电力电子技术课后习题全部2

1、电力电子技术2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管拥有怎样的构造特点才使得其拥有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管多数采用垂直导电构造，使得硅片中经过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低混杂N区，也称漂移区。低混杂N区由于混杂浓度低而凑近于无混杂的纯半导体材料即本征半导体，由于混杂浓度低，低混杂N区就能够承受很高的电压而不被击穿。2-2.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：uAK0且uGK0。2-3.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

2、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凑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。2-4图2-27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。14Imsin(t)Im(21)0.2717Im解：a)Id1222=1(Imsint)2d(wt)Im310.4767ImI1=242421Imsintd(wt)Im(21)0.5434Imb)Id2=4

3、221(Imsint)2d(wt)2Im310.6741ImI2=424212Imd(t)1Imc)Id3=20412Im2d(t)1ImI3=2022-5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、I、Im3各为多少?m2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1I329.35a)Im10.4767Id10.2717Im189.48AA,I232.90A,0.5434Im2126.56Ab)Im20.6741Id2c)Im3=2I=3141Im378.5Id3=42

4、-6GTO和普通晶闸管同为PNPN构造,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构造，由P1N1P2和N1P2N2组成两个晶体管V1、V2，分别拥有共基极电流增益1和2，由普通晶阐管的解析可得，121是器件临界导通的条件。121两个等效晶体管过饱和而导通；121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2较大，这样晶体管V2控制敏捷，易于GTO关断；2)GTO导通时12的更凑近于l，普通晶闸管121.5，而GTO则为121.05，GTO的饱和程度不深，凑近于临

5、界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；3)多元集成构造使每个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，进而使从门极抽出较大的电流成为可能。2-7与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管拥有怎样的构造特点才使得它拥有耐受高电压电流的能力？答1.电力二极管多数采用垂直导电构造，使得硅片中经过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低混杂N区，也称漂移区。低混杂N区由于混杂浓度低而凑近于无混杂的纯半导体材料即本征半导体，由于混杂浓度低，低混杂N区就能够承受很高的电压而不被击穿。2-8试解析IGBT和电力MOSF

6、ET在内部构造和开关特性上的相像与不同之处IGBT比电力MOSFET在背面多一个P型层，IGBT开关速度小，开关损耗少拥有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小。开关速度低于电力MOSFET。电力MOSFET开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好。所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频次高，不存在二次击穿问题。IGBT驱动电路的特点是:驱动电路拥有较小的输出电阻，GBT是电压驱动型器件，IGBT的驱动多采用专用的混杂集成驱动器。电力MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路拥有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。2-11目前常用的全控型电力电子器件有哪些？答：门极可关

7、断晶闸管,电力晶闸管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管。3-1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，L20mH，U2100V，求当0和60时的负载电流Id，并画出ud与id波形。解：0时，在电源电压u2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u2的负半周期，负载电感L释放能量，晶闸管持续导通。因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均建立：did2U2sintLdt考虑到初始条件：当t0时id0可解方程得：id2U2(1cost)L2Id122U2(1cost)d(t)2=2U2=22.51(A)Lud与id的波形如下列图：u202tud02t

8、id02t当60时，在u2正半周期60180期间晶闸管导通使电感L储能，电感L积蓄的能量在u2负半周期180300期间释放，因此在u2一个周期中60300期间以下微分方程建立：did2U2sintLdt考虑初始条件：当d2U21t60时i0可解方程得：id(cost)L2其平均值为Id152U212U23(=11.25(A)cost)d(t)=23L22L此时ud与id的波形如下列图：u2+0tud+tidt3-2图3-10为拥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22U2；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

9、桥时相同。答：拥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测绕组中，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。以下解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。以晶闸管VT2为例。当VT1导通时，晶闸管VT2经过VT1与2个变压器二次绕组并联，所以VT2承受的最大电压为22U2。当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角相同时，关于电阻负载：（0）期间无晶闸管导通，输出电压为0；（）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中3VT1、VT4导通，输出电压均与电

