「电力电子技术第四版(王兆安)习题答案」.pdf

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1、 目 录 第 1 章 电力电子器件 1 第章 整流电路 4 第 3 章 直流斩波电路 0 第 4 章 交流电力控制电路和交交变频电路 2 第章 逆变电路 31 第 6 章 PWM 控制技术 35 第 7 章 软开关技术 40 第 8 章 组合变流电路 4 第 1 章 电力电子器件 1.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 uGK。2.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。要使晶闸管由导通变为关断,可利用外

2、加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接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。3.图 143 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d1、Id2、Id与电流有效值、I2、I3。0022244254a)b)c)图1-430 图 1-3 晶闸管导电波形 解：a)Id1214)(sinttdIm=2mI(122).717 Im I1=42)()sin(21tdtIm2mI21430.4767 Im b)d2=14)(sinttdIm=mI(122)0.54 2=42)()sin(1tdtIm=22mI21430

3、.741Im c)d3=2120)(tdIm=41 Im I3=202)(21tdIm=21 Im 4.上题中如果不考虑安全裕量，问 10的晶闸管能送出的平均电流 Id1、d2、Id3各为多少？这时,相应的电流最大值m、Im2、Im3各为多少?解:额定电流 I T(AV)=0A 的晶闸管，允许的电流有效值 I=157A，由上题计算结果知 a)I14767.0I3293，Id1.2717 m189.48 b)Im26741.0I22.90,Id.5434 m2126.56 c)Im3=31,I341 Im3=78.5 5.GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，为什么 GTO 能够自关断,而普

4、通晶闸管不能?答:TO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构,由11P2和 N1P2N构成两个晶体管1、V2,分别具有共基极电流增益1和2,由普通晶闸管的分析可得,12=1 是器件临界导通的条件。12,两个等效晶体管过饱和而导通；1+2,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：）GTO 在设计时2较大,这样晶体管 V控制灵敏,易于 GTO 关断;2）GTO 导通时的12更接近于 1,普通晶闸管12 15,而T则为121.05，G的饱和程度不深，接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利条件；）多元集成结构使

5、每个 G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，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。6.如何防止电力OSF因静电感应应起的损坏?答:电力OSFE的栅极绝缘层很薄弱,容易被击穿而损坏。MOSFET 的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过2的击穿电压,所以为防止 MOSFT 因静电感应而引起的损坏,应注意以下几点:一般在不用时将其三个电极短接；装配时人体、工作台、电烙铁必须接地,测试时所有仪器外壳必须接地;电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。7.IGB、GTR、GTO 和电力SFE

6、T 的驱动电路各有什么特点?答:GT 驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，GB是电压驱动型器件,IGBT 的驱动多采用专用的混合集成驱动器。GTR驱动电路的特点是:驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗,关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。GTO 驱动电路的特点是:GTO 要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流,关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高,其驱动电路通常包括开通驱动电路,关断驱动电路和门极反偏电路三部分。电力 MOSF

7、ET 驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻,驱动功率小且电路简单。.全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么?试分析 RCD 缓冲电路中各元件的作用。答:全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，/dt 或过电流和 d/dt，减小器件的开关损耗。D 缓冲电路中,各元件的作用是：开通时，s经 Rs放电，Rs起到限制放电电流的作用；关断时,负载电流经 VD从 C分流，使 dudt 减小,抑制过电压。9.试说明 IBT、GR、TO 和电力 MOS各自的优缺点。解：对 IT、GTR、TO 和电力SFET 的优缺点的比较如下表：器 件 优 点 缺 点 GB 开关速度高，开关损耗小,具有耐

8、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SFE,电压，电流容量不及GTO GT 耐压高,电流大，开关特性好,通流能力强,饱和压降低 开关速度低，为电流驱动,所需驱动功率大,驱动电路复杂,存在二次击穿问题 GT 电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应,其通流能力很强 电流关断增益很小,关断时门极负脉冲电流大,开关速度低，驱动功率大,驱动电路复杂,开关频率低 电 力 OET 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，工作频率高,不存在二次击穿问题 电流容量小,耐压低，一般只适用于功率不超过 10kW 的电力电子装置

