《电力电子技术(第二版)》课后习题及解答1.pdf

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1、 电力电子技术习题及解答第1章思考题与习题1.1 晶闸管的导通条件是什么？导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定？答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压UA决定。1.2 晶闸管的关断条件是什么？如何实现？晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定？答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流IA减小，IA下降到维持电流h 以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压

2、UA决定。1.3 温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流IH会减小，正向转折电压利反向击穿电压随温度升高而减小。1.4 晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：（1）%=0,阳极电压升高至相当高的数值；（1）阳极电压上升率d u/d t 过高：（3）结温过高。1.5 请简述晶闸管的关断时间定义。答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。即1.6 试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆

3、导晶闸管、光控晶闸管等。1.7 请简述光控晶闸管的有关特征。答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。1.8 型号为KP100-3,维持电流In=4niA的晶闸管，使用在图题1.8 所示电路中是否合理，为什么?（暂不考虑电压电流裕量）TTT(a)(b)(c)图题1.8答：（a）因 为 =3=2，”A /，所以不合理。4 5 0 K Q （b）因为=丝200上V=204,K P 1 0 0 的电流额定值为1 0 0 A,裕量达54 10Q倍，太大了。（c）因为，=竺=1 5 0 4

4、,大于额定值，所以不合理。1.9图题1.9中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为1m，试计算各图的电流平均值.电流有效值和波形系数。1解:图(a)：IT(A V)=1 fer/r,s i n ()=IIT=J*(,，s in a)2 d(。)=才K.7=1.57T(AV)000IT(A v hi fIm sinard(Gf)=-2 Im兀图(b)：IT=(Ii sin)2 d()=|r小片=11ZT(AV)图(c)：_ 1IT(A V尸一兀.3Im sincotd(cot)=-Im2%s in )2 d(尸卜-=0 6 3/,“2图(d)：图(e)：图:1.10上题中,电流分别是多少

5、?Kn L-=1.2 6 T(AV)1 m*5IT(AV尸1万 A心)3)=寸Id=2V2-=2.8 3T(AV)丁=K f=-=2T(AV)如不考虑安全裕量,问额定电流100A的晶闸管允许流过的平均解：(a)图波形系数为1.5 7,则有:1.5 7 X/y-j=1.5 7 X 1 0 0 A,1T(AV)=1 0 0 A(b)图波形系数为1.1 1,则有:1.1 1 X/7储 丫)=1.5 7 x 1 0 0 A,IT(AV)=1 4 1.4 A3（c）图波形系数为 1.2 6,则有：1.2 6 x/r（Al/）=1.5 7 x l 0 0 A,IT（AV）=124.6A（d）图波形系数为

6、1.7 8,则有：1.7 8 X0 ）=1.5 7 X1 O O A,IT（AV）=88.2A（e）图波形系数为 2.8 3,则有：2.8 3 x/r（/l v）=1.5 7 x l O O A,IT（AV）=55.5A图波形系数为 2,则有：2 x/r（A V）=1.5 7 x l 0 0 A,IT（AV）=78.5A1.11 某晶闸管型号规格为KP200-8 D,试问型号规格代表什么意义？解：KP 代表普通型晶闸管，2 0 0 代表其晶闸管的额定电流为2 0 0 A,8代表晶闸管的正反向峰值电压为8 0 0 V,D 代表通态平均压降为0.6 V UT P d=U 相控整流电路带大电感负载时

7、，虽 然 Ud存在谐波，但电流是恒定的宜流，故负载电阻Rd上的Ud与 Id的乘积等于负载有功功率。2.6某电阻性负载要求0-24V直流电压，最大负载电流Id=30A,如采用由220V交流直接供电和由变压器降压到60V 供电的单相半波相控整流电路，是否两种方案都能满足要求?试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、额定电压、额定电流、电路的功率因数及对电源容量的要求。解：采用由220V交流直接供电当a =0”时：Udo=0.45U2=0.45X220=99V由变压器降压到60V供电当a =00时：Ud=0.45U2=0.45x60=27V因此，只要调节。都可以满足输出024V直流电压要求。(1)采用由

