电力电子学 复习及思考题btar.docx

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1、 复习题及思考题第一章1-1. 电力力技术、电电子技术术和电力力电子技技术三者者所涉及及的技术术内容和和研究对对象是什什么？三三者的技技术发展展和应用用主要依依赖什么么电气设设备和器器件？答：电力力技术涉涉及的技技术内容容：发电、输输电、配配电及电电力应用用。其研究对象象是：发电机机、变压压器、电电动机、输输配电线线路等电电力设备备，以及及利用电电力设备备来处理理电力电电路中电电能的产产生、传传输、分分配和应应用问题题。其发展展依赖于于发电机机、变压压器、电电动机、输输配电系系统。其其理论基基础是电电磁学(电路、磁磁路、电电场、磁磁场的基基本原理理)，利利用电磁磁学基本本原理处处理发电电、输配

2、配电及电电力应用用的技术术统称电电力技术术。电子技术术，又称为为信息电电子技术术或信息息电子学学，研究内容容是电子子器件以以及利用用电子器器件来处处理电子子电路中中电信号号的产生生、变换换、处理理、存储储、发送送和接收收问题。其研究对象:载有信息的弱电信号的变换和处理。其发展依赖于各种电子器件（二极管、三极管、MOS管、集成电路、微处理器电感、电容等）。电力电子子技术是是一门综综合了电电子技术术、控制制技术和和电力技技术的新新兴交叉叉学科。它涉及电力电子变换和控制技术技术，包括电压（电流）的大小、频率、相位和波形的变换和控制。研究对象：半导体电力开关器件及其组成的电力开关电路，包括利用半导体集

3、成电路和微处理器芯片构成信号处理和控制系统。电力电子技术的发展和应用主要依赖于半导体电力开关器件。1-2. 为什什么三相相交流发发电机或或公用电电网产生生的恒频频、恒压压交流电电，经电电压、频率变变换后再再供负载载使用，有有可能获获得更大大的技术术经济效效益？答：用电电设备的的类型、功功能千差差万别，对对电能的的电压、频频率、波波形要求求各不相相同。为为了满足足一定的的生产工工艺和流流程的要要求，确确保产品品质量、提提高劳动动生产率率、降低低能源消消耗、提提高经济济效益，若能将电网产生的恒频、恒压交流电变换成为用电负载的最佳工况所需要的电压、频率或波形，有可能获得更大的技术经济效益。例如：若若

4、风机、水水泵全部部采用变变频调速速技术，每每年全国国可以节省省几千万万吨以上上的煤，或或者可以以少兴建建上千万万千瓦的的发电站站。若采用用高频电电力变换换器对荧荧光灯供供电，不不仅电-光转换换效率进进一步提提高、光光质显著著改善、灯灯管寿命命延长335倍倍、可节节电500%，而而且其重重量仅为为工频电电感式镇镇流器的的10%。高频变压压器重量量、体积积比工频频变压器器小得多多，可以大大大减小钢钢、铜的的消耗量量。特别别在调速速领域，与与古老的的变流机机组相比比，在钢钢铜材消消耗量、重量、体积、维护、效率、噪音、控制精度和响应速度等方面优势明显。1-3. 开关关型电力力电子变变换有哪哪四种基基本

5、类型型？答：有如如下四种种电力变变换电路路或电力力变换器器，如图图所示：(1) 交流流（A.C）直流（DD.C）整整流电路路或整流流器； (2) 直流流（D.C）交流（AA.C）逆逆变电路路或逆变变器；(3) 直流流（D.C）直流（DD.C）电电压变换换电路，又叫直直流斩波波电路、直直流斩波波器； (4) 交流流（A.C）交流（AA.C）电电压和/或频率率变换电电路：仅仅改变电电压的称为交交流电压压变换器器或交流流斩波器器，频率、电压均均改变的的称为直直接变频频器。1-4. 图11.6(a)所示的的开关电电路实现现DC-AC逆逆变变换换的基本本原理是是什么？从开关关电路的的输出端端CD能否否直

6、接获获得理想想的正弦弦基波电电压？直直流电源源输出到到开关电电路输入入端ABB的直流流电流是是否为无无脉动连连续的直直流电流流？答：(11) DCC/ACC逆变电电路的可可以采用用三种控控制方案案：A、1180方波；B、小小于1880单脉冲冲方波；C、PPWM控控制。基基本原理理分别如如下：:A、 180方波。当当要求输输出交流流电的频频率为时时，在半周期期内使S1、S4导通，SS2、S3阻断，则则逆变电电路输出出电压；令随后后的时间间内S2、S3导通，S1、S4阻断，则则逆变电电路输出出电压为为负的电电源电压压（）。因此此是频率率为、幅幅值为的的交流方方波电压压，如图图1.66(b)所示。对