10、源电压u2相等；()期间，均无晶闸管导通，输出电压为0；(2)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u2。关于电感负载：（）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VT1、VT4导通，输出电压均与电源电压u2相等；（）期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、22。VT3导通，输出波形等于u可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，则输出电流也相同。3-3单相桥式全控整流电路，U2100V，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I2；考虑安全裕

11、量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：ud、id、和i2的波形如下列图：u2OtudOtidIdtOIdi2Ot输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2分别为Ud0.9U2cos0.9100cos3077.97（V）IU/R77.97/238.99（A）ddI2Id38.99（A）晶闸管承受的最大反向电压为：2U21002141.4（V）考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN（）（23141.4283424V详细数值可按晶闸管产品系列参数采用。流过晶闸管的电流有效值为：IVTId2（）晶闸管的额定电流为：IN（27.57A（）27.571.521.572635A详细数值可按晶闸管

12、产品系列参数采用。3-4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。解：注意到二极管的特点：承受电压为正即导通。因此，二极管承受的电压不会出现正的部分。在电路中器件均不导通的阶段，沟通电源电压由晶闸管平衡。整流二极管在一周内承受的电压波形如下：u202tuVD20tuVD40t3-5单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2，L值极大，反电势E=60V，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，变压器二次侧电流有效值I2；4考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：ud、id和i2的波形如下列图：u2OtudOt

13、iIddOIdti2IdOt整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为Ud0.9U2cos0.9100cos3077.97(A)Id(UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id9(A)晶闸管承受的最大反向电压为：2U21002141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVTId2（）故晶闸管的额定电压为：UN6.36A(23)（）141.4283424V晶闸管的额定电流为：IN(1.52)6.36168.57（A）晶闸管额定电压和电流的详细数值可按晶闸管产品系列参数采用。3-6.晶闸管串联的单相半控桥（桥中VT1、VT2为晶闸管），电路如图2-11所示，U2

14、=100V，电阻电感负载，R=2，L值很大，当=60时求流过器件电流的有效值，并作出ud、id、iVT、iD的波形。解：ud、id、iVT、iD的波形如下列图：u2OtudOtidIdiVT1OIdtOIdtiVD2Ot负载电压的平均值为：Ud12U2sintd(t)0.9U21cos(/3)67.5（V）32负载电流的平均值为：IdUdR67.52233.75（A）流过晶闸管VT1、VT2的电流有效值为：IVT1Id19.49（A）3流过二极管VD、VD4的电流有效值为：IVDI27.56（A）32d33-7.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

15、电压ud的波形。解：假定0，当负载为电阻时，u的波形如下：d5uaubucudOtuaubucudOtd的波形如下：当负载为电感时，uuaubucudOtuaubucudOt3-8三相半波整流电路，能够将整流变压器的二次绕组分为两段成为波折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其矢量如图2-60所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增加10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？ABCCNnBNAabcc2111c1a2b2c2naa12b1b2图2-60图2-60变压器二次绕组的波折接法及其矢量图答：变压器铁心不会被直流磁化。原因如下：变压器二次绕组在一个周期内：当a1c2对应的晶闸管导通

16、时，a1的电流向下流，c2的电流向上流；当c1b2对应的晶闸管导通时，c1的电流向下流，b2的电流向上流；当b1a2对应的晶闸管导通时，b1的电流向下流，a2的电流向上流；就变压器的一次绕组而言，每一周期中有两段时间（各为120）由电流流过，流过的电流大小相等而方向相反，故一周期内流过的电流平均值为零，所以变压器铁心不会被直流磁化。3-9三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？答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相之间换相的的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差180。3-10有两组三相半波可控整流电路，一

17、组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们a的触发角都是，那末共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，比方都是相，在相位上差多少度？答：相差180。3-11三相半波可控整流电路，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；计算Ud、Id、IdT和IVT。6u2=30ubucuaOtuduaubucOtiVT1OidO解：ud、id和iVT1的波形如下列图：Ud、Id、IdT和IVT分别如下Ud1.17U2costt1.17100cos6058.5（V）IdUdR58.5511.7（A）IdVTId311.73.9（A）IVTI