8、220V交流直接供电时：力=0.45力匕詈，Ud=24V 时 a =121 6=180-121=59UT=何2=31WIT=sin 2 dax-84A13R=4 =0.8Q加30T(AV)TS784-L57-54A取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为622V和 108A。电源提供有功功率P=I22R=842 x0.8=5644.8W电源提供视在功率电源侧功率因数S=/2/2=84 x 220=18.58匹4PPF=0.305S(2)采用变压器降压到60V供电：L=0.45(/2 匕詈Ud=24V 时 a =39,6=18039=141U.r=庖 2=84.4Vsin ca2dc

9、a=51.38/4,IT 51.38 ,4IrT=-=-=32.7A1.57 1.57取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为168.8V和 65.4Ao变压器二次侧有功功率 P=I22R=51.382 x0.8=2112W变压器二次侧视在功率 5=t/2/2=60 x51.38=3.08)1 E414p电源侧功率因数 PF=0.68S2.7某电阻性负载，Rd=50。,要 求 5 在0600V可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算：(1)晶闸管额定电压、电流值；(2)连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6A/mm2)；(3)负载电阻上消耗的最大功率。解：(

10、1)单相半波a =0时,40.45晶闸管的最大电流有效值 1丁=1.57=18.8/1晶闸管额定电流为 IT(AV)，一=12(A)1.57晶闸管承受最大电压为 URM V 2t/2=1885V取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V和30A。所选导线截面积为 S 2%=1 8.%=3.1 3 W J2负载电阻上最大功率 PR=Ir2R=17.7kW(2)单相全控桥 a =0 时,U,=2=667V,/“=侬=1242 0.9 0.9%50负载电流有效值 7=1.11/(/=13.3A晶闸管的额定电流为 IT(AV)1，=6(A)1.57晶闸管承受最大电压为 URM 同2 =

11、1885V(Kr=l.ll)1F15取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4 0 0 0 V 和 20 A。所选导线截面积为 5 2%=1 3%=2.2 2“加2负载电阻上最大功率 PR=R=8.9AW2.8 整流变压器二次侧中间抽头的双半波相控整流电路如图题2.8 所示。(1)说明整流变压器有无直流磁化问题？(2)分别画出电阻性负载和大电感负载在a=60。时的输出电压Ud、电流id的波形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若 已 知 U2=220V,分别计算其输出直流电压值Ud。(3)画出电阻性负载a=60。时晶闸管两端的电压叮波形，说明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少？

12、图题2.8解：(1)因为在一个周期内变压器磁通增量为零，所以没有直流磁化。(2)其波形如下图所示，与单相全控桥式整流电路相同。电阻性负载：Ud=0.9U,1+C0Sa=S 9X220X(1+CS6()=148 5V2 2感性负载：Ud=0.9t/2cosa=99V(3)其波形如下图所示，晶闸管承受的最大反向电压为2风2。162.9 带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前15。处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为10。和 20。时负载两端的电压Ud波形。解：三相半波相控整流电路触发脉冲的的最早触发时刻在自然换流点，如触发脉冲左移到自然换流点之前15。处，触发脉冲

13、宽度为10。时，不能触发晶闸管，臼=0。触发脉冲宽度为15。时，能触发晶闸管，其波形图相当于a=0。时的波形。2.1 0 三 相 半波相控整流电路带大电感负载，&=1 0。，相电压有效值U2=220V.求 a=45。时负载直流电压如、流过晶闸管的平均电流1仃和有效电流IT，lEl出 Ud、什 2、UT3的波形。解：Ud=-饪 V2f/2 smaxdax)=1.17t/2 coscr2 1/3 a因为：U2=220V,a =455=1.17。2 cos450=182VUdR“182 V10Q=18.2A2.11在图题2.11所示电路中，当 a=60。时，画出下列故障情况下的巴波形。熔断器1FU熔