7、进行傅立叶分解，得到其基波电压有效值为，大小取决于直流电源的电压；基波角频率，取决于开关的工作频率。其中含有大量的高次谐波经滤去后，负载可获得正弦交流基波电压。B、 小于1880单脉冲冲方波。类类似1880方波控控制，但但是仅在在半周的的一部分分时间内内让相应应的开关关导通，则将是导导电时间间小于TT/2，导导电宽度度角小于于的矩形形波，如如图1.6(cc)所示示进行傅立立叶分解解，得到到基波电电压有效效值为 或 。显然然，控制制导通时时间可以以控制输出出电压基基波大小小，而输出电电压的频频率f仍取决于于开关工工作频率率。C、若采采用高频频开关PPWM控控制策略略，则交交流输出出电压为为图1.

8、6(dd)所示示的脉冲冲宽度调调制（PWMM）的交流流电压，输输出电压压波形更更接近正正弦波且且其中谐谐波电压压的频率率较高，只只需要很很小的滤滤波就可得到到正弦化化的交流流电压。其性能远优于单脉波的方波逆变方案。（2）不不能直接接获得理理想的正正弦基波波电压。（33）是有脉动非连续的的直流电电流。1-5. 开关关型电力力电子变变换器有有那些基基本特性性？答：（11）变换换器的核核心是一一组开关关电路，开关电路输出端电压和开关电路输入端电流都不可能是理想的直流或无畸变的正弦基波交流，含有高次谐波。(2) 要改善善变换电电路的输输出电压压和输入入电流的的波形，可可以在其其输出、输输入端附附加LC

9、C滤波电电路；但但是最有有效方法法是采用用高频PPWM控控制技术术（3）电电力电子子变换器器工作时时，开关关器件不不断进行行周期性性通、断断状态的的依序转转换，为为使输出出电压接接近理想想的直流流或正弦弦交流，一一般应对对称地安安排一个个周期中中不同的的开关状状态及持持续时间间。因此此对其工工作特性性的常用分分析方法法或工具具是：开开关周期期平均值值（状态态空间平平均法）和和傅立叶叶级数。1-6. 开关关型电力力电子变变换器有有哪两类类应用领领域？答：按功功能可分分为两大大应用领领域： （1） 开关关型电力力电子变变换电源源或简称称开关电电源。由由半导体体开关电电路将输输入电源源变换为为另一种

10、种电源给给负载供供电。这这一类应应用现在在已经十十分广泛泛。（2） 开关关型电力力电子补补偿控制制器。它它又分为为两种类类型：电电压、电电流（有有功功率率、无功功功率）补补偿控制制器和阻阻抗补偿偿控制器器。它们们或向电电网输出出所要求求的补偿偿电压或或电流，或或改变并并联接入入、串联联接入交交流电网网的等效效阻抗，从从而改善善电力系系统的运运行特性性和运行行经济性性。这类类应用将将导致电电力系统统的革命命并推动动电力电电子技术术的继续续发展步步。第二章2.1 说明明半导体体PN结结单向导导电的基基本原理理和静态态伏-安安特性。解答：PPN结半导导体二极极管在正正向电压压接法下下（简称称正偏），

11、外外加电压压所产生生的外电电场与内内电场方方向相反反，因此此PN结结的内电电场被削削弱。内内电场所所引起的的多数载载流子的的漂移运运动被削削弱，多多数载流流子的扩扩散运动动的阻力力减小了了，扩散散运动超超过了反反方向的的漂移运运动。大大量的多多数载流流子能不不断地扩扩散越过过交界面面，P区区带正电电的空穴穴向N区区扩散，NN区带负负电的电电子向PP区扩散散。这些些载流子子在正向向电压作作用下形形成二极极管正向向电流。二二极管导导电时，其其PN结结等效正正向电阻阻很小，管管子两端端正向电电压降仅仅约1VV左右（大大电流硅硅半导体体电力二二极管超超过1VV，小电电流硅二二极管仅仅0.77V，锗锗二

12、极管管约0.3V）。这这时的二二极管在在电路中中相当于于一个处处于导通通状态（通通态）的的开关。PPN结半导导体二极极管在反反向电压压接法下下（简称称反偏）外外加电压压所产生生的外电电场与原原内电场场方向相相同。因因此外电电场使原原内电场场更增强强。多数数载流子子（P区区的空穴穴和N区区的电子子）的扩扩散运动动更难于于进行。这这时只有有受光、热热激发而而产生的的少数载载流子（PP区的少少数载流流子电子子和N区区的少数数载流子子空穴）在在电场力力的作用用下产生生漂移运运动。因因此反偏偏时二极极管电流流极小。在在一定的的温度下下，二极极管反向向电流在在一定的的反向电电压范围围内不随随反向电电压的升

