d = 0.45U 21 + cos2 121o， = 180o 121o = 59oUd=24V时U T =2U 2 = 311VI T =1 02 2U 2 sin t 2 dt 84 A RR = U dI d= 24 = 0.830I T ( AV )= I T1.572= 841.57 54 A取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 622V 和 108A。电源提供有功功率P = I2 R = 842 × 0.8 = 5644.8W电源提供视在功率S = U 2 I 2 = 84× 220 = 18.58kVA电源侧功率因数PF = P 0.30

46、5S(2) 采用变压器降压到 60V 供电：U d = 0.45U 21 + cos2 39o， = 180o 39o = 141oUd=24V时,U T =2U 2 = 84.4VI T =1 02 2U 2 sin t2 dt 51.38 A RR = U dI d= 24 = 0.830I T ( AV )= I T1.57= 51.38 32.7 A1.57取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 168.8V 和 65.4A。2变压器二次侧有功功率P = I2 R = 51.382 × 0.8 = 2112W变压器二次侧视在功率S = U 2 I 2 = 60

47、× 51.38 = 3.08kVA电源侧功率因数PF = P 0.68S5.7 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。U解：（1）单相半波 = 0o 时,2= U d =0.456000.45= 1333V I d,= U dRd= 60050= 12 A晶闸管的最大电流有效值I T = 1.57 I d= 18.8 A晶闸管额定电流为IT(AV)I T1.57=12(A)晶闸管承受最大电压为U RM 2U 2 =1885V取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 4000V 和 30A。所选导线截面积为S I J= 18.8 6= 3.13mm 2负载电阻上最大功率PR = I TU2 R = 17.7kW600U d600U（2）单相全控桥 = 0o 时,2= d =0.90.9= 667V I d =,Rd 50= 12 A负载电流有效值I = 1.11I d= 13.3A(Kf=1.11)晶闸管的额定电流为IT(AV)I T1.57I