14、断。熔断器2FU熔断。(3)熔断器2FU、3FU同时熔断。图题2.11解:这三种情况下的波形图如下所示:18(a):十十件打十廿件十一3,(b).一 一十斤斤件件一皿（C）2.12现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载，负载电流 Id都是4 0 A,问流过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大?解：设a =0单相半波：Idi=Id=40AIT=L 57 x/=6 2.8 A(K.1.57)单相桥式：I ld=20A2；X/4=28.3 A19三相半波：I d T=d=1 3.3 A3当。=0 时 Ud=1.1 7 U2 U2=Ud/1.1 7o YaW300 时 I

15、,.U,1 ,2 4 6 .、-i I (-1-c os 2 a)他N 2乃3 2出居苧33A2.13 三相全控桥式整流电路带大电感负载，负 载 电 阻 R d=4 C,要 求 U d 从0220V之间变化。试求：(1)不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。(2)计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取2 倍裕量，选择晶闸管型号。解：(1)因为U d=2.3 4 U 2 c o s a：不考虑控制角裕量，a =0 时2.3 4=9 4 VU2I=百 力=1 6 8.2 V(2)晶闸管承受最大电压为而4=2 3 0.3 V取 2倍的裕量,URM=460.6V晶闸管承受的平均电流为I.f T=-

16、I d3又 因 为=52 2 0 V4 Q=5 5 A所以 Id T=1 8.3 3 A,取 2 倍的裕量 IdT ma x=3 6,6 7(A)选择K P 5 0 5的晶闸管。2.14 单结晶体管触发电路中，作为Ubb的削波稳压管两端如并接滤波电容,20电路能否正常工作?如稳压管损坏断开，电路又会出现什么情况?答：在稳压管两端如并接滤波电容后，电路能否正常工作。如稳压管损坏断开，单结晶体管上峰值电压太高，不利于单结晶体管工作。2.1 5 三相半波相控整流电路带电动机负载并串入足够大的电抗器，相电压有效 值 U2=220V,电动机负载电流为40A,负载回路总电阻为0.2 Q,求 当 a=60。

17、时流过晶闸管的电流平均值与有效值、电动机的反电势。解：电流平均值为：I d T=d=4 0/3=1 3.33电流有效值为：分=%=0.5 1 1 =2 3 4设电动机的反电势为球,则回路方程为：5 +而 U-E 7 2 t/2 sinaxd(M)=1.1 7 t/2 c os a =1 2 8.7 Vd 2 4/3 与+a 2 2所以 ED=1 2 8.7-4 0 x 0.2 =1 2 0.7 V2.16 三相全控桥电路带串联Ld的电动机负载，已知变压器二次电压为100V,变压器每相绕组折合到二次侧的漏感L1为 10011 H,负载电流为150A,求：(1)由于漏抗引起的换相压降；(2)该压降

18、所对应整流装置的等效内阻及a=0。时的换相重叠角。解.U，生，3X2%X50X100XMX150=5V7 2 4 2 2 x i(2)y =c os-1(cosa厂 )一&v 6U 221_LZI 2X50X100X10-6X1 5 0,=cos(1-尸-)=1 1V6X100等效内阻尸=L=0.01C150A2.17 晶闸管装置中不采用过电压、过电流保护，选用较高电压和电流等级的晶闸管行不行？答：晶闸管装置中必须采用过电压、过电流保护，而不能用高电压、高电流的晶闸管代替，因为在电感性负载装置中，晶闸管在开关断过程中，可能会出现过冲阳极电压，此时极易损坏晶闸管。当未采取过电流保护，而电路过载或

19、短路时更易损坏晶闸管。2.18 什么是有源逆变？有源逆变的条件是什么？有源逆变有何作用？答：如果将逆变电路交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电，反送到电网上去称为有源逆变。有源逆变的条件：(1)一定要有直流电动势，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；(2)变流器必须工作在a的区域内使Ud0Cmin-D _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1-0.6 6 70.0 5 x 8Z/2-0.05X8X0.05X10-3X(50X103)2=6.6 6 x 1 0 =6.6 63.8 图题3.8所示的电路工作在电感电流连续的情况下,器件T的开

