(华北电力大学版)电力电子技术课后习题答案jj.docx

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1、电力电子技术答案电力电子子技术习习题集标 * 的习题题是课本本上没有有的，作作为习题题的扩展展习题一* 试试说明什什么是电电导调制制效应及及其作用用。答：当PPN结通通过正向向大电流流时，大大量空穴穴被注入入基区（通通常是NN型材料料），基基区的空空穴浓度度（少子子）大幅幅度增加加，这些些载流子子来不及及和基区区的电子子中和就就到达负负极。为为了维持持基区半半导体的的电中性性，基区区的多子子（电子子）浓度度也要相相应大幅幅度增加加。这就就意味着着，在大大注入的的条件下下原始基基片的电电阻率实实际上大大大地下下降了，也也就是电电导率大大大增加加了。这这种现象象被称为为基区的的电导调调制效应应。电

2、导调制制效应使使半导体体器件的的通态压压降降低低，通态态损耗下下降；但但是会带带来反向向恢复问问题，使使关断时时间延长长，相应应也增加加了开关关损耗。1. 晶闸管正正常导通通的条件件是什么么，导通通后流过过的电流流由什么么决定？晶闸管管由导通通变为关关断的条条件是什什么，如如何实现现？答：使晶晶闸管导导通的条条件是：晶闸管管承受正正向阳极极电压（UUAK00），并并在门极极施加触触发电流流（UGGK00）。2. 有时晶闸闸管触发发导通后后，触发发脉冲结结束后它它又关断断了，是是何原因因？答：这是是由于晶晶闸管的的阳极电电流IAA没有达达到晶闸闸管的擎擎住电流流（ILL）就去去掉了触触发脉冲冲，

3、这种种情况下下，晶闸闸管将自自动返回回阻断状状态。在在具体电电路中，由由于阳极极电流上上升到擎擎住电流流需要一一定的时时间（主主要由外外电路结结构决定定），所所以门极极触发信信号需要要保证一一定的宽宽度。* 维维持晶闸闸管导通通的条件件是什么么？怎样样才能使使晶闸管管由导通通变为关关断？答：维持持晶闸管管导通的的条件是是使其阳阳极电流流IA大于能能保持晶晶闸管导导通的最最小电流流，即维维持电流流IH。 要要使晶闸闸管由导导通转为为关断，可可利用外外加反向向电压或或由外电电路作用用使流过过晶闸管管的电流流降到维维持电流流以下，便便可使导导通的晶晶闸管关关断。3. 图1-330中的的阴影部部分表示

4、示流过晶晶闸管的的电流波波形，其其最大值值均为IIm，试计计算各波波形的电电流平均均值、有有效值。如如不考虑虑安全裕裕量，额额定电流流1000A的晶晶闸管，流流过上述述电流波波形时，允允许流过过的电流流平均值值Id各位多多少？图1-330 习习题1-4附图图解：（aa）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则；平均均值Ida为：（b）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则；平均均值Idb为：（c）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则；平均均值Idc为：（d）额定电流流1000A的晶

5、晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则；平均均值Idd为：（e）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则：平均值IIde为：（f）额定电流流1000A的晶晶闸管允允许流过过的电流流有效值值为1557A，则则：平均值IIde为： * 在在图1-31所所示电路路中，若若使用一一次脉冲冲触发，试试问为保保证晶闸闸管充分分导通，触触发脉冲冲宽度至至少要多多宽？图图中，EE=500V；LL=0.5H；R=0.5; IL=500mA（擎擎住电流流）。图1-331习题题1-55附图 图图1-332习题题1-99附图解：晶闸闸管可靠靠导通的的条件是是：必须须保

6、证当当阳极电电流上升升到大于于擎住电电流之后后才能撤撤掉触发发脉冲。当当晶闸管管导通时时有下式式成立：解之得：可靠导通通条件为为：解得：即 也即触发发脉冲宽宽度至少少要5000s4. 为什么晶晶闸管不不能用门门极负脉脉冲信号号关断阳阳极电流流，而GGTO却却可以？答：GTTO和普普通晶闸闸管同为为PNPPN结构构，由PP1N1P2和N1P2N2构成两两个晶体体管V11、V2分别具具有共基基极电流流增益1和2，由普普通晶闸闸管得分分析可得得，121是是器件临临界导通通的条件件。121两两个晶体体管饱和和导通；121.15，而而GTOO则为121.005，饱饱和程度度不深，在在门极控控制下易易于退