13、升高而增增大，为为反向饱饱和电流流。因此半半导体PPN结呈呈现出单单向导电电性。其其静态伏伏安特特性曲线线如左图曲线线所示示。但实实际二极极管静态态伏安安特性为为左图的曲曲线。二极管管正向导导电时必必须外加加电压超超过一定定的门坎坎电压（又又称死区区电压），当当外加电电压小于于死区电电压时，外外电场还还不足以以削弱PNN结内电电场，因此正正向电流流几乎为为零。硅硅二极管管的门坎坎电压约约为0.5V，锗锗二极管管约为00.2VV，当外外加电压压大于后后内电场场被大大大削弱，电电流才会会迅速上上升。二二极管外外加反向向电压时时仅在当当外加反反向电压压不超过过某一临临界击穿穿电压值值时才会会使反向向

14、电流保保持为反反向饱和和电流。实实际二极极管的反反向饱和和电流是是很小的的。但是是当外加加反向电电压超过过后二极极管被电电击穿，反反向电流流迅速增增加。2.2 说明明二极管管的反向向恢复特特性。解答：由由于PNN结间存存在结电电容C，二极极管从导导通状态态（C很大存存储电荷荷多）转转到截止止阻断状状态时，PPN结电电容存储储的电荷荷并不能能立即消消失，二二极管电电压仍为为12V，二二极管仍仍然具有有导电性性，在反反向电压压作用下下，反向向电流从从零增加加到最大大值，反反向电流流使存储储电荷逐逐渐消失失，二极极管两端端电压降为为零。这这时二极极管才恢恢复反向向阻断电电压的能能力而处处于截止止状态

15、，然后在在反向电电压作用用下，仅仅流过很很小的反反向饱和和电流。因此，二二极管正正向导电电电流为为零后它它并不能能立即具具有阻断断反向电电压的能能力，必必须再经经历一段段反向恢恢复时间间后才能能恢复其其阻断反反向电压压的能力力。2.3 说明半半导体电电力三极极管BJJT处于于通态、断断态的条条件。解答：电电力三极极管BJJT处于于通态的的条件是是：注入入三极管管基极的的电流大大于基极极饱和电电流（已已知三极极管的电电流放大大系数，有有）。这这时三极极管、导导电性很很强而处处于最小小等效电电阻、饱饱和导电电状态，可可以看作作是一个个闭合的的开关。BBJT处处于断态态的条件件是：基基极电流流为零或

16、或是施加加负基极极电流，即即。这时时BJTT的等效效电阻近近似为无无限大而而处于断断态。2.4 电力力三极管管BJTT的四个个电压值值、和的定义义是什么么？其大大小关系系如何？解答：、和分别为为不同基基极状态态下的三三极管集集-射极击击穿电压压值： 定义为为基极反反偏时，三三极管集集-射极电电压击穿穿值；为基极短短接、基基极电压压为0时时，三极极管集-射极电电压击穿穿值；为基极接接有电阻阻短路时时的集-射极击击穿电压压值要；为基极开开路时集集-射极击击穿电压压值。其大小关关系为：。2.5 说明晶晶闸管的的基本工工作原理理。在哪哪些情况况下，晶晶闸管可可以从断断态转变变为通态态？已处处于通态态的

17、晶闸闸管，撤撤除其驱驱动电流流为什么么不能关关断，怎怎样才能能关断晶晶闸管？解答：基基本工作作原理：见课本本p366-377；应回回答出承承受正向向压、门门极加驱驱动电流流时的管管子内部部的正反反馈过程程，使不不断增大大，最后后使，很大，晶晶闸管变变成通态态；撤去去门极电电流后由由于，仍仍可使很很大，保保持通态态。有多种办办法可以以使晶闸闸管从断断态转变变成通态态常用的办办法是门门极触发发导通和和光注入入导通。另另外正向向过电压压、高温温、高的的都可能能使晶闸闸管导通通，但这这是非正正常导通通情况。要使晶闸闸管转入入断态，应应设法使使其阳极极电流减减小到小小于维持持电流，通通常采用用使其阳阳极