20、关频率为1 0 0 k H z,电路输入电压为交流2 2 0 V,当RL两端的电压为4 0 0 V 时：(1)求占空比的大小；(2)当RL=40Q时，求维持电感电流连续时的临界电感值；(3)若允许输出电压纹波系数为0.0 1,求滤波电容C的最小值。题 图3.826解：(i)由题意可知：u 0=M-0 l-Dc U(l-Uo 400-2 2 0D=-=-=0.4 5U。400DT,(2)5 会 勿=OK0.45X0.01X10-3X2202x10495HH生R(其中400To-10A)3 )Ao _ DT$RLC3.9 在 Boost变换电路中，已知Ud=50V,L 值和C 值较大，R=20Q,

21、若采用脉宽调制方式，当 TS=40N S,%=2011 s 时，计算输出电压平均值Uo和输出电流平均 值 Io。解：U=。f 心=_ =父=100丫展 1-D 0.5由于L和 C的值都比较大,一无=吧=5AR 203.10 有一开关频率为50kHz的库克变换电路，假设输出端电容足够大，使输出电压保持恒定，并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压Ud=10V,输出电压Uo调节为5V不变。试求：(1)占空比；(2)电容器C|两端的电压Ug(3)开关管的导通时间和关断时间。27解：（1）因为 u0=-_-Ud D则u -U-5 _ 1-5-1 0 -3（注意=-5 V）Ucl=!=C1-D d.11-3

22、ton=D T=-x 5 3 5 0 X 1 03x l O =1 5 V=6.67/Jsw =（l-）T =-x -1 r=1 3.3 4/7 5off3 5 0 x 1 0-3 尸28第 4 章思考题与习题4.1 什么是电压型和电流型逆变电路？各有何特点？答：按照逆变电路直流侧电源性质分类，直流侧为电压源的逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧为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特点是：（2）直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。（3）由于直流电压源的钳位作用，交流侧电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关，而交流侧输出电流波

23、形和相位因负载阻抗情况的不同而不同，其波形接近于三角波或正弦波。（4）当交流侧为阻感性负载时，需提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了二极管。（5）逆变电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直流电压无脉动，故功率的脉动是由交流电压来提供。（6）当用于交一直一交变频器中，负载为电动机时，如果电动机工作在再生制动状态，就必须向交流电源反馈能量。因直流侧电压方向不能改变，所以只能靠改变直流电流的方向来实现，这就需要给交一直整流桥再反并联一套逆变桥。电流型逆变电路的主要特点是：（1）直流侧串联有大电感，相当于电流源，直流电流基本

24、无脉动，直流回路呈现高阻抗。（2）因为各开关器件主要起改变直流电流流通路径的作用，故交流侧电流为29矩形波，与负载性质无关，而交流侧电压波形和相位因负载阻抗角的不同而不同。（3）直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因电流不能反向，故可控器件不必反并联二极管。（4）当用于交一直一交变频器且负载为电动机时，若交一直变换为可控整流,则很方便地实现再生制动。4.2 电压型逆变电路中的反馈二极管的作用是什么？答：在电压型逆变电路中，当交流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。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压与电流的极性相同时，

25、电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压与电流极性相反时，山反馈二极管提供电流通道。4.3 为什么在电流型逆变电路的可控器件上要串联二极管？解：山于全电路开关管采用自关断器件，其反向不能承受高电压，所以需要在各开关器件支路串入二极管。4.4 三相桥式电压型逆变电路采用1 8 0 导电方式，当其直流侧电压U d=1 0 0 V时。（1 ）求输出相电压基波幅值和有效值（2）求输出线电压基波幅值和有效值（3）输出线电压中五欢谐波的有效值。解：输出相电压基波幅值UANlm=-180如果采用窄脉冲触发，当下的电流下降为零，七的门极脉冲已经消失而无法导通，然后重复第一周期的工作，这样导致先触发一只晶闸