7、出出饱和。C GGTO在在设计时时，2较大，晶晶体管VV2控制制灵敏，而而1很小，这这样晶体体管V11的集电电极电流流不大，易易于从门门极将电电流抽出出，从而而使GTTO关断断。* GGTO与与GTRR同为电电流控制制器件，前前者的触触发信号号与后者者的驱动动信号有有哪些异异同？答：二者者都是电电流型驱驱动型器器件，其其开通和和关断都都要求有有相应的的触发脉脉冲，要要求其触触发电流流脉冲的的上升沿沿陡且实实行强触触发。GTR要要求在导导通期间间一直提提供门极极触发电电流信号号，而GGTO当当器件导导通后可可以去掉掉门极触触发电流流信号；GTOO的电流流增益（尤尤其是关关断电流流增益很很小）小小

8、于GTTR，无无论是开开通还是是关断都都要求触触发电流流有足够够的幅值值和陡度度，其对对触发电电流信号号（尤其其是关断断门极负负脉冲电电流信号号）的要要求比GGTR高高。5. 试比较GGTR、GGTO、MMOSFFET、IIGBTT之间的的差异和和各自的的优缺点点及主要要应用领领域。答：见下下表器件优点缺点应用领域域GTR耐压高，电电流大，开开关特性性好，通通流能力力强，饱饱和压降降低开关速度度低，电电流驱动动型需要要驱动功功率大，驱驱动电路路复杂，存存在2次次击穿问问题UPS、空空调等中中小功率率中频场场合GTO电压、电电流容量量很大，适适用于大大功率场场合，具具有电导导调制效效应，其其通流

9、能能力很强强电流关断断增益很很小，关关断时门门极负脉脉冲电流流大，开开关速度度低，驱驱动功率率很大，驱驱动电路路复杂，开开关频率率低高压直流流输电、高高压静止止无功补补偿、高高压电机机驱动、电电力机车车地铁等等高压大大功率场场合。MOSFFET开关速度度快，开开关损耗耗小，工工作频率率高，门门极输入入阻抗高高，热稳稳定性好好，需要要的驱动动功率小小，驱动动电路简简单，没没有2次次击穿问问题电流容量量小，耐耐压低，通通态损耗耗较大，一一般适合合于高频频小功率率场合开关电源源、日用用电气、民民用军用用高频电电子产品品IGBTT开关速度度高，开开关损耗耗小，通通态压降降低，电电压、电电流容量量较高。

10、门门极输入入阻抗高高，驱动动功率小小，驱动动电路简简单开关速度度不及电电力MOOSFEET，电电压、电电流容量量不及GGTO。电机调速速，逆变变器、变变频器等等中等功功率、中中等频率率的场合合，已取取代GTTR。是是目前应应用最广广泛的电电力电子子器件。* 请请将VDDMOSS（或IIGBTT）管栅栅极电流流波形画画于图11-322中，并并说明电电流峰值值和栅极极电阻有有何关系系以及栅栅极电阻阻的作用用。答： VDMMOSFFET和和IGBBT都是是电压驱驱动型器器件，由由于存在在门极电电容，其其门极电电流的波波形类似似于通过过门极电电阻向门门极电容容的充电电过程，其其峰值电电流为IIpUUG

11、E/RRG。栅极极电阻的的大小对对器件的的静态和和动态开开关特性性有很大大的影响响：RGG增加，则则开通时时间、关关断时间间、开通通损耗关关断损耗耗增加；和位移移电流减减小；触触发电路路振荡抑抑止能力力强，反反之则作作用相反反。因此此在损耗耗容许的的条件下下，RGG可选大大些以保保证器件件的安全全，具体体选择要要根据实实际电路路选。典典型的应应用参数数为：UGEE155V，UGEE(5110)VV，RGG100500欧* 全全控型器器件的缓缓冲吸收收电路的的主要作作用是什什么？试试分析RRCD缓缓冲电路路中各元元件的作作用。答：缓冲冲电路的的主要作作用是抑抑止器件件在开关关过程中中出现的的过高