18、A与与阴极KK之间的的电压为为零或反反向。2.6 直流电电源电压压2220V，经经晶闸管管T对负负载供电电。负载载电阻20，电感感=1HH，晶闸闸管擎住住电流=55mmA，维维持电流流=222mA，用用一个方方波脉冲冲电流触触发晶闸闸管。试试计算： 如果果负载电电阻220，触触发脉冲冲的宽度度为3000ss，可否否使晶闸闸管可靠靠地开通通？ 如果果晶闸管管已处于于通态，在在电路中中增加一一个1KK的电电阻能否否使晶闸闸管从通通态转入入断态？ 为什什么晶闸闸管的擎擎住电流流比维持持电流大大？解答：(1) 设晶闸闸管开通通：，由由此可解解出：当当时，所所以可以以使晶闸闸管可靠靠导通。(2) 加入1

19、1K电阻后后，有，不不能使晶晶闸管由由通态转转入断态态。(3) 为什么么晶闸管管的擎住住电流比比维持电电流大：擎住电电流和维维持电流流都是在在撤去门门极驱动动电流的的条件下下定义的的，因此此阳极电电流。但但维持电电流是在在通态时时考虑的的，此时时管子已已工作在在较大电电流状态态下，管管内结温温较高，此此时的PPN结漏漏电流IIo随结结温增大大，导通通能力强强，因此此必须要要降低才才能关断断晶闸管管；而擎擎住电流流是在断断态向通通态变化化时定义义的，开开始有驱驱动信号号但未完完全导通通时，晶晶闸管工工作时间间短，结结温低，PN结漏电流Io不大，导通能力弱，需要较大的阳极电流才能使管子开通。2.7

20、 额定电电流为110A的的晶闸管管能否承承受长期期通过115A的的直流负负载电流流而不过过热？解答：额额定电流流为100A的晶晶闸管能能够承受长长期通过过15AA的直流流负载电电流而不不过热。因因为晶闸闸管的额额定电流流是定义义的：在在环境温温度为440和和规定的的散热冷冷却条件件下，晶晶闸管在在电阻性性负载的的单相、工工频正弦弦半波导导电、结结温稳定定在额定定值1225时时，所对对应的通通态平均均电流值值。这就就意味着着晶闸管管可以通通过任意意波形、有有效值为为1.57的电电流，其其发热温温升正好好是允许许值，而而恒定直直流电的的平均值值与有效效值相等等，故额定定电流为为10AA的晶闸闸管通

21、过过15.7A的的直流负负载电流流，其发发热温升升正好是是允许值值。2.8 说明GGTO的的关断原原理。解答：在在GTOO的设计计制造时时，等效效晶体管管T2的的集电极极电流分分配系数数a2较大大。当GGTO处处于通态态时，突突加一个个负触发发电流-Ig，使使a2减小小， 11-a22变大，急急剧减小小，就是是阳极电电流急剧剧减小，又又导致电电流分配配系数aa2和a1减小小，使急急剧减小小，又使使、减小。在在这种循循环不已已的正反反馈作用用下，最最终导致致GTOO阳极电电流减小小到维持持电流以以下，GGTO从从通态转转入断态态。2.9 说明PPMOOSFEET栅极极电压控控制漏极极电流的的基本

22、原原理。解答：当当右图中中P-MMOSFFET漏漏源极极间电压压为零、栅栅源极极之间电电压也为为零时，N型半导体与P型半导体之间要形成PN结空间电荷区（耗尽层）阻挡层，此时G-S之间和D-S之间都是绝缘的。当漏极D与源极S之间有外加电压时，如果栅极、源极外加电压=0，由于漏极D(N1)与源极S(N2)之间是两个背靠背的PN结(PN1、PN2)，无论是正向电压还是负电压，都有一个PN结反偏，故漏源极之间也不可能导电。当栅、源极之间外加正向电压0时，在G-P之间形成电场，在电场力的作用下P区的电子移近G极，或者说栅极G的正电位吸引P区的电子至邻近栅极的一侧，当增大到超过某一值值时，N1和N2中间地

23、区靠近G极处被G极正电位所吸引的电子数超过该处的空穴数以后，栅极下面原空穴多的P型半导体表面就变成电子数目多的N型半导体表层，栅极下由栅极正电位所形成的这个N型半导体表层感生了大量的电子载流子，形成一个电子浓度很高的沟道（称为N沟道），这个沟道将N1和N2两个N区联在一起，又使N1P这个被反偏的PN结J1消失，成为漏极D和源极S之间的导电沟道，一旦漏源之间也有正向电压，就会形成漏极电流。在=0时，不能产生电流，=0，仅在增大到=以后，才使G-P之间的外电场增强，形成自由电子导电沟道，才能产生漏极电流，这种改变栅极G和源极S之间外加电压，即可控制漏极电流的作用称为电导调制效应。2.100 作为为