26、管导通，而另一只管子不能导通，因此出现失控。5.2 晶闸管相控直接变频的基本原理是什么？为什么只能降频、降压，而不能升频、升压？答：晶闸管相控直接变频的基本原理是：电路中具有相同特征的两组晶闸管整流电路反并联构成，将其中一组整流器作为正组整流器，另外为反组整流器，当正组整流器工作，反组整流器被封锁，负载端输出电压为上正下负；如果负组整流器工作，正组整流器被封锁，则负载端得到输出电压上负下正，这样就可以在负我端获得交变的输出电压。晶闸管相控直接变频，当输出频率增高时，输出电压周期所含电网电压数就越少，波形畸变严重。,般认为：输 出 上 限 频 率 不 高 于 电 网 频 率 的%。而当输出电压升

27、高时，也会造成输出波形畸变。因此，只能降频、降压，而不能升频、升压。5.3 晶闸管相控整流电路和晶闸管交流调压电路在控制上有何区别？答：相控整流电路和交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。但二者电路结构不同，在控制上也有区别。相控整流电路的输出电压在正负半周同极性加到负载上，输出直流电压。交流调 压电路，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管、T2或采用36双向晶闸管T 相联。当电源处于正半周时，触发T 1 导通，电源的正半周施加到负载上；当电源处于负半周时，触发丁2导通，电源负半周便加到负载上。电源过零时交替触发T1、T2,则电源电压

28、全部加到负载。输出交流电压。5.4 交流调压和交流调功电路有何区别？答：交流调功能电路和交流调压电路的电路形式完全相同，但控制方式不同。交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。晶闸管交流调功能电路采用整周波的通、断控制方法，例如以n个电源周波为一个大周期，改变导通周波数与阻断周波数的比值来改变变换器在整个大周期内输出的平均功率，实现交流调功。5.5 电阻炉由单相交流调压电路供电，如。=0时为输出功率最大值，试求功率为8 0%,5 0%时的控制角解：=0 时为输出电压最大值U0 m,x =（、须 S i n a）2 d a=U 1负载上最大

29、电流为/O m a x=二V 1 I1 C IA(J 2输出最大功率 Pm3x=K输出功率为 8 0%时，P=0.8%a x =(屈，U =Vo J t/,llldA/IA而Un=l-sin 2 a +-叫 2 1 乃故a=6 0.5 4 37输 出 功 率 为 最 大 值 的50%时，P =0.5Pmax=(际:),Uo=屈U而U。sin2a+-2/r 71故a =905.6 一交流单相晶闸管调压器，用作控制从220V交流电源送至电阻为0.5 Q,感抗为0.5。的串联负载电路的功率。试求：(1)控制角范围；(2)负载电流的最大有效值。解：(1)负载阻抗角为：(p-arctg =arctg=R

30、 0.5 4TT最小控制角为 amin=7T故控制范围-a 7 r4jr(2)am in=0=I处，输出电压最大，电流也最大，故最大有效值为：,U 220 1 o=I=I=3114个R2+X j A/0.52+0.525.7试述单相交-交变频电路的工作原理。答：其电路有两组整流圈，组为正组整流器，另 组为反组整流器，其正组和反组整流器以交替地以低于电源的频率切换正反组整流器的工作状态，当正组工作，反组封锁时.，负载输出电压为上正下负，如果负组工作，正组封锁，则为上负下正，如果控制角的大小不变，则输出电压波形为矩形波，如果让控制角按9 0 0 逐渐减小，然后再从0 9 0 逐渐增大。那么正组整流

31、电流的输出电压的平38均值按正弦规律变化，从零增大到最大，然后从最大减小到零，反组用上述同样的控制方法，就可以得到接近正弦波的输出电压。5.8交-交变频电路的输出频率有何限制？答：交一交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含的谐波分量就要增加。这种输出电压波形的畸变是限制输出频率提高的主要因素之一。一般认为，交流电路采用6脉波的三相桥式电路时，最高输出频率不高于电网频率的1/31/2。电网频率为50Hz，交一交变频电路的输出上限频率约为20Hz。5.9三相交-交变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？答：第一种：公共交流