9、 第 2 章 整流电路 1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，L=20m,U200V,求当=0和0时的负载电流 Id，并画出与d波形。解:0时，在电源电压 u2的正半周期晶闸管导通时,负载电感储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压2的负半周期，负载电感 L 释放能量,晶闸管继续导通。因此，在电源电压2的一个周期里,以下方程均成立:tUtiLsin2dd2d 考虑到初始条件：当t=0 时 id=0 可解方程得：)cos1(22dtLUi 202d)(d)cos1(221ttLUI LU22=251(A)u与 id的波形如下图：02tu202tud02tid 当60 时,在 u2正

10、半周期 61期间晶闸管导通使电感 L 储能,电感储藏的能量在 u2负半周期 18300期间释放,因此在 u2一个周期中 60300期间以下微分方程成立:tUtiLsin2dd2d 考虑初始条件:当=60时 id=0 可解方程得:)cos21(22dtLUi 其平均值为)(d)cos21(2213532dttLUILU222=11.25()此时 ud与的波形如下图:tudid+ttu20+25 10 11 2 图 2-9 为具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 222U；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桥

11、时相同。答：具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。以下分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T2为例。当 VT1导通时，晶闸管 VT2通过 VT1与 2 个变压器二次绕组并联，所以 V2承受的最大电压为22U。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，对于电阻负载:(0)期间无晶闸管导通,输出电压为；（)期间，单相全波电路中 VT导通,单相全控桥电路中T1、VT导通,输出电压均与电源

12、电压 u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T导通,单相全控桥电路中 VT2、VT3导通，输出电压等于u2。对于电感负载：（）期间，单相全波电路中 VT1导通，单相全控桥电路中VT、T4导通，输出电压均与电源电压 u2相等；（2）期间，单相全波电路中 VT导通,单相全控桥电路中 VT2、V3导通，输出波形等于 2。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.单相桥式全控整流电路,U2=00V，负载中 R，L 值极大，当=30 时,要求：作出 ud、d、和 i2的波形；求整流输出平均电压 U、电流 Id,变压器二次电流有效值2;考虑安

13、全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解:u、id、和 i2的波形如下图：u2OtOtOtudidi2OtIdId 输出平均电压 Ud、电流 I,变压器二次电流有效值分别为 d0.9 2 cos0.91cs=7.97（)Id/R=77.9/89（A)I2Id=38.9(A）晶闸管承受的最大反向电压为：2102=141.4(V)考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为：U（）1.2(V)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。流过晶闸管的电流有效值为：IVT=2=27.57(A）晶闸管的额定电流为:IN（12)27.57156（A)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。4.单相桥式半控整流电路，电阻性负载，

14、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,交流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：02tttu2uVD2uVD400 5.单相桥式全控整流电路，U2=100，负载中 R=2，L 值极大，反电势 E60V，当0时，要求：作出 ud、id和2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;考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。解:u、id和 i2的波形如下图:u2OtOtOtudidi2OtIdIdId 整流输出平均电压、电流 Id

15、，变压器二次侧电流有效值 I2分别为 U=9 os=0.100cs77.97（)Id(Ud-E）/(7.9760)2=9(A）I2=d=9（A)晶闸管承受的最大反向电压为:2U1002141.（V)流过每个晶闸管的电流的有效值为:IV=Id 2=6.36（A）故晶闸管的额定电压为：UN(23)141428342（)晶闸管的额定电流为：IN=(1.52)6.36.578(A)晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。晶闸管串联的单相半控桥（桥中 V、V为晶闸管)，电路如图 2-11 所示,=100,电阻电感负载，R2,L 值很大,当=时求流过器件电流的有效值，并作出d、d、iV、

16、iD的波形。解:ud、i、iV、i的波形如下图：u2OtOtOtudidOtOtIdIdIdiVT1iVD2 负载电压的平均值为：2)3/cos(19.0)(dsin21232dUttUU67.5(V)负载电流的平均值为：IddR6.2=33.()流过晶闸管T1、T2的电流有效值为：I31Id19.49（A）流过二极管 VD、VD的电流有效值为:IVD=32Id=2756(）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电压 ud的波形。解：假设 0,当负载为电阻时，d的波形如下：uduaubucOtuduaubucOt 当负载为电感时，u的波形如下

17、:uduaubucOtuduaubucOt 8三相半波整流电路,可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法,每段的电动势相同,其分段布置及其矢量如图 2-0 所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增加 1%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？a1ABCNnNABCn图2-60b1c1a2b2c2a1b1c1a2b2c2 图 2-60 变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图 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12对应的晶闸管导通时,1的电流向下流，c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 ba2对应的晶闸管导