18、d36.755（A）3-12在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压ud波形怎样？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？答：假定VT1不能导通，整流电压ud波形如下：udOt假定VT1被击穿而短路，则当晶闸管3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得3VT5也可能分别被击穿。VTVT、3-13三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；计算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形如下：=60ubucuua2t1tOuabuacubcubaucaucb

19、uabuacudOtidOtiVT1OtUd、Id、IdT和IVT分别如下7Ud2.34U2cos2.34100cos60117（V）IdUdR117523.4（A）IDVTId323.437.8（A）IVTId323.4313.51（A）3-14单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1，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：Ud0.9U2cosUdUd2XBIdId（UdE）R解方程组得：Ud（R0.9U2cos2XBE）（R2XB）44.55（V）Ud0.455（V）Id4.55（A）又coscos()

20、22IdXBU即得出cos(60)=0.4798换流重叠角61.3360=1.33最后，作出整流电压Ud的波形如下：u2OtudOt3-15三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，U2=100V，R=1，L=，LB=1mH，求当=30时、E=50V时Ud、Id、的值并作出ud与iVT1和iVT2的波形。解：考虑LB时，有：Ud1.17U2cosUddBdU3XI2Id（UdE）R解方程组得：Ud（R1.17U2cos3XBE）（2R3XB）94.63（V）Ud6.7（V）Id44.63（A）又coscos()2IdXB6U2即得出cos(30)=0.752换流重叠角41.2830=11.28u

21、d、iVT1和iVT2的波形如下：8u2uaubucOuduaubucOtiVT1IdOtiVT2IdOt3-16三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求Ud、Id、IVD、I2和的值并作出ud、iVD和i2的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路0时的情况。Ud2.34U2cosUdUdBd3XIddIUR解方程组得：Ud2.34U2cos（13XB/R）486.9（V）Id97.38（A）又coscos()2IdXB6U2即得出cos=0.892换流重叠角26.93二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为IVDId397.383

22、32.46（A）2I2aId79.51（A）ud、iVD1和i2a的波形如下：9u2uaubucOt1tuduabuacubcubaucaucbuabuacOtiVD1IdOti2aIdOt3-17三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1，L=，U2=220V，=60，当LB=0和LB=1mH情况下分别求Ud、Id的值，后者还应求并分别作出ud与iT的波形。解：当LB0时：Ud2.34U2cos2.34220cos60257.4（V）Id（UdE）R（257.4200）157.4（A）当LB1mH时Ud2.34U2cosUdUd3XBIdId（UdE）R解方程组得：Ud（2.34U2

23、Rcos3XBE）（R3XB）244.15（V）Id44.15（A）Ud13.25（V）又coscos()2XI6UBd2cos(60)0.448563.35603.35ud、IVT1和IVT2的波形如下：uaubucu2OtuabuacuuabuacubcubaucaucbdOtiVT1IdOtiVT2IdOt3-18单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？10答：单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有2k（k=1、2、3）次谐波，其中幅值最大的是2次谐波。变压器二次侧电流中含有2k1（k

24、1、2、3）次即奇次谐波，其中主要的有3次、5次谐波。3-19三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k（k1、2、3）次的谐波，其中幅值最大的是6次谐波。变压器二次侧电流中含有6k1(k=1、2、3)次的谐波，其中主要的是5、次谐波。3-20试计算第3题中i2的3、5、7次谐波分量的有效值I23、I25、I27。解：在第3题中已知电路为单相全控桥，其输出电流平均值为I38.99（A）d于是可得：I2322Id32238.99311.7（A）I252

25、2Id52238.9957.02（A）I22Id72238.9975.01（A）273-21试计算第13题中i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27。解：第13题中，电路为三相桥式全控整流电路，且已知Id23.4（A）由此可计算出5次和7次谐波分量的有效值为：I6I5623.453.65（A）25dI6I7623.472.61（A）27d3-22试分别计算第3题和第13题电路的输入功率因数。解：第3题中基波电流的有效值为：I122Id2238.9935.1（A）基波因数为I1II1Id35.138.990.9电路的输入功率因数为：cos0.9cos300.78第13题中基波电流的有效值：I