24、开关使使用时PPMOOSFEET器件件主要的的优缺点点是什么么？解答：作作为开关关使用时时，PMOSSFETT器件的的优点是是：输入入阻抗高高，驱动动功率小小，驱动动电路简简单，工工作频率率高；其其缺点是是：通态态压降大大（通态态损耗大大），电电压、电电流定额额低。2.111列表比比较BJJT、SSCR、GGTO、PPMOOSFEET、IIGBTT、MCCT以及及SITT七种可可控开关关器件对对触发（或或驱动）电电流（或或电压）波波形的要要求，及及主要优优缺点。解答：2 13 BJJT SCRR GGTO P MMOSFFET IGGBT MCCT SITT 的的对比器件对触发信信号波形形的要

25、求求开关频率率单极或双极主要优点点主要缺点点BJT（电流型型全控器器件）正持续基基极电流流控制开开通；基极电流流为0则则关断中双极通态压降降小，通通态损耗耗小驱动功率率大；频频率低SCR（电流型型半控器器件）正脉冲门门极电流流控制开开通；触发信号号不能控控制关断断低双极通态压降降小，通通态损耗耗小驱动功率率大，频频率低GTO（电流型型全控器器件）正脉冲门门极电流流控制开开通；负脉冲门门极电流流（较大大）控制制关断低双极通态压降降小，通通态损耗耗小驱动功率率大，频频率低P MOSSFETT（电压型全全控器件件）正持续栅栅极电压压控制开开通；负持续栅栅极电压压控制并并保持关关断高单极输入阻抗抗高，

26、驱驱动功率率小，驱驱动电路路简单，工工作频率率高通态压降降大（通通态损耗耗大）电压、电电流定额额低IGBTT（电压型型全控器器件）正持续栅栅极电压压控制开开通；负持续栅栅极电压压控制并并保持关关断较高双极输入阻抗抗高，驱驱动功率率小，驱驱动电路路简单，工工作频率率高通态压降降大（通通态损耗耗大）MCT（电压型型全控器器件）正脉冲电电压控制制开通；负脉冲电电压控制制关断较高（低低于IGGBT)双极输入阻抗抗高，驱驱动功率率小，驱驱动电路路简单，工工作频率率高通态压降降大（通通态损耗耗大）STI（电压型型全控器器件）持续电压压控制断断、通高单极输入阻抗抗高，驱驱动功率率小，驱驱动电路路简单，工工作

27、频率率高通态压降降大（通通态损耗耗大）2.122 221世纪纪电力电电子开关关器件最最可能的的重大技技术发展展是什么么？解答：221世纪纪电力电电子开关关器件最可可能的重重大技术术发展是将半导导体电力力开关器器件与其其驱动、缓缓冲、监监测、控控制和保保护等所所有硬件件集成一一体，构构成一个个功率集集成电路路PICC。PIIC器件件把电力力电子变变换和控控制系统统中尽可可能多的的硬件以以芯片的的形式封封装在一一个模块块内，使使之不再再有额外外的引线线联接，不不仅极大大地方便便了使用用，而且且能大大大降低系系统成本本，减轻轻重量，缩缩小体积积，把寄寄生电感感减小到到几乎为为零，大大大提高高电力电电

28、子变换换和控制制的可靠靠性，PPIC实实现了电电能与信信息的集集成，如如果能妥妥善解决决PICC内部的的散热、隔隔离等技技术难题题，今后后PICC将使电电力电子子技术发发生革命命性的变变革。第三章3.1 直流直直流电压压变换中中开关器器件的占占空比是是什么？推证图图3.11(c)所示脉脉宽时间间为、脉脉宽角度度为、周期为为、幅值值为的方方波脉冲冲电压的的直流平平均值及及各次谐谐波的幅幅值。解答：占占空比是是开关管管导通时时间与开开关周期期的比值值。图3.11(c)中方波脉脉冲电压压可以表表示为如如下傅立立叶表达达式：其中常数数项为直直流平均均值，即即 ；各余弦项项为各次次谐波，其其幅值为为：

29、。3.2 脉冲宽度度调制PPWM和和脉冲频频率调制制PFMM的优缺缺点是什什么？解答：脉脉冲宽度度调制方方式PWWM，保保持不变变（开关关频率不不变），改改变调控控输出电电压。脉冲频率率调制方方式PFFM。保保持不变变，改变变开关频频率或周周期调控控输出电电压。实际应用用中广泛泛采用PPWM方方式。因因为采用用定频PPWM开开关时，输输出电压压中谐波波的频率率固定，滤滤波器设设计容易易，开关关过程所所产生电电磁干扰扰容易控控制。此此外由控控制系统统获得可可变脉宽宽信号比比获得可可变频率率信号容容易实现现。但是是在谐振振软开关关变换器器中为了了保证谐谐振过程程的完成成，采用用PFMM控制较较容易