18、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 10)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。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。0.有两组三相半波可控整流电路,一组是共阴极接法，一组是共阳极接法,如果它们的触发角都是，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,例如都是a 相，在相

19、位上差多少度？答：相差 180。1 三相半波可控整流电路,2=0V,带电阻电感负载,R=5,L 值极大，当=60时，要求:画出 ud、d和 iV1的波形;计算 Ud、I、IdT和 IT。解:ud、id和 iT1的波形如下图:uduaubucidOtOtOtiVT1=30u2uaubucOt Ud、IT和 IVT分别如下 Ud1.17U2cs=1.1710c6058.(V)d=UR=8.551.7(A）IdV=Id3=11.739（A）IVTId3.7(A）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波形如何?如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什

20、么影响？答：假设T1不能导通,整流电压 ud波形如下：udOt 假设 VT1被击穿而短路，则当晶闸管 VT或 VT5导通时,将发生电源相间短路，使得VT、VT5也可能分别被击穿。1三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=时,要求：画出 ud、id和 iVT1的波形；计算 U、I、IdT和 IV。解:ud、i和 iV1的波形如下：=60u2uduabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtidtOtOiVT1 U、Id、I和 IV分别如下 Ud24U2c.4100cos60=117(V)=UdR172.(A DVTId23.37.8

21、(A）IVTId323.431351(）14.单相全控桥,反电动势阻感负载,1，L，=40V,U2=100，LB=05H,当=0时求 U、与的数值，并画出整流电压d的波形。解:考虑 LB时，有：Ud=0.92c-U UdXBI Id=(UdE)R 解方程组得:Ud=（R 09U2csXE）(R2)=4.55V)Ud.45V)d=4.55(A)又 cos-)cos(2BdXI2 即得出)60cos(=0.798 换流重叠角 =1.33 60=3 最后，作出整流电压 Ud的波形如下：OtOtudu2 15三相半波可控整流电路,反电动势阻感负载，100，R1，=,B=1mH，求当时、E=50V 时

22、U、d、的值并作出 u与 iT1和 i2的波形。解：考虑 LB时，有:d=11U2c-Ud XBId2 Id(Ud-E)R 解方程组得:U=(117U2cosXBE）(2+3XB)94.63 Ud=7)I=44.63A)又 cos-)cos(=BdXI62 即得出)30cos(=0.72 换流重叠角 =41.2 30=11.28 ud、V1和 iV2的波形如下：udiVT1tOtOIduaubuciVT2tOIdOuaubucu2 三相桥式不可控整流电路,阻感负载，=,=,U=0V,B=03,求 Ud、I、I、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

23、式可控整流电路=0 时的情况。Ud=2.342cosd Ud3Xd Id=Ud 解方程组得:2.34U2co（1B/R)4.9V I=97.8(A)又 cos-)cos(2BdXI6U2 即得出 cos0.892 换流重叠角 293 二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 IVDI3973332.46 I2a=32 d=7951A u、iD1和 ia的波形如下：u2udiVD1tOtOtOtOuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuaci2aIdId 7三相全控桥，反电动势阻感负载,=20V,1,L=,U2=220,0,当LB=0 和LB1H 情况下分别求 Ud、Id的

24、值,后者还应求并分别作出 ud与 iT的波形。解：当B0 时：U=34Uos=2.34220os60=257(V)Id(dE）R=(25.-00）157.4（A）当 L1mH 时 Ud=242cosUd Ud=3XB Id=（UdE)R 解方程组得：(342R o+3XBE)(R+XB)=24.15(V Id=4415A)Ud1325V)cos)cos(=2XBd6U2)60cos(=0.448 3.5-60=3.5 ud、IV1和 IVT2的波形如下:u2udiVT1tOtOtOuaubucuabuacubcubaucaucbuabuacIdiVT2tOId 8单相桥式全控整流电路，其整流输

25、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:单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有 2k(k、2、）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 2+1（k1、2、）次即奇次谐波，其中主要的有 3 次、5 次谐波。1三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 6（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=、2、3)次的

26、谐波,其中主要的是 5、次谐波。20.试计算第 3 题中 i2的 3、5、7 次谐波分量的有效值 I2、I2、I。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 d.99（）于是可得：I22Id32238.93=11.7()I222Id28.995=7.02A 27=2d72238.97=5.01A)1试计算第题中2的 5、次谐波分量的有效值 I5、7。解:第 1题中,电路为三相桥式全控整流电路，且已知 23.4A 由此可计算出次和 7 次谐波分量的有效值为:56Id62.45=.(A)26762.4261(A）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