32、母线方法。它由三组彼此独立的，输出电压相位相互错开120的单相交-交变频电路组成，他们的电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。因为电源进线端公用，所以三相单相变频电路的输出端必须隔离。为此,交流电动机的三个绕组必须拆开，同时引出六根线。第二种：输出星形连接方式。由三组彼此独立的，输出电位相互错开1 2 0 的单相交一交变频电路组成，共电源进线通过线电抗器接在公共的交流母线上。三相交一交变频电路的输出端星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结，电动机中点和变频器中点接在一起，电动机只引三根线即可。因为三组单相变频器连接在一起,其电源进线就必须隔离，所以三组单相变频器分别用三个变压器供电。39

33、第 6 章思考题与习题6.1 高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器和变压器的体积和重量？答：高频化可以减小滤波器的参数，减小变压器的体积从而使装置小型化、轻型化；提高开关频率，可以减小滤波器的电感和电容的参数，减小滤波器的体积和重量；当变压器输入正弦波时，U =4 A 4 f N B S ,频率升高时，可以减小N 和 S 的参数，从而减小变压器各绕组的匝数和铁心的尺寸，使变压器的体积减小，重量减轻,。6.2 何谓软开关和硬开关？怎样才能实现完全无损耗的软件关过程？答：如果开关器件在其端电压不为零时开通则称为硬件通，在其电流不为零时关断则称为硬关断。硬开通、硬关断统称为硬开关。在

34、硬开关过程中，开关器件在较高电压下承载有较大电流，故产生很大的开关损耗。如果在电力电子变换电路中采取一些措施，如改变电路结构和控制策略，使开关器件被施加驱动信号而开通过程中其端电压为零，这种开通称为零电压开通；若使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中其承载的电流为零，这种关断称为零电流关断。零电压开通和零电流关断是最理想的软开关，其开关过程中无开关损耗。如果开关器件在开通过程中端电压很小，在关断过程中其电流也很小，这种开关过程的功率损耗不大，称之为软开关。6.3 零开关，即零电压开通和零电流关断的含义是什么？答：使开关开通前的两端电压为零，则开关导通过程中就不会产生损耗和噪声，这种开通方式为零

35、电压开通；而使开关关断时其电流为零,也不会产生损耗和噪声，称为零电流关断。6.4 软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样的？各有什么特40点？答：准谐振变换电路、零开关PV皿变换电路和零转换PVW变换电路。见教材6.5准谐振型变换器为什么只适宜于变频方式下工作而不宜在恒频PWM方式下工作？与恒频PWM变换器相比较，在变频下工作的变换器有哪些缺点？答：对于零电压开通准谐振变换器ZVS Q R C,在一个开关周期，中，仅在2 期间电源不输出能量，而这段时间段的长短与C,、。的谐振周期有关。当C,、的值一定时，降低开关频率（即增大，）将使输出电压、输出功率增大。因此，零电压开通准谐振变换电

36、路只适宜于改变变换电路的开关频率，来调控输出电压和输出功率。对于零电流关断准谐振变换器ZCS Q R C,因为在一个开关周期T,中，仅在0，2期间电源输出功率，弓 J期间G向电源回馈能量。而当乙 的值一定时谐振周期T,=%是不变的，变换电路的开关频率工越高，T,就越小，T的相对导通时间（电源输出功率的时间）增长，将使输出电压、输出功率增大,需要改变开关频率来调捽输出电压和输出功率。因此适宜于变频方式工作。恒 频PWM变换器当输人电压和负载在一个很大的范围内变化时.又可像常规PWM那样通过恒频PWM调节其输出电压，从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件，克服了 QRC变换

37、电路中变频控制带来的诸多问题。在QRC电路中，一旦电路参数固定后，电路的谐振过程也就确定下来了，这使得电路唯一可以控制的量是谐振过程完成后到下一次开关周期开始前的一段间隔，这实际上使得电路只能通过改变开关周期来改变输出电压，即采41用调频方式。这就给系统功率变换的高频变压器、滤波器等参数设计带来了巨大的困难，使 ZCS QRC和 ZVS QRC的应用受到限制。6.6 软 开 关 PWM的含义是什么？答：恒 频 P W M 变换器当输入电压和负载在一个很大的范围内变化时.又可像常规P W M 那样通过恒频P W M 调节其输出电压，从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件。