30、实实现。3.3 Buckk变换器器中电感感电流的的脉动和和输出电电压的脉脉动与哪哪些因数数有关，试试从物理理上给以以解释。解答：电电感电流流的脉动动量与电电感量、开关频频率、输输入电压压、输出出电压有有关，输输出电压压的脉动动量与电电感量、电电容量、开开关频率率、输出出电压有有关。电电感量、电电容量越越大其滤滤波效果果越好，而而开关频频率越高高，滤波波电感的的交流阻阻抗就很很大，它它对直流流电压的的阻抗基基本为00，同时时滤波电电容的交交流阻抗抗很小。3.4 Buckk变换器器断流工工况下的的变压比比与哪些些因数有有关，试试从物理理上给以以解释。解答：BBuckk变换器器在电流流断续工工况下其

31、其变压比比不仅与与占空比比有关，还还与负载载电流的的大小、电电感、开开关频率率以及电电压等有有关。3.5 图3.22(a)、3.5(a)电路稳稳态时在在一个开开关周期期中，电电感电流流的增量量，电感感的磁通通增量是是否为零零，为什什么？电电容的电电流平均均值为零零，电容容端电压压的增量量是否为为零，为为什么？解答：电电路处于于稳态时时，在一一个开关关周期内内电感电电流的增增量，同同时电感感的磁通通增量，因因为如果果一个周周期内电电感的磁磁通增量量，那么么电感上上的磁通通将无法法复位，也也即电感感上的能能量不断断累积，最最终将达达到饱和和，甚至至烧毁电电感，所所以稳态态工作时时应使一一个开关关周

32、期内内电感的磁磁通增量量。电容的电电流平均均值为00，那么电容容端电压压的增量量也为00，因为为稳态时时一个周周期内电电容上的的充电电电荷等于于放电电电荷，即即电容上上电荷增增量，而而电容端端电压增增量，故故电容端电电压的增增量也为为0。3.6 Buckk变换器器中电流流临界连连续是什什么意思思？当负负载电压压、电流一定定时在什什么条件件下可以以避免电电感电流流断流?解答：BBuckk变换器器中电感感电流临临界连续续是指处处于电感感电流连连续和电电感电流流断流两两种工况况的临界界点的工工作状态态。这时时在开关关管阻断断期结束束时，电电感电流流刚好降降为零。当负载电压、电流一定时增大电感量和提高

33、开关频率都可以避免电感电流断流。3.7 开关电路路实现直直流升压压变换的的基本原原理是什什么？解答：为为了获得得高于电电源电压压的直流流输出电电压，一一个简单单而有效效的办法法是在变变换器开开关管前前端插入入一个电电感L，如右右图所示示。在开开关管TT关断时时，利用用图中电电感线圈圈在其电电流减小小时所产产生的反反电势(在电感感电流减减小时，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。3.8 Boosst变换换器为什什么不宜宜在占空空比接近近1的情情况下工工作？解答：因因为在BBoosst变换换器中，开开关管导导通时，电电源与

34、负负载脱离离，其能能量全部部储存在在电感中中，当开开关管关关断时，能能量才从从电感中中释放到到负载。如如果占空空比接近近于1，那那么开关关接近于于全导通通状态，几几乎没有有关断时时间，那那么电感感在开关关管导通通期间储储存的能能量没有有时间释释放，将将造成电电感饱和和，直至至烧毁。因因此Booostt变换器器不宜在占空空比接近近1的情情况下工工作。同同时，从从Booost变变换器在在电感电电流连续续工况时时的变压压比表达达式也可可以看出出，当占占空比接接近1时时，变压压比接近近于无穷穷大，这这显然与与实际不不符，将将造成电电路无法法正常工工作。3.9 升压降降压变换换器（CCuk变变换器）的的

35、工作原原理及主主要优点点是什么么？解答： Cukk变换器器在一个个开关周周期中，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 如何理解解Cukk变换器器中间电电容电压压等于电电源电压压与负载载电压之之和，即即？解答：电电感电压压，稳态态运行时时，一个个开关

36、周周期中电电感、电流增增量为零零，磁链链增量为为零，电电感两端端电压的的直流平平均值为为零。因因此Cuuk电路路拓扑结结构图可可直接得得到直流流平均电电压。3.11 直流直直流四象象限变换换器的四四象限指指的是什什么？直直流电机机四象限限运行中中的四象象限指的的是什么么？这两两种四象象限有什什么对应应关系？解答：直直流直流四四象限变变换器的的四象限限指的是是变换器器的输出出电压、输输出电流流均可正正可负的的四种组组合。直流电机机四象限限运行中中的四象象限指的的是电机机的转速速和电磁磁转矩可可正可负负的四种种组合。对对于电机机的转速速有： 对于电机机的电磁磁转矩TTe： 在励磁电电流不变变、磁通