27、 题中基波电流的有效值为：I122Id=28.95.1（A)基波因数为1=1I35.13899=09 电路的输入功率因数为：cos=.os30=0.78 第题中基波电流的有效值:I=6d623.391.243（A）基波因数为1II10.9 电路的输入功率因数为：=cos=055 cs00.48 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相等时，双反星形电路的整流

28、电压平均值 Ud是三相桥式电路的 1/,而整流电流平均值 Id是三相桥式电路的倍。在两种电路中,晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压 ud和整流电流d的波形形状一样。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,一是可以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干扰。2.1脉波、24 脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐波？答：1脉波电路整流电路的交流输入电流中含有 11 次、13 次、23 次、2次等即 12k、(k=1，2，）次谐波,整流输出电压中含有 1、4 等即 12k(k=1,2，3

29、 )次谐波。24 脉波整流电路的交流输入电流中含有 2次、25 次、7 次、49 次等，即 24k1(k=1,2,）次谐波，整流输出电压中含有 24、48 等即 24（k=1,2，)次谐波。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/，使 Ud为负值。2三相全控桥变流器,反电动势阻感负载，=1,L=，U=220V,LB=mH，当M=-40，=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：Ud34U2cos()-U=3XId Id=(d

30、EM)R 三式联立求解，得 Ud34U2 o(）3BE(RXB=290.(V Id19.()由下式可计算换流重叠角：cos)cos(2XBd6U20.127)120cos(=0.679=120120=.送回电网的有功功率为 P=RIIEddM2|=000.19.209.1=31.85（W）28单相全控桥，反电动势阻感负载,1，L=，U2=00,L=0.5mH,当 EM=V,=时求 U、d和的值。解：由题意可列出如下个等式:Ud=0.9U2cos(-)-Ud Ud=XBI Id=（Ud-EM)R 三式联立求解，得 Ud=R 0.9cos（-)+2XBEM(R2B)=-49.91V Id=4909

31、A)又 cos)cos(=2BdXI20.181 即得出)120cos(=-0.781 换流重叠角 =5.9 12=5.9 29 什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答 逆变运行时 一旦发生换流失败 外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路 或者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颠覆。防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路 使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量 留出充足的换向裕量角等。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

32、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 0 80,当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是 0 0。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 0 10，当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是 0 90。3.三相全控桥,电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是 D，y-5，采用 NPN 锯齿波触发器，并附有滞后 3的 R-C 滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。解:整流变压器接法如下图所示 abcABC 以 a 相为例，u的 12对应于=90,此时 Ud=，处于整流和逆变的临界点。该点与锯齿波的中点重合,即对应于同步信号的 30,所

33、以同步信号滞后 ua 1,又因为C 滤波已使同步信号滞后0,所以同步信号只要再滞后 150就可以了。满足上述关系的同步电压相量图及同步变压器联结形式如下两幅图所示。BCAabcsasbsc-sa-sb-sc ABC-sa-sb-scsasbsc 各晶闸管的同步电压选取如下表:晶闸管 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 T6 同步电压 sb usa sc us-usa us 第 3 章 直流斩波电路 简述图 3-1a 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on，由电源 E 向 L、R、供电，在此期间,o=E。然后使 V 关断一段时间 tof

34、，此时电感 L 通过二极管D 向 R和 M 供电，uo=0。一个周期内的平均电压 Uo=Etttoffonon。输出电压小于电源电压,起到降压的作用。2在图 31a 所示的降压斩波电路中，已知 E20V，R=1L 值极大,M=30，T=50s,tn=20,计算输出电压平均值 Uo,输出电流平均值o。解：由于 L 值极大,故负载电流连续,于是输出电压平均值为 UoETton=5020020=0()输出电流平均值为 Io=REUMo-1030805(A)3在图 3-a 所示的降压斩波电路中，E=100，L=1H,R=0.5，MV,采用脉宽调制控制方式,=20,当 ton=5s，计算输出电压平均值

35、U，输出电流平均值 Io,计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。当 to=s 时，重新进行上述计算。解：由题目已知条件可得：m=EEM10010=01=RL=5.0001.0=0.002 to=5s 时,有T=0.01=ont=0025 由于 11ee=1101.00025.0ee=04 所以输出电流连续。此时输出平均电压为 Uo ETton20510025()输出平均电流为 Io=REUMo-=5.01025=0（A)输出电流的最大和最小值瞬时值分别为 max=REmee11=5.01001.01101.00025.0ee=301()Imi=REmee11=5.01001.

