1、電力電子技術習題解答第1章 思考題與習題2.14單相正弦交流電源，晶閘管和負載電阻串聯如圖題2.14所示，交流電源電壓有效值為220V。第5章 斬波電路 思考題與習題3.4 試說明降壓斬波電路（uck），升壓斬波電路（oost）各有什么特點？第10章 PWM型無源逆變電路 思考題與習題4.7 試說明PWM控制的工作原理。4.8單極性和雙極性 PWM調制有什么區別？4.9 試說明PWM控制的逆變電路有何優點？ 第2章 單相半波可控整流電路 思考題與習題5.1 什么是整流？它與逆變有何區別？5.2 單相半波可控整流電路中，如果：(1) 晶閘管門極不加觸發脈沖；(2) 晶閘管內部短路；(3) 晶閘管

2、內部斷開；試分析上述三種情況負載兩端電壓ud和晶閘管兩端電壓uT的波形。5.3某單相全控橋式整流電路給電阻性負載和大電感負載供電，在流過負載電流平均值相同的情況下，哪一種負載的晶閘管額定電流應選擇大一些?5.6某電阻性負載要求024V直流電壓，最大負載電流Id=30A，如采用由220V交流直接供電和由變壓器降壓到60V供電的單相半波相控整流電路，是否兩種方案都能滿足要求?試比較兩種供電方案的晶閘管的導通角、額定電壓、額定電流、電路的功率因數及對電源容量的要求。5.7某電阻性負載，Rd=50,要求Ud在0600V可調，試用單相半波和單相全控橋兩種整流電路來供給，分別計算：(1) 晶閘管額定電壓、

3、電流值；(2) 連接負載的導線截面積(導線允許電流密度j=6Amm2)；(3) 負載電阻上消耗的最大功率。5.8 整流變壓器二次側中間抽頭的雙半波相控整流電路如圖題5.8所示。(1) 說明整流變壓器有無直流磁化問題?(2) 分別畫出電阻性負載和大電感負載在=60°時的輸出電壓Ud、電流id的波形，比較與單相全控橋式整流電路是否相同。若已知U2=220V，分別計算其輸出直流電壓值Ud。（3）畫出電阻性負載=60°時晶閘管兩端的電壓uT波形，說明該電路晶閘管承受的最大反向電壓為多少? 圖題5.85.9帶電阻性負載三相半波相控整流電路，如觸發脈沖左移到自然換流點之前15°

4、;處，分析電路工作情況，畫出觸發脈沖寬度分別為10°和20°時負載兩端的電壓 ud波形。5.10 三相半波相控整流電路帶大電感負載，Rd=10，相電壓有效值U2=220V。求=45°時負載直流電壓Ud、流過晶閘管的平均電流IdT和有效電流IT，畫出ud、iT2、uT3的波形。5.11 在圖題5.11所示電路中，當=60°時，畫出下列故障情況下的ud波形。(1) 熔斷器1FU熔斷。 (2) 熔斷器2FU熔斷。(3) 熔斷器2FU、3FU同時熔斷。圖題5.115.12現有單相半波、單相橋式、三相半波三種整流電路帶電阻性負載，負載電流Id都是40A，問流過與晶

5、閘管串聯的熔斷器的平均電流、有效電流各為多大?5.13三相全控橋式整流電路帶大電感負載，負載電阻Rd=4，要求Ud從0220V之間變化。試求： (1)不考慮控制角裕量時，整流變壓器二次線電壓。(2)計算晶閘管電壓、電流值，如電壓、電流取2倍裕量，選擇晶閘管型號。 5.14單結晶體管觸發電路中，作為Ubb的削波穩壓管兩端如并接濾波電容，電路能否正常工作?如穩壓管損壞斷開，電路又會出現什么情況? 5.15 三相半波相控整流電路帶電動機負載并串入足夠大的電抗器，相電壓有效值U2=220V，電動機負載電流為40A，負載回路總電阻為0.2，求當=60°時流過晶閘管的電流平均值與有效值、電動機的

6、反電勢。5.16三相全控橋電路帶串聯Ld的電動機負載，已知變壓器二次電壓為100V，變壓器每相繞組折合到二次側的漏感L1為100H，負載電流為150A，求： (1)由于漏抗引起的換相壓降； (2)該壓降所對應整流裝置的等效內阻及=0°時的換相重疊角。5.17 晶閘管裝置中不采用過電壓、過電流保護，選用較高電壓和電流等級的晶閘管行不行?5.18 什么是有源逆變？有源逆變的條件是什么？有源逆變有何作用？5.19 有源逆變最小逆變角受哪些因素限制？為什么？5.20 無源逆變電路和有源逆變電路有何區別？5.21 三相PWM整流與三相PWM逆變有何區別？第6章 思考題與習題6.1在單相交流調壓