37、通不变时时电机的的转速、电电磁转矩矩大小和和方向由由VABB、IABB决定。通过改变变VABB的大小小及IAAB的大大小和方方向，调调控电机机在正方方向下旋旋转时的的转速及及电磁转转矩Te的大小小和方向向，既可可使直流流电机在在电动机机状态下下变速运运行亦可可在发电电机制动动状态下下变速运运行。因因此直流流直流四四象限变变换器的的四象限限和直流流电机运运行中的的四象限限之间存存在一一一对应的的关系，如如图3.12(d)所所示(应该画画出电路路)。3.12 多重、多多相直流流直流流变换器器中，多多重（重重数），多多相（相相数）指指的是什什么意义义？多重重、多相相变换器器的优点点是什么么？解答：假

38、假定变换换器中每每个开关关管通断断周期都是是，多重（重重数）是是指：在在一个周周期中变变换器负负载电流流脉动次（），即脉动动频率为为。多相（相相数）是是指：在在一个周周期中变变换器电电源侧电电流脉动动次，即即脉动频频率为。多多重、多多相变换换器的优优点是：其输出出电压、输输入电流流脉动频频率比单单个变换换电路成成倍地提提高，因因而可以以显著改改善变换换器输入入、输出出特性或或者减少少变换器器对滤波波器重量量体积的的要求，同同时多重重、多相相复合变变换器还还能扩大大变换器器的输出出容量。3.13 说明单端端正激、单单端反激激DC/DC变变换器工工作原理理。解答：单单端正激激DC/DC变变换器从从

39、电路结结构、工工作原理理上可以以看出它它是带隔隔离变压压器的BBuckk电路如如图3.14(b)所所示(应该画画出电路路)，开开关管TT导通时时经变压压器将电电源能量量直送负负载被称称为正激激。但是是匝比NN2/NN1不同同时，输输出电压压平均值值Vo可可以低于于也可高高于电源源电压VVd。变压压器磁通通只在单单方向变变化被称称为单端端。图3.115(bb)所示示(应该画画出电路路)为单单端反激激DC/DC变变换器，TT导通的的期间，电电源电压压Vd加加至N11绕组，电电流直线线上升、电电感L11储能增增加，副副方绕组组N2的的感应电电势，二二极管DD1截止止，负载载电流由由电容CC提供，CC

40、放电；在T阻阻断的期期间，NN1绕组组的电流流转移到到N2，感感应电势势（反向向为正），使使D1导导电，将将磁能变变为电能能向负载载供电并并使电容容C充电电。该变变换器在在开关管管T导通通时并未未将电源源能量直直送负载载，仅在在T阻断断的期间间才将变变压器电电感磁能能变为电电能送至至负载故故称之为为反激，此此外变压压器磁通通也只在在单方向向变化，故故该电路路被称为为单端反反激DCC/DCC变换器器。第四章4.1 逆变器器输出波波形的谐谐波系数数HF与与畸变系系数DFF有何区区别，为为什么仅仅从谐波波系数HHF还不不足以说说明逆变变器输出出波形的的本质？答：第n次次谐波系系数HFFn为第第n次谐

41、谐波分量量有效值值同基波波分量有有效值之之比，即即HFnnVnn/V11,总谐谐波系数数THDD定义为为：，畸畸变系数数DF定定义为：，对于于第n次次谐波的的畸变系系数DFFn有： 谐谐波系数数HF显显示了谐谐波含量量，但它它并不能能反映谐谐波分量量对负载载的影响响程度。很很显然，逆逆变电路路输出端端的谐波波通过滤滤波器时时，高次次谐波将将衰减得得更厉害害，畸变变系数DDF可以以表征经经LC滤滤波后负负载电压压波形还还存在畸畸变的程程度。4.2 为什么么逆变电电路中晶晶闸管SSCR不不适于作作开关器器件？答： 11.逆变变电路中中一般采采用SPPWM控控制方法法以减小小输出电电压波形形中的谐谐

42、波含量量，需要要开关器器件工作作在高频频状态，SSCR是是一种低低频器件件，因此此不适合合这种工工作方式式。2SCCR不能能自关断断。而逆逆变器的的负载一一般是电电感、电电容、电电阻等无无源元件件，除了了特殊场场合例如如利用负负载谐振振进行换换流，一一般在电电路中需需要另加加强迫关关断回路路才能关关断SCCR，电电路较复复杂。因因此SCCR一般般不适合合用于逆逆变器中中。4.3 图4.2(aa)和44.3(a)中中的二极极管起什什么作用用，在一一个周期期中二极极管和晶晶体管导导电时间间由什么么因素决决定，在在什么情情况下可可以不用用二极管管D，纯纯感性负负载时，负负载电流流为什么么是三角角形。