12、的的、和过电电压，减减小器件件的开关关损耗保保证器件件工作在在安全范范围之内内。RCD缓缓冲电路路中主要要是为了了防止器器件关断断过程中中的过电电压。器器件关断断时，负负载电流流经二极极管D向向吸收电电容C充充电，使使器件两两端的电电压由00缓慢上上升，减减缓，一一方面可可以抑止止过电压压，一方方面可以以减小关关断损耗耗；开通通时，吸吸收电容容的能量量经电阻阻R向器器件放电电，为下下次关断断做好准准备，电电阻R的的作用是是限制放放电电流流的大小小、抑止止缓冲电电路的振振荡。* 限限制功率率MOSSFETT应用的的主要原原因是什什么？实实际使用用时如何何提高MMOSFFET的的功率容容量？答：限

13、制制功率MMOSFFET应应用的主主要原因因是其电电压、电电流容量量难以做做大。因因为MOOSFEET是单单极性器器件，所所以通态态损耗较较大，其其通态电电阻为。高高压大电电流时，其其通态电电阻（对对应损耗耗）达到到令人难难以接受受的程度度（目前前的市场场水平最最大为112000V/336A）。实际使用用时由于于MOSSFETT具有正正的温度度系数，可可以方便便地采用用多管串串并联的的方法来来提高其其功率容容量。习题二1*具具有续流流二极管管的单相相半波可可控整流流电路，带带阻感性性负载，电电阻为55，电电感为00.2HH，电源源电压的的有效值值为2220V，直直流平均均电流为为10AA，试计

14、计算晶闸闸管和续续流二极极管的电电流有效效值，并并指出晶晶闸管的的电压定定额（考考虑电压压2-33倍裕度度）。解：本题题困难，可可不作为为习题要要求。电路上图图所示。设设触发角角为，则在在期间晶晶闸管导导通，其其直流输输出电压压Ud如图（bb）所示示；在00和2期间，续续流二极极管导通通，直流流输出电电压为00，则直直流平均均电压为为带入已知知参数可可得，即即。设晶闸管管开始导导通时的的电流值值为I00，晶闸闸管关断断、二极极管开始始导通时时的电流流值为II1，则在在晶闸管管导通期期间的回回路方程程为：由（1）可可得方程程的通解解为 （4）带入式（22）的初初值条件件，解得得将上式带带入（44

15、）并将将已知参参数带入入可得将式（33）的条条件带入入得 （55）当二极管管导通时时，电流流表达式式为在t=2/2处处，i=I0，可得得I1和I0之间的的关系 （66）由（5）、（66）可解解得则得电流流的完全全表达式式如下 （7）按照（77）用解解析方法法求解晶晶闸管和和二极管管的电流流有效值值非常复复杂，为为简化计计算，用用I1和I0之间的的直线段段来代替替实际的的曲线方方程（由由于L较较大，这这种代替替不会带带来很大大误差）。则晶闸管管和二极极管的电电流有效效值分别别为从图（gg）可以以看出，晶晶闸管承承受的反反压为电电源电压压峰值，即即，考虑虑3倍安安全余量量可选耐耐压10000VV的

16、晶闸闸管。2单相相桥式全全控整流流电路接接电阻性性负载，要要求输出出电压在在01100VV连续可可调，输输出电压压平均值值为300 V时时，负载载电流平平均值达达到200A。系系统采用用2200V的交交流电压压通过降降压变压压器供电电，且晶晶闸管的的最小控控制角minn300，（设设降压变变压器为为理想变变压器）。试试求： （11）变压压器二次次侧电流流有效值值I2； （22）考虑虑安全裕裕量，选选择晶闸闸管电压压、电流流定额； （33）作出出660时时，ud、id和变压压器二次次侧i2的波形形。解：由题题意可知知负载电电阻欧，单相全控控整流的的直流输输出电压压为直流输出出最大为为1000V，