26、16Id623.3918.243（A）基波因数为I1II1Id0.955电路的输入功率因数为：cos0.955cos600.483-23带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同？答：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有以下异同点：三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要用平衡电抗器；当变压器二次电压有效值U2相等时，双反星形电路的整流电压平均值Ud是三相桥式电路的1/2，而整流电流平均值Id是三相桥式电路的2倍。在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分派关系是同样的，整流电压ud和整流电流id

27、的波形形状同样。3-24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，一是能够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搅乱。3-2512脉波、24脉波整流电路的整流输出电压和沟通输入电流中各含哪些次数的谐波？11答：12脉波电路整流电路的沟通输入电流中含有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。24脉波整流电路的沟通输入电流中含有23次、25次、47次、49次等，即24k1（k=1，2，3）次谐波，整流输出电压中含有24、48等即24k（k

28、=1，2，3）次谐波。3-26使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？答：条件有二：直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；要求晶闸管的控制角，/2使Ud为负值。3-27三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，当EM=-400V，=60时求Ud、Id与的值，此时送回电网的有功功率是多少？解：由题意可列出如下3个等式：Ud2.34U2cos()UdUd3XBIdId（UdEM）R三式联立求解，得Ud2.34U2Rcos()3XBEMR(3XB)290.3（V）Id109.7（A）由下式可计算换流重叠角：cosc

29、os()2XBd62IU0.1279cos(120)0.6279128.901208.90送回电网的有功功率为P=|EMId|Id2R=400109.7-109.72109.71=31.85(W)3-28单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1，L=，U2=100V，L=0.5mH，当EM=-99V，=60时求Ud、Id和的值。解：由题意可列出如下3个等式：Ud0.9U2cos(-)UdUd2XBIdId（UdEM）R三式联立求解，得UdR0.9U2cos(-)2XBEM（R2XB）49.91（V）Id49.09（A）又coscos()2IdXBU2=0.2181即得出cos(120)=-0.71

30、81换流重叠角135.9120=15.93-29什么是逆变失败？怎样防备逆变失败？答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会经过晶闸管电路形成短路，或许使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变推翻。防备逆变失败的方法有：采用精准可靠的触发电路，使用性能优秀的晶闸管，保证沟通电源的质量，留出充分的换向裕量角等。3-30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围分别是多少？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围是0180，当12负载为电

31、感负载时，要求的晶闸管移相范围是090。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围是0120，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是090。4-l无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：两种电路的不同主假如：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。4-2换流方式各有那里种？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，只需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

32、载换流。强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强追施加反向电压换流称为强迫换流。平时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。4-3什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持点是：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，直流回路体现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，沟通侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无

33、关。而沟通侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。当沟通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。为了给沟通侧向直流侧反应的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反应二极管。电流型逆变电路的主要特点是：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，直流回路体现高阻抗。电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此沟通侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而沟通侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。当沟通侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流测电惑起缓冲无功能量的作用。因为反应无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开

34、关器件反并联二极管。4-4电压型逆变电路中反应二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反应二极管？在电压型逆变电路中,当沟通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。为了给沟通侧向直流侧反应的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反应二极管。当输出沟通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,由反应二极管提供电流通道。4-5三相桥式电压型逆变电路，180o导电方式，Ud=100V。试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值UUN1输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值UUV1输出线电压中5次谐波的有效值UUV5。UUN1m2U

35、d0.637Ud63.7(V)解：UUN1m0.45Ud45(V)UUN1223Ud1.1Ud110(V)UUV1mUUV1UUV1m6Ud0.78Ud78(V)213UUV17815.6(V)UUV555并联谐振式逆变电路利用负载电源进行变换4-6.并联谐振式逆变电路利用负载电压进行换相,为保证换相应知足什么条件?答;假定在t时刻触发VT2、VT3使其导通,负载电压u。就经过VT2、VT3施加在VTl、VT4上,使其承受反向电压关断,电流从VTl、VT4向VT2、VT3转移触发VT2、VT3时刻/必须在u。过零前并留有足够的裕量,才能使换流顺利达成。4-7串联二极管式电流型逆变电路中,二极管