43、答：图中中二极管管起续流流和箝位位作用，在在一个周周期中二二极管和和晶体管管导电时时间由三三极管驱驱动信号号和负载载电流的的方向共共同决定定，在纯纯阻性负负载时可可以不用用二极管管D。纯电感负负载时，在期间，对于全桥逆变电路有，对半桥电路，线性上升；在期间，全桥电路，半桥有，线性下降；故电流是三角波。如果都是300V，半桥和全桥电路断态时开关器件两端最高电压都是，即300V。4.4 有哪些些方法可可以调控控逆变器器的输出出电压。答：有单单脉波脉脉宽调制制法、正正弦脉宽宽调制法法（SPPWM）、基基波移相相控制法法等。单单脉波脉脉宽调制制法缺点点是谐波波含量不不能有效效控制；SPWWM法既既可控

44、制制输出电电压的大大小，又又可消除除低次谐谐波；移移相控制制一般用用于大功功率逆变变器。4.5 图4.6(dd)脉宽宽为的单单脉波矩矩形波输输出电压压的表达达式为(4-116)式式。如果果横坐标标轴即时时间（相相位角）的的起点改改在正半半波脉宽宽的中点点，试证证明，那那时的表表达式应应为：答：由(4-116)式式，当当横坐标标轴即时时间（相相位角）的的起点改改在正半半波脉宽宽的中点点，相当当于原波波形在时时间上前前移了，因因此将（44166）中的的用代替，即即可得到到。4.6 正弦脉脉宽调制制SPWWM的基基本原理理是什么么？载波波比N、电电压调制制系数MM的定义义是什么么？改变变高频载载波电

45、压压幅值和和频率为为什么能能改变逆逆变器交交流输出出基波电电压的大大小和基基波频率率？答：正弦弦脉宽调调制SPPWM的的基本原原理是冲冲量等效效原理：大小、波波形不相相同的窄窄变量作作用于惯惯性系统统时，只只要其冲冲量即变变量对时时间的积积分相等等，其作作用效果果基本相相同。如如果将正正弦波周周期分成成多个较较小的时时间段，使使PWMM电压波波在每一一时间段段都与该该段的正正弦电压压冲量相相等，则则不连续续的按正正弦规律律改变宽宽度的多多段波电电压就等等效于正正弦电压压。载波比NN定义为为三角载载波频率率和正弦弦调制波波频率之之比：NN/；电压压调制系系数M是是正弦调调制波幅幅值和三三角波幅幅

46、值之比比M/.,改变变调制比比M，即即可成比比例的调调控输出出电压的的基波大大小。又又因为，所所以改变变调制波波频率，即即可调控控输出电电压的基基波频率率。4.7 既然SSPWMM控制能能使逆变变器输出出畸变系系数很小小的正弦弦波，为为什么有有时又要要将调制制参考波波从正弦弦波改为为图4.11所所示调制制波，或或改为梯梯形波，或或取（44377）式所所示的附附加3次次谐波分分量的调调制参考考波。答：SPPWM法法输出基基波电压压幅值，有有效值，直直流电压压利用率率。而方波波逆变时时，逆变变电压基基波幅值值可达，直直流电压压利用率率为0.9。因因此为了了提高SSPWMM法的直直流电压压利用率率，

47、可以以将调制制参考波波从正弦弦波改为为图4.11所所示调制制波，或或改为梯梯形波，或或附加33次谐波波分量，这这样调制制参考波波波形的的最大值值不超过过，不会会出现过过调制的的情况，但但基波电电压幅值值可超过过，这就就可以提提高直流流电压利利用率。4.8 请解释释图417中中输入直直流电流流的波形形。答： 图图4117是采采用空间间矢量PPWM控控制方法法时的相相关波形形，其中中，逆变变器输入入直流电电流可表表达为：。例如如当A、BB相为下下桥臂的的T4、TT6管导导通而CC相为上上桥臂的的T5管管导通时时，若假假设负载载电流为为正弦，且且相电流流滞后相相电压，则则在时，,在在时，。因因此在00周期期中，将将在图44177中所示示的和之间脉脉动。同理可可以分析析出其他他5个开开关状态态时电流流的波形形，为六六倍频的的脉动电电流，脉脉动周期期为。4.9 试说明明三相电电压型逆逆变器SSPWMM输出电电压闭环环控制的的基本原原理。答： 引引入了逆逆变器输输出电压压的闭环环反馈调调节控制制系统如如图4.15(b)所所示，