7、電路中，當控制角小于負載功率因數角時為什么輸出電壓不可控？6.2晶閘管相控直接變頻的基本原理是什么？為什么只能降頻、降壓，而不能升頻、升壓？6.3晶閘管相控整流電路和晶閘管交流調壓電路在控制上有何區別？6.4交流調壓和交流調功電路有何區別？6.5一電阻爐由單相交流調壓電路供電，如=0°時為輸出功率最大值，試求功率為80%，50%時的控制角。6.6一交流單相晶閘管調壓器，用作控制從220V交流電源送至電阻為0.5，感抗為0.5的串聯負載電路的功率。試求：（1） 控制角范圍；（2） 負載電流的最大有效值。6.7試述單相交-交變頻電路的工作原理。6.8交-交變頻電路的輸出頻率有何限制？6.

8、9三相交-交變頻電路有哪兩種接線方式？它們有什么區別？第7章 思考題與習題7.1高頻化的意義是什么？為什么提高開關頻率可以減小濾波器和變壓器的體積和重量？7.2何謂軟開關和硬開關？怎樣才能實現完全無損耗的軟件關過程？7.3零開關，即零電壓開通和零電流關斷的含義是什么？7.4試分析圖題7.4兩個電路在工作原理上的差別，并指出它們的異同點。圖題7.47.5軟開關電路可以分為哪幾類？其典型拓撲分別是什么樣的？各有什么特點？7.6準諧振變換器與多諧振變換器的區別是什么？7.7以Buck DC/DC變換器為例，說明零電流關斷準諧振變換器ZCS QRC的工作原理。答：見教材“7.2.1 準諧振變換電路”7

9、.8以Buck DC/DC變換器為例，說明零電壓開通準諧振變換器ZVS QRC的工作原理。答：見教材“7.2.1 準諧振變換電路”7.9準諧振型變換器為什么只適宜于變頻方式下工作而不宜在恒頻PWM方式下工作？與恒頻PWM變換器相比較，在變頻下工作的變換器有哪些缺點？7.10試說明在零電壓多諧振開關電路中，為什么二極管為零時刻比電容上電壓為零時刻提前？答：見教材“7.2.1 準諧振變換電路”7.11軟開關 PWM的含義是什么？7.12試比較ZCS PWM與 ZCT PWM這兩種變換方式的優缺點。答：ZCT PWM電路主開關管在零電流下關斷，降低了類似IGBT這種具有很大電流拖尾的大功率電力電子器

10、件的關斷損耗，并且沒有明顯增加主功率開關管及二極管的電壓、電流應力。同時，諧振網絡可以自適應地根據輸入電壓與負載的變化調整自己的環流能力。更重要的是它的軟開關條件與輸入、輸出無關，這就意味著它可在很寬的輸入電壓和輸出負載變化范圍內有效地實現軟開關操作過程，并且用于保證ZVS條件所需的環流能量也不大。ZCT PWM電路變換器的開通是典型的硬開關方式，可以像QRC電路一樣通過諧振為主功率開關管創造零電壓或零電流開關條件，又可以使電路像常規PWM電路一樣，通過恒頻占空比調制來調節輸出電壓。7.13試比較ZVS PWM與ZVT PWM這兩種變換方式的優缺點。ZVT PWM電路主功率管在零電壓下完成導通

11、和關斷，有效地消除了主功率二極管的反向恢復特性的影響，同時又不過多的增加主功率開關管與主功率二極管的電壓和電流應力ZVT PWM變換器中的輔助開關是在高電壓、大電流下關斷，這就使輔助開關的開關損耗增加，從而影響整個電路的效率。然而，無論是ZCT PWM還是ZVT PWM的缺點都可以通過電路拓撲結構的改進來加以克服。7.14零電流關斷PWM變換器與零電流關斷準諧振變換器ZCS QRC在電路結構上有什么區別？特性上有哪些改進？7.15零電壓開通PWM變換器與零電壓開通準諧振變換器ZVS QRC在電路結構上有什么區別？特性上有哪些改進？答：第8章 思考題與習題8.1 開關電源與線性穩壓電源相比有何優