17、且且此时的的最小控控制角为为minn300，带带入上式式可求得得（1）minn300时，（2）晶晶闸管的的电流有有效值和和承受电电压峰值值分别为为 考虑虑3倍余余量，选选器件耐耐压为116835500VV；电流流为(555.33/1.57)31000A（3）3试作作出图22-7所示的的单相桥桥式半控控整流电电路带大大电感负负载，在在330时时的ud、id、iVT11、iVD44的波形形。并计计算此时时输出电电压和电电流的平平均值。解：输出电压压和电流流的平均均值分别别为：4单相相桥式全全控整流流电路，U2100V，负载中R2 ，L值极大，反电动势E60V，当30时，试求： （11）作出出ud、

18、id和i2的波形形； （22）求整整流输出出电压平平均值UUd、电流流Id，以及及变压器器二次侧侧电流有有效值II2。解：整流流输出电电压平均均值Ud、电流流Id，以及及变压器器二次侧侧电流有有效值II2分别为为：在5. 某某一大电电感负载载采用单单相半控控桥式整整流接有有续流二二极管的的电路，负负载电阻阻R=4，电源源电压UU2=2220V，=/3，求：(1) 输出直直流平均均电压和和输出直直流平均均电流；(2) 流过晶晶闸管（整整流二极极管）的的电流有有效值；(3) 流过续续流二极极管的电电流有效效值。解：（11）电路路波形图图见第33题（2）（3）6三相相半波可可控整流流电路的的共阴极极

19、接法和和共阳极极接法，aa、b两两相的自自然换相相点是同同一点吗吗？如果果不是，它它们在相相位上差差多少度度？试作作出共阳阳极接法法的三相相半波可可控的整整流电路路在30时的uud、iVT11、uVT11的波形形。解：a、bb两相的的自然换换相点不不是同一一点，它它们在相相位上差差多少1180度度，见下下图。共阳极接接法的三三相半波波可控的的整流电电路在300时的的ud、iVT11、uVT11的波形形如下图图7. 三相半波波可控整整流电路路带大电电感性负负载，/3，RR=2，U2=2220V，试试计算负负载电流流Id，并按按裕量系系数2确确定晶闸闸管的额额定电流流和电压压。解：按裕量系系数2确

20、确定晶闸闸管的电电流定额额为：；电压定定额为：* 三三相半波波共阴极极接法的的整流电电路中，如如果c相相的触发发脉冲消消失，试试绘出在在电阻性性负载和和大电感感性负载载下整流流的输出出电压UUd（3000）。解：电阻阻负载时时波形如如下图：大电感负负载时的的波形为为：* 三相相桥式全全控整流流电路中中，如果果c相上上桥臂晶晶闸管（第第5号管管）的触触发脉冲冲消失，试试绘出在在电阻性性负载和和大电感感性负载载下整流流的输出出电压UUd（6000）。解：电阻阻负载时时波形如如下图：解释：当当3、44号晶闸闸管导通通（直流流输出为为Ubaa）完即即将切换换到4、55号晶闸闸管导通通时，由由于5号号晶

21、闸管管触发丢丢失，且且由于是是电阻负负载，在在本该44、5导导通的区区间内由由于Ubba为负负值，所所以3号号管被加加反压关关断，整整流输出出为0。在在随后本本该5、66管导通通区间，由由于5号号管丢失失脉冲，回回路也没没法导通通，输出出还是00。随着着6、11的再次次导通，进进入下一一个循环环。电感负载载时波形形如下图图：解释：当当3、44号晶闸闸管导通通（直流流输出为为Ubaa）完即即将切换换到4、55号晶闸闸管导通通时，由由于5号号晶闸管管触发丢丢失，没没法给33号管提提供反压压使之关关断，且且由于是是电感负负载，所所以3号号管将会会继续导导通。这这时实际际导通的的管子还还是3、44两个