36、01101.00025.0ee=2981(）当n=3s 时，采用同样的方法可以得出:=0015 由于 11ee=1101.0015.0ee=0.149m 所以输出电流仍然连续。此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为：Uo ETton=203100=1(）Io=REUMo-=5.01015=0()Imax=5.01001.01101.00015.0ee=0.()Imn=5.01001.01101.00015.0ee=98（)4.简述图 3-2a 所示升压斩波电路的基本工作原理。答:假设电路中电感 L 值很大，电容 C 值也很大。当 V 处于通态时，电源向电感 L 充电，充电

37、电流基本恒定为1,同时电容 C 上的电压向负载供电,因 C 值很大，基本保持输出电压为恒值 U。设 V 处于通态的时间为 tn,此阶段电感 L 上积蓄的能量为on1tEI。当 V 处于断态时 E 和 L 共同向电容充电并向负载提供能量。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off1otIEU。当电路工作于稳态时，一个周期 T 中电感 L积蓄的能量与释放的能量相等，即:off1oon1tIEUtEI 化简得：EtTEtttUoffoffoffono 式中的1/offtT,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路。.在图 3-a 所示的升压斩波电路中,已知E=5

38、V，值和值极大,=20,采用脉宽调制控制方式,当 T4，to=25时,计算输出电压平均值 U,输出电流平均值Io。解:输出电压平均值为:Uo=EtToff=50254040=133（)输出电流平均值为:o=RUo203.133.6(A）6.试分别简述升降压斩波电路和 Cuk 斩波电路的基本原理，并比较其异同点。答:升降压斩波电路的基本原理:当可控开关 V 处于通态时，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-4 中所示。同时，电容 C 维持输出电压基本恒定并向负载供电。此后,使 V 关断，电感 L 中贮存的能量向负载释放，电流为 i，方向如图-4 所示。可见，

39、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 两端电压 uL对时间的积分为零,即 Ttu0L0d 当 V 处于通态期间，uL=E；而当 V 处于断态期间,uL=-uo。于是:offoontUtE 所以输出电压为：EEtTtEttU1ononoffono 改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 012 时为降压，当 121 时为升压,因此将该电路称作升降压斩波电路。Ck 斩波电路的基本原理:当 V 处于通态时，EL1V 回路和L2C回路分别流过电流。当 V 处于断态时，E1CVD 回路和 RL回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相

40、反。该电路的等效电路如图 3-b 所示,相当于开关 S 在A、B 两点之间交替切换。假设电容很大使电容电压uC的脉动足够小时。当开关S合到B点时,B点电压uB=0,A点电压 u=-；相反,当合到 A 点时,uB uC,u=0。因此,B 点电压 u的平均值为CoffBUTtU（UC为电容电压 u的平均值),又因电感 L1的电压平均值为零，所以CoffBUTtUE。另一方面,A 点的电压平均值为ConAUTtU,且2的电压平均值为零,按图 3-5b 中输出电压的极性,有ConoUTtU。于是可得出输出电压 U与电源电压 E的关系:EEtTtEttU1ononoffono 两个电路实现的功能是一致的

41、，均可方便的实现升降压斩波。与升降压斩波电路相比，k 斩波电路有一个明显的优点,其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小,有利于对输入、输出进行滤波。7.试绘制 Spi斩波电路和eta 斩波电路的原理图,并推导其输入输出关系。解：Sc 电路的原理图如下:RVDa)Vi1L1C1uC1i2L2C2uouL1uL2E e斩波电路 在 V 导通on期间,uL=E uL=u1 在 V 关断tof期间 uLEuouC1 u2=o 当电路工作于稳态时,电感1、L2的电压平均值均为零,则下面的式子成立 E ton+(EuouC1)tff=0 1 tonuo of=由以上两式即可得出 UoEttof

42、fon Zeta 电路的原理图如下：RVDEVi1C1L1uoC2L2uL1uL2uC1 在 V 导通ton期间，u1=u2=EuC1u 在关断tff期间 u1 uC1 L2=uo 当电路工作于稳态时,电感1、L2的电压平均值均为零,则下面的式子成立 E on+uC1 tff=0(EuouC1)touo tof=0 由以上两式即可得出 o=Ettoffon 8分析图 3-7a 所示的电流可逆斩波电路，并结合图 3-7b 的波形,绘制出各个阶段电流流通的路径并标明电流方向。解：电流可逆斩波电路中，V1和 V构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第 1 象限；V2和D构