12、缺點？（1）功耗小、效率高。開關管中的開關器件交替地工作在導通截止和截止-導通的開關狀態，轉換速度快，這使得開關管的功耗很小，電源的效率可以大幅度提高，可達90%95%。 （2）體積小、重量輕。 開關電源效率高，損耗小，則可以省去較大體積的散熱器； 隔離變壓用的高頻變壓器取代工頻變壓器，可大大減小體積，降低重量； 因為開關頻率高，輸出濾波電容的容量和體積可大為減小。 （3）穩壓范圍寬。開關電源的輸出電壓是由占空比來調節，輸入電壓的變化可以通過調節占空比的大小來補償，這樣在工頻電網電壓變化較大時，它仍能保證有較穩定的輸出電壓。 （4）電路形式靈活多樣，設計者可以發揮各種類型電路的特長，設計出能滿

13、足不同應用場合的開關電源。缺點為：存在開關噪聲干擾。8.2 功率因數校正電路的作用是什么？有哪些校正方法？其基本原理是什么？功率因數校正電路的作用是抑制由交流輸入電流嚴重畸變而產生的諧波注入電網。校正方法有：無源校正和有源校正。無源校正的基本原理是：在主電路中串入無源LC濾波器。有源校正的基本原理是：在傳統的整流電路中加入有源開關，通過控制有源開關的通斷來強迫輸入電流跟隨輸入電壓的變化，從而獲得接近正弦波的輸入電流和接近1的功率因數。8.3 UPS有何作用？它由幾部分組成，各部分的功能是什么？UPS電源裝置在保證不間斷供電的同時，還能提供穩壓，穩頻和波形失真度極小的高質量正弦波電源。后備式UP

14、S由充電器蓄電池、逆變器、交流穩壓器、轉換開關等部分組成。各部分的功能：當市電存在時，逆變器不工作，市電經交流穩壓器穩壓后，通過轉換開關向負載供電，同時充電器工作，對蓄電池組浮充電。市電掉電時，逆變器工作，將蓄電池供給的直流電壓變換成穩壓，穩頻的交流電壓。轉換開關同時斷開市電通路，持通逆變器，繼續向負載供電。在線式UPS由整流器、逆變器、蓄電池組、靜態轉換開關等部分組成。各部分功能：正常工作時，市電經整流器變換成直流，在經逆變器變換成穩壓、穩頻的正弦波交流電壓供給負載。當市電掉電時，由蓄電池組向逆變器供電，以保證負載不間斷供電，如果逆變器發生故障，則UPS通過靜態開關切換到旁路，直接由市電供電

15、。8.4 什么是TCR？什么是TSC？什么是SVG？它們各有何區別？TCR為晶閘管控制電抗器；TSC為晶閘管投切電容器；SVG為靜止無功發生器。其中TCR和TSC是采用晶閘管開關的靜止無功補償裝置；而SVG是采用自換相變流器的靜止無功補償裝置。8.5 試說明可靠性的概念。答：元件或系統的可靠性定義為元件或系統在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。8.6 試說明常用的可靠性指標有哪幾個？各代表什么含義？答：1、可靠度：可靠度定義為元件或系統在規定時間內和規定的使用條件下，正常工作的概率。2、失效率：元件或系統的失效率定義為在t時刻以前一直正常工作的條件下，在t時刻以后單位時間內失效的

16、概率，記作。3、平均無故障時間（MTBF）：作為可修復的電力電子裝置或系統的壽命T不是一個確定值，而是一個連續型隨機變量。隨機變量T的數學期望就是電力電子裝置或系統的平均無故障時間8.7 試說明電磁兼容的含義。答：電磁兼容性（EMC）包括兩方面的含義： 電氣、電子設備能夠在它自己所產生的電磁環境以及它所處的復雜的外界電磁環境中按照原設計要求正常地工作，即它具有一定的電磁敏感度，以保證它對電磁干擾具有一定的抗擾度； 該設備或系統自己產生的電磁干擾必須限制在一定的水平，從而不致對它周圍的電磁環境造成嚴重的污染和影響周圍其它設備或系統的正常工作8.8 試說明在電力電子系統中的電磁兼容具有什么特點？答：電力電子系統中的電磁兼容問題具有其固有的特點：（1）在EMI方面，電力電子系統中的電磁噪聲對周圍電磁環境所造成的電磁污染和電磁干擾要比通信系統嚴重得多。 與通信系統相比，雖然電力電子系統的工作頻率不高，但是其工作電壓高、電流和功率都較大，因此系統在開關器件的開關過程中會產生強大的瞬態噪聲電壓或瞬態噪聲電流，成為強的電磁噪聲源，它造成的干擾主要表現為近場輻射和傳導性EMI； 電力電子系統中的非線性功率變換