22、晶晶闸管，即即整流输输出仍为为Ubaa。在随随后本该该5、66管导通通区间，44号管被被导通的的6号管管关断，直直流电流流通过33、6两两管形成成的短路路回路续续流，直直流输出出是0。随随着6、11的再次次导通，进进入下一一个循环环。8三相相桥式全全控整流流电路，U2100V，带阻感性负载，R5 ，L值极大，当60，试求： （11）作出出ud、id和iVT11的波形形； （22）计算算整流输输出电压压平均值值Ud、电流流Id，以及及流过晶晶闸管电电流的平平均值IIdVTT和有效效值IVT； （33）求电电源侧的的功率因因数； （44）估算算晶闸管管的电压压电流定定额。解：（11） （22） （

23、33）由功功率因数数的定义义知： （44）按22倍余量量估算，晶晶闸管的的电压定定额为：；晶闸管的的电流定定额为：9三相相桥式不不控整流流电路带带阻感性性负载，R5 ，L，U2220V，XB=0.3 ，求Ud、Id、IVD、I2和的值，并作出ud、iVD1和i2的波形。解：三相相桥式不不控整流流电路相相当于三三相桥式式全控整整流电路路在触发发角为00时的情情况，则则 解上述述2个方方程可得得： 二极管管的电流流平均值值为： 变压器器二次侧侧电流有有效值为为： 由 可可得ud、iiVD11和i2的波形形的波形形如下：10请请说明整整流电路路工作在在有源逆逆变时所所必须具具备的条条件。答：(11)

24、 外外部条件件直直流侧应应有能提提供逆变变能量的的直流电电动势，极极性与晶晶闸管导导通方向向一致，其其值大于于变流器器直流侧侧的平均均电压。(2) 内部条条件变流器器直流侧侧输出直直流平均均电压必必须为负负值，即/2，UUd0。以上两条条件必须须同时满满足，才才能实现现有源逆逆变。11什什么是逆逆变失败败？如何何防止逆逆变失败败？答：但当当变流器器工作于于逆变工工况时，一一旦由于于触发脉脉冲丢失失、突发发电源缺缺相或断断相等原因造成成换流失败，将将使输出出电压UUd进入正正半周，与与EM顺向连连接，由由于回路路电阻很很小，造造成很大大的短路路电流，这这种情况况叫逆变变失败或或逆变颠颠覆。为了保

25、证证逆变电电路的正正常工作作，必须须1）选用用可靠的的触发器器，2）正确确选择晶晶闸管的的参数，3）采取必要的措施，减小电路中du/dt和di/dt的影响，以免发生误导通，4）保证交流电源的质量，5）逆变角的角度有一最小限制，留出充足的换向余量角。12. 三相全全控桥变变流器，已已知L足够大大、R=1.2、U2=200V、EM= -300V，电动机负载处于发电制动状态，制动过程中的负载电流66A，此变流器能否实现有源逆变？求此时的逆变角。解：电动动机处于于发电制制动状态态可以提供供逆变能能量，满满足有源源逆变的的外部条条件，可可以实现现有源逆逆变。三相全控控桥变流流器处于于有源逆逆变时有有 （

26、11）而 ，即即 解（1）式式可得：13三三相全控控桥变流流器，带带反电动动势阻感感负载， R1 ，L，U2220V，LB=1mH，当EM400V，60时求Ud、Id和的值，此时送回电网的有功功率是多少？解： 带带入已知知参数解解上2式式，可得得；由换流重重叠角公公式可得得：即 送回电网网的有功功功率为为：14三三相桥式式全控整整流电路路，其整整流输出出电压中中含有哪哪些次数数的谐波波？其中中最大的的是哪一一次？变变压器二二次电流流中含有有哪些次次数的谐谐波？其其中主要要的是哪哪几次？对于mm相全控控整流电电路呢？答：三相相桥式全全控整流流电路，其其整流输输出电压压中含有有6k（kk=1、22

27、、3）次的谐谐波，其中最最大的是是6次谐波。变变压器二二次电流流中含有有6k1（kk=1、22、3）次的谐谐波，其中主主要的是是哪5、77次。对于m相相全控整整流电路路，其整整流输出出电压中中含有22mk（kk=1、22、3）次的谐谐波，其中最最大的是是2m次谐波。变变压器二二次电流流中含有有2mkk1（kk=1、22、3）次的谐谐波，其中主主要的是是哪2mmk1次。15试试计算第第4题中中i2的3、55、7次次谐波分分量的有有效值II23、I25、I27，并并计算此此时该电电路的输输入功率率因数。解：由第第4题的的解答可可知：IId99A，则则基波有效效值 输入功率率因数16试试计算第第8题