36、的作用是什么?试解析换流过程。答:二极管的主要作用,一是为换流电容器充电提供通道,并使换流电容的电压能够得以保持,为晶闸管换流做好准备;二是使换流电容的电压能够施加到换流过程中刚刚关断的晶闸管上,使晶闸管在关断之后能够承受一准时间的反向电压,保证晶闸管可靠关断，进而保证晶闸管换流成功。以VTl和VT3之间的换流为例,串联二极管式电流型逆变电路的换流过程可简述如下:给VT3施加触发脉冲,由于换流电容C13电压的作用,使VT3导通而VTl被施以反向电压而关断。直流电流Id从VTl换到VT3上,C13经过VDl、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电,如图5-16b所示。因放电电流

37、恒为/d,故称恒流放电阶段。在C13电压Uc13下降到零以前,VTl一直承受反压,只需反压时间大于晶闸管关断时间rq，就能保证可靠关断。Uc13降到零之后在U相负载电感的作用下,开始对C13反向充电。如忽略负载冲电阻的压降,则在Uc13=0时刻后,二极管VD3受到正向偏置而导通,开始流过电流,两个二极管同时导通,进入二极管换流阶段,如图5-16c所示。随着C13充电电压不断增高,充电电流渐渐减小,到某一时刻充电电流减到零,VDl承受反压而关断,二极管换流阶段结束。之后,进入VT2、VT3稳定导逗阶段,电流路径如图5-6d所示。4-8.逆变电路多重化的目的是什么?怎样实现?串联多重和并联多重逆变

38、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,二是能够改良输出电压的波形。因为不论是电压型逆变电路输出的矩形电压波,仍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,能够把几个矩形波组合起来获得凑近正弦波的波形。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,就能够获得较为凑近正弦波的波形。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

39、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。当需要从沟通侧向直流侧反应无功能量时,电流并不反向,仍旧经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反应二极管。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ton。，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toff，此时电感L经过二极管VD向R和M供电，Uo=0。一个周期内的平均电压EtonU0toff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=10，L值微大

40、，E=30V，T=50s，ton=20s，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为U0tonE2020080(V)T50输出电流平均值为14U0EM8030I05(A)R105-3在图5-la所示的降压斩波电路中，E=100V，L=lmH，R=05，EM=10V，采用脉宽调制控制方式，T=20s，当ton=5s时，计算输出电压平均值U0，输出电流平均值I0，计算输出电流的最大和最小值刹时值并判断负载电流是否连续。当ton=3s时，从头进行上述计算。解：由题目已知条件可得：EI1ton(U0E)I1toffL0.001R0.0020.5当

41、ton5s时，有t0.01ton0.0025由于e1e0.002510.249me1e0.011所以输出电流连续。5-4简述图5-2a所示升压斩波电路的基本工作原理。答：假定电路中电感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I1,同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值U0。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。当V处于断态时E和己共同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为(U0E)I1toff；当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释

42、放的能量相等，即：EI1ton(U0E)I1toff化简得：tontoffTEU0toffEtoff式中的Ttoff1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。5-5在图3-2a所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20，采用脉宽调制控制方式，当T=40s，ton=25s时，计算输出电压平均值U0，输出电流平均值I0。解：输出电压平均值为：15U0TE4050133.3(V)toff4025输出电流平均值为：I0U0133.3R6.667(A)205-6试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路的基本源理，并比较其异同点。答：升降压斩波电路的基本源理：当可控开关V处于

43、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维持输出电压基本恒定并向负载R供电。今后，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两头电压uL对时间的积分为零，即TuLdt00当V处于通态期间，uL=E：而当V处于断态期间uLu0。于是：EtonU0toff改变导通比，输出电压既能够比电源电压高，也能够比电源电压低。当0l2时为降压，当l20时,系统稳定。（2）K0时，系统不稳定。（3）0K3时，系统稳定。3-12系统的特点方程为2s3(2