43、成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行,工作于第 2 象限。图-7中，各阶段器件导通情况及电流路径等如下：V1导通,电源向负载供电：ELV1VD1uoioV2VD2EMMR V关断,VD续流：ELV1VD1uoioV2VD2EMMR V2导通，L上蓄能：ELV1VD1uoioV2VD2EMMR V2关断,VD2导通,向电源回馈能量 ELV1VD1uoioV2VD2EMMR 9对于图 38 所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析此时电路的工作情况,并绘制相应的电流流通路径图，同时标明电流流向。解：需使电动机工作于反转电动状态时，由

44、V3和 VD3构成的降压斩波电路工作,此时需要V2保持导通，与 V3和 VD3构成的降压斩波电路相配合。当 V3导通时,电源向 M 供电,使其反转电动，电流路径如下图:ELR+-V1VD1uoV3EMV2VD2ioV4VD3VD4M 当 V关断时,负载通过D3续流，电流路径如下图:ELR+-V1VD1uoV3EMV2VD2ioV4VD3VD4M 0多相多重斩波电路有何优点？答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路,使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。此外，多相多重斩波电路还具有备用功能,各斩波单元之间

45、互为备用,总体可靠性提高。第章 交流电力控制电路和 交交变频电路 .一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在=时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的 80%，0%时的开通角。解：0 时的输出电压最大，为 1021omax)sin2(1UtdtUU 此时负载电流最大，为 RURUI1omaxomax 因此最大输出功率为 RUIUP21maxomaxomax 输出功率为最大输出功率的 80%时,有:RUPP21maxo)8.0(8.0 此时,1o8.0 UU 又由 22sin1oUU 解得=60.54 同理,输出功率为最大输出功率的0%时,有:1o5.0 UU 又由 22

46、sin1oUU=0 2.一单相交流调压器,电源为工频 220V,阻感串联作为负载，其中=0.,L=2H。试求:开通角的变化范围；负载电流的最大有效值；最大输出功率及此时电源侧的功率因数;当=2时,晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。解:负载阻抗角为:=actn（RL)arctan(5.01025023）0.898=51.4 开通角的变化范围为：即 0.89864时，输出电压最大,负载电流也为最大,此时输出功率最大,为 Po axRLRRI2222maxo)(220=37532(KW 功率因数为 6227.098.27322037532o1maxoIUP 实际上，此时的功率因数也就是

47、负载阻抗角的余弦,即 cos.22 =2时，先计算晶闸管的导通角,由式(-7）得 si（2-0.8964）=in（20.8864)tan-e 解上式可得晶闸管导通角为:=536.1也可由图 4-估计出 的值。此时,晶闸管电流有效值为 cos)2cos(sin21VTZUI=803.0222089864.0cos)375.289864.0cos(375.2sin375.21.2(A）电源侧功率因数为 o12oIURI 其中：VTo2II=174.()于是可得出 3959.02.1742205.02.1742o12oIURI 3交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么

48、?答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波,通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中,还常用于对无功功率的连续调节。此外,在高电压小电流或低电压大电流直流电源中,也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采用晶闸管相控整流电路,高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样,低电压大电流直流电源需要很

49、多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。4什么是R，什么是 TC?它们的基本原理是什么？各有何特点?答：CR 是晶闸管控制电抗器。TC 是晶闸管投切电容器。二者的基本原理如下:TCR 是利用电抗器来吸收电网中的无功功率（或提供感性的无功功率），通过对晶闸管开通角角的控制，可以连续调节流过电抗器的电流,从而调节从电网中吸收的无功功率的大小

50、。TS则是利用晶闸管来控制用于补偿无功功率的电容器的投入和切除来向电网提供无功功率(提供容性的无功功率)。二者的特点是：T只能提供感性的无功功率,但无功功率的大小是连续的。实际应用中往往配以固定电容器（FC）,就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率。TS提供容性的无功功率,符合大多数无功功率补偿的需要。其提供的无功功率不能连续调节,但在实用中只要分组合理,就可以达到比较理想的动态补偿效果。5单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同？答:单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路的电路组成是相同的,均由两组反并联的可控整流电路组成。但两者的功能和工作方式