28、中的的i2的5、77次谐波波分量的的有效值值I25、I27。解：由第第8题的的解答可可知：IId223.44A，则则17. 三相晶晶闸管整整流器接接至100.5kkV交流流系统。已已知100kV母线线的短路路容量为为1500MVAA，整流流器直流流侧电流流Id4000A，触触发延迟迟角155，不不计重叠叠角，试试求：(1) 相移功功率因数数coss1、整流流器的功功率因数数；(2) 整流测测直流电电压Ud；(3) 有功功功率、无无功功率率和交流流侧基波电电流有效效值；(4) 截止到到23次次的各谐谐波电流流的大小小、总谐谐波畸变变率。解：（11） （22）（3）基基波电流流有效值值 总电电流有

29、效效值 有功功率率无功功率率（4）总谐波畸畸变率18晶晶闸管整整流电路路的功率率因数是是怎么定定义的？它与那那些因素素有关？答：晶闸闸管整流流电路的的功率因因数由畸畸变因子子和位移移因子构构成，表表达式为为功率因数数主要由由整流触触发角和和整流电电路的电电路结构构决定。19. 综述抑抑制相控控整流电电路网侧侧电流谐谐波的措措施。答：抑制制网侧电电流谐波波的措施施主要有有：1选择合合适的输输入电压压（可采采用输入入变压器器），在在满足控控制和调调节范围围的情况况下尽可可能减小小控制角角。2网侧设设置补偿偿电容器器和有针针对性的的滤波器器。3增加整整流相数数，即采采用多相相整流器器，可使使网侧电电

30、流更加加接近正正弦波。4利用多多重化技技术进行行波形叠叠加，以以消除某某些低次次谐波。5 利用用有源滤滤波技术术进行滤滤波。20. 综述改改善相控控整流电电路网侧侧功率因因数的措措施。答：改善善功率因因数的途途径主要要有：1选择合合适的输输入电压压，在满满足控制制和调节节范围的的情况下下尽可能能减小控控制角。2增加整整流相数数，改善善交流电电流的波波形，减减少谐波波成分。3设置补补偿电容容器和有有针对性性的滤波波器。4对于直直流电抗抗滤波的的整流器器，换相相重叠角角会使谐波波电流减减小，可适适当增加加变压器器的漏感感。5对于电电容滤波波的整流流器，直直流侧加加装平波波电感。习题三1. 一升压换

31、换流器由由理想元元件构成成，输入入Ud在816VV之间变变化，通通过调整整占空比比使输出出U0=244V固定定不变，最最大输出出功率为为5W，开开关频率率20kkHz，输出端端电容足足够大，求求使换流流器工作作在连续续电流方方式的最最小电感感。解：由UU0=244V固定定不变，最最大输出出功率为为5W可可知当输入UUd为8V间间时输入Udd为16VV时则实际工工作时的的占空比比范围为为：由电流断断续条件件公式可可得即在范围内内是单调调下降的的，在11/3处处有最大大值，所所以2. 一台运行行在200kHzz开关频频率下的的升降压压换流器器由理想想元件构构成，其其中L=0.005mHH，输入入电

32、压UUd=155V，输输出电压压U0=100V，可可提供110W的的输出功功率，并并且输出出端电容容足够大大，试求求其占空空比D。解：3在图图3-11所示的的降压斩斩波电路路中，已已知E=1000V，R=0.5，L=1mH，采用脉宽调制控制方式，T=20s，当ton5s时，试求：（1）输输出电压压平均值值UO、输出出电流的的平均值值IO；（2）输输出电流流的最大大和最小小瞬时值值（由于课课本上没没讲，这这一问是是否可以以取消？），判断负负载电流流是否断断续；（3）当当ton33s时时，重新新进行上上述计算算。解：（11）（2），所以电电流连续续。（3）同同（2），所以电电流也是是连续的的。第 28 页 共 28 页