44、)s2(K1)sK0列写劳斯表，得出系统稳定应知足的条件(2)(K1)2K20和K应知足的不等式和条件由此获得02(K1),K1,2K1K234591530100643.332.52.282.132.04根据列表数据可绘制K为横坐标、为纵坐标的曲线，闭环系统稳定的参数地区为图A-3-3中的阴影部分。图A-3-3闭环系统稳定的参数地区3-13根据系统特点方程s32s2(K2)s3K0，列写劳斯表s312Ks223Ks14Ks0K根据劳斯判据可得系统稳定的K值范围0K4当K4时系统有一对共轭虚数极点，此时产生等幅振荡，因此临界增益Kc4。4根据劳斯表列写Kc4时的协助方程2s2120解得系统的一对

45、共轭虚数极点为s1,2j6，系统的无阻尼振荡频次即为6rad/s。3-14(1)Kp50,Kv0,Ka0(2)Kp,KvK,Ka0(3)Kp,Kv,KaK10K(4)Kp,Kv,Ka03-15200首先求系统的给定误差传达函数sE(s)1s(0.1s1)eR(s)1G(s)0.1s2s10误差系数可求得如下C0limslims(0.1s1)0es10s0s00.1s2C1limdeslim10(0.2s1)0.1ds2s2s0s0(0.1s10)C2limd2s2(0.1s2s10)20(0.2s1)202elim(0.1s2s3s0dss010)(1)r(t)R0，此时有rs(t)R0,rs

46、(t)rs(t)0，于是稳态误差级数为esrtC0rs(t)0，t0(2)r(t)R0R1t，此时有rs(t)R0R1t,rs(t)R1,rs(t)0，于是稳态误差级数为esrtC0rs(t)C1rs(t)0.1R1，t0(3)r(t)0112t2s(t)01122,s(t)12rs(t)R2，于是稳RRtR，此时有rRRtRtrRRt，22态误差级数为esrtC0rs1s(t)C2s12，t0(t)Cr2!r(t)0.1(RRt)3-16首先求系统的给定误差传达函数sE(s)1s(0.1s1)eR(s)1G(s)0.1s2s500误差系数可求得如下5C0limeslims(0.1s1)0ss

47、0s00.1s2500C1limdeslim500(0.2s1)1s0dss0(0.1s2s500)2500C2limd2es100(0.1s2s500)1000(0.2s1)298ds2lim(0.1s2s500)35002s0s0rs(t)sin5trs(t)5cos5trs(t)25sin5t稳态误差级数为esrtC0C225sin5tC15cos5t24.9104sin5t1102cos5t3-21系统在单位斜坡输入下的稳态误差为esr2n加入比率微分环节后CsCsEsRs1asCsGs1asGs1as1Rss22nsGsRss22anCs22nssn2n2Rsn2nsRs1Rss2e

48、sr2animsEss0n可见取a20。，可使esrn3-22Gs4。ss24s63-23按照条件（2）可写出系统的特点方程(s1j)(s1j)(sa)(s22s2)(sa)s3(2a)s2(22a)s2a0将上式与1G(s)0比较，可得系统的开环传达函数G(s)2a(2a)s(22a)ss26根据条件（1），可得10.52aKv22aesr解得a1，于是由系统的开环传达函数为G(s)2ss23s43-24（1）当a=0时，0.354,n22。（2）n不变，要求0.7，求得a=0.253-251.单位脉冲响应无零点时ctnentsin12nt,t012（b）有零点z1时1221nnnentsi

49、n12ntarctgct1212nn,t0比较上述两种情况，可见有z1零点时，单位脉冲响应的振幅较无零点时小，而且产生相移，12相移角为arctgn。1n2单位阶跃响应无零点时112ct1entsin12ntarctg,t012（b）有零点z1时12212ct1nnentsin12ntarctg,t012n加了z1的零点之后，超调量Mp和超调时间tp都小于没有零点的情况。3-26系统中存在比率-积分环节K11s1，当误差信号et0时，由于积分作用，该环节的输s出保持不变，故系统输出持续增长，知道出现et0时，比率-积分环节的输出才出现减小的趋势。因此，系统的响应必定存在超调现象。3-27在rt

50、为常量的情况下，考虑扰动nt对系统的影响，可将框图重画如下7N(s)+K2C(s)_sK212ss2s1KKss111111ss图A-3-2题3-14系统框图等效变换CsK2sNs2s1K1K2s21s1根据终值定理，可求得nt为单位阶跃函数时，系统的稳态误差为0，nt为单位斜坡函数时，系统的稳态误差为1。K1从系统的物理作用上看，因为在反应回路中有一个积分环节，所以系统对阶跃函数的扰动稳态误差为零。在反应回路中的积分环节，当输出为常量时，能够在反应端产生一个与时间成正比的信号以和扰动信号平衡，就使斜坡函数的扰动输入时，系统扰动稳态误差与时间无关。第四章习题参照答案4-14-2（1）GsK1s

51、3ss1分别点(0.45,j0)，与虚轴交点j3K1128（2）GsK1ss4s24s20分别点2,j0,2j2.5，与虚轴交点10K12604-3（1）K1s2s2Gs分别点为0,j0；从根轨迹图可见，当K10便有二个闭环极点位于右半s平面。所以不论K取何值，系统都不稳定。（2）K1s1Gs2s2s分别点为0,j0；从根轨迹图看，加了零点Z后，不论K取何值，系统都是稳定的。14-7系统特点方程为s21s10s以为可变参数可写为102ss1分别点为1,j0，出射角为P150。（1）无局部反应时，单位速度输入信号作用下的稳9态误差为esr1；阻尼比为0.5；调节时间为ts6s5%（2）2时，es

52、r3，1.5，ts7.85sts321n可见，当加入局部反应之后，阻尼比变大，调节时间增大，稳态误差加大。(3)当1时，系统处于临界阻尼状态。4-9主根轨迹图的分别点为0.6,j0，和虚轴的交点为j0.85，K的稳定范围为8.56。4-10KesGsHss主根轨迹分别点1,j0；与虚轴交点j，2临界K值。24-11（1）K1sGsHss（2）K1sGsHs2s1s210分别点212,j0；会集点212,j0；与虚轴交点j2；临界稳定K值为2。（3）GsHsKss1分别点1,j02当较小时，且K在某一范围内时，可取近似式K。ss1K1s若较大，取上述近似式误差就大，此时应取近似式2。s1s2第五

53、章习题参照答案5-1(1)Gs1ss1Gj112Gj900arctg0.51.01.52.05.010.0Gj1.790.7070.370.2240.0390.0095Gj-116.6-135-146.3-153.4-168.7-174.2系统的极坐标图如图A-5-1所示。图A-5-1题5-1系统（1）极坐标图11(2)Gs11s12sGj112142Gjarctgarctg200.20.50.81.02.05.0Gj10.910.630.4140.3170.1720.0195Gj0-15.6-71.6-96.7-108.4-139.4-162.96系统的极坐标图如图A-5-2所示。图A-5-

54、2题5-1系统（2）极坐标图(3)1Gs1ss12sGj112142Gj900arctgarctg20.20.30.5125Gj4.552.741.270.3170.0540.0039Gj-105.6-137.6-161-198.4-229.4-253系统的极坐标图如图A-5-3所示。12图A-5-3题5-1系统（3）极坐标图(4)1Gs2ss21s1Gj1212142Gj1800arctgarctg20.20.250.30.50.60.81Gj22.7513.87.862.520.530.650.317Gj-195.6-220.6-227.6-251.6-261.6-276.7-288.4系

55、统的极坐标图如图A-5-4所示。图A-5-4题5-1系统（4）极坐标图15-2(1)Gsj1j系统的伯德图如图A-5-5所示。13图A-5-5题5-2系统（1）伯德图1(2)Gs1j1j2系统的伯德图如图A-5-6所示。图A-5-6题5-2系统（2）伯德图1(3)Gsj1j1j2系统的伯德图如图A-5-7所示。14图A-5-7题5-2系统（3）伯德图(4)Gs121j1j2j系统的伯德图如图A-5-8所示。5-3Gs图A-5-8题5-2系统（4）伯德图1s0.1s10.5s1Gj11(0.1)21(0.5)2Gj900arctg0.1arctg0.50.51.01.52.03.05.010.0

56、Gj17.38.95.33.51.770.670.24Gj-106.89-122.3-135.4-146.3-163-184.76-213.7系统的极坐标图如图A-5-9所示。15图A-5-9题5-3系统极坐标图系统的伯德图如图A-5-10所示。图A-5-10题5-3系统伯德图相角裕度0.7,增益裕量GM3.55dB5-4（1）Gj1，此为非最小相位环节，其幅频、相频特性表达式为j1Gj121Gj1800arctg该环节的伯德图如图A-5-11所示。16图A-5-11题5-4伯德图（2）惯性环节Gj1是最小相位的，其幅频、相频特性表达式为j1Gj112Gjarctg该环节的伯德图如图A-5-1

57、1点划线所示。由图可见，两个环节拥有相同的幅频特性，相频特性有根本区别。10，系统的相频特性曲线如图A-5-12所示。5-7(a)Gs0.5s1图A-5-1210相频特性曲线题5-7Gs0.5s13.92，系统的相频特性曲线如图A-5-13所示。(b)Gss0.5s1图A-5-133.92相频特性曲线题5-7Gss0.5s1(c)Gs0.52s1，系统的相频特性曲线如图A-5-14所示。s20.5s117图A-5-14题5-7Gs0.52s1相频特性曲线s20.5s15-8(a)闭环系统不稳定。(b)闭环系统稳定。(c)闭环系统稳定。(d)闭环系统稳定。5-92esGss1s10.5s0时，经

58、误差修正后的伯德图如图A-5-15所示。从伯德图可见系统的剪切频次c1.15rad/s，在剪切频次处系统的相角为(c)90arctgcarctg0.5c168.9由上式，滞后环节在剪切频处最大率可有11.1的相角滞后，即18011.1解得0.1686s。因此使系统稳定的最大值范围为00.1686s。图A-5-15题5-9系统伯德图5-10由GsHsK知两个转折频次1121rad/s。令K，可绘制s1s13srad/s,13系统伯德图如图A-5-16所示。图A-5-16题5-10系统伯德图18确定()180所对应的角频次g。由相频特性表达式(g)90arctg0.33garctgg180可得ar

59、ctg1.33g900.33g21解出grad/s31.732在图A-5-16中找到L(g)2.5dB，也即对数幅频特性提高2.5dB，系统将处于稳定的临界状态。因此20lgK2.5dBK4为闭环系统稳定的临界增益值。35-11由L(0.1)0dB知K1；由L(1)3dB知1是惯性环节由1的转折频次；s1从1增大到10，L()下降约23dB，可确定斜率为20dB/dec，知系统无其他惯性环节、或微分环节和振荡环节。由(0.1)0和(1)83知系统有一串联纯滞后环节es。系统的开环传达函数为esGsHss1由(1)18083解得0.66s。可确定系统的传达函数为arctg1e0.66sGsHss

60、15-12系统的开环传达函数为GsHs0.1K2s0.001s0.1s系统稳定的增益范围0K0.1。第六章6-1(a)GsRCs，超前网络的伯德图如图A-6-1所示。RCs119图A-6-1题6-1超前网络伯德图1，滞后网络的伯德图如图A-6-2所示。(b)GsRCs1图A-6-2题6-1滞后网络伯德图6-2(1)无源校正装置的特点是简单，但要达到理想的校正效果，必须知足其输入阻抗为零，输出阻抗为无限大的条件，否则很难实现预期效果。且无源校正装置都有衰减性。而有源装置多是由直流运算放大器和无源网络组成，能够达到较理想的校正效果。（2）采用比率-积分校正可使系统由I型转变为II型。利用串联超前校