38、6.7 试比较ZCS PWM与 ZCT PWM这两种变换方式的优缺点。答：ZCT P WM电路主开关管在零电流下关断，降低了类似IGBT这种具有很大电流拖尾的大功率电力电子器件的关断损耗，并且没有明显增加主功率开关管及二极管的电压、电流应力。同时，谐振网络可以自适应地根据输入电压与负载的变化调整自己的环流能力。更重要的是它的软开关条件与输入、输出无关，这就意味着它可在很宽的输入电压和输出负载变化范围内有效地实现软开关操作过程，并且用于保证Z V S 条件所需的环流能量也不大。ZCT P W M 电路变换器的开通是典型的硬开关方式，ZCS-PWM变换电路的输入电压和负载在一个很大范围内变化时，可

39、像常规的PWM变换电路那样通过恒定频率PWM控制调节输出电压，且主开关管电压应力小。其主要特点与ZCSQRS电路是一样的，即主开关管电流应力大，续流二极管电压应力大。由于谐振电感仍保持在主功率能量的传递通路上.因此，实 现 Z C S 的条件与电网电压、负载变化有很大的关系，这就制约了它在这些场合的作用。可以像Q R C 电路一样通过谐振为主功率开关管创造零电压或零电流开关条件，又可以使电路像常规P W M 电路一样，通过恒频占空比调制来调节输出电压。6.8 试比较ZVS PWM与 ZVT PWM这两种变换方式的优缺点。答：ZVS PWM变换电路既有主开关零电压导通的优点，同时，当输入电压和负

40、载在一个很大的范围内变化时.又可像常规PWM那样通过恒频PWM调节其输出电压,从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件，克服了42QRC变换电路中变频控制带来的诸多问题。但其主要缺点是保持了原QRC变换电路中固有的电压应力较大且与负载变化有关的缺陷。另外，谐振电感串联在主电路中，因此主开关管的ZVS条件与电源电压及负载有关。ZVT P W M 电路主功率管在零电压下完成导通和关断，有效地消除了主功率二极管的反向恢复特性的影响，同时又不过多的增加主功率开关管与主功率二极管的电压和电流应力ZVT P W M 变换器中的辅助开关是在高电压、大电流下关断，这就使辅助开关的开关损耗

41、增加，从而影响整个电路的效率。然而，无 论 是 ZCT PWM还是ZVT PWM的缺点都可以通过电路拓扑结构的改进来加以克服。6.9 零电流关断P W M 变换器与零电流关断准谐振变换器ZCS Q R C 在电路结构上有什么区别？特性上有哪些改进？答:ZCS PWM变换电路是在ZCS QRC电路的谐振电容G上并联一个辅助开关管心和 其 并 联 的 组 成 的。ZCS-PWM变换电路保持了 ZCS-QRC电路中主开关管零电流关断的优点；同时,当输入电压和负载在一个很大范围内变化时，又可像常规的PWM变换电路那样通过恒定频率PWM控制调节输出电压，且主开关管电压应力小。其主要特点与ZCSQRS电路

42、是一样的，即主开关管电流应力大，续流二极管电压应力大。6.10 零电压开通P W M 变换器与零电压开通准谐振变换器ZVS Q R C 在电路结构上有什么区别？特性上有哪些改进？答：ZVS PWM变换电路是在ZVS QRC电路的谐振电感L,上并联一个辅助开关管和乙组成的。ZVSPWM变换电路既有主开关零电压导通的优点，同时，当输入电压和负载在一个很大的范围内变化时，又可像常规PWM那样，通过恒频PWM调节其输出电压，从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件，克服了43QRC变换电路中变频控制带来的诸多问题。44第7章思考题与习题7.1开关电源与线性稳压电源相比有何优缺点？

43、答：(1)功耗小、效率高。开关管中的开关器件交替地工作在导通一截止和截止-导通的开关状态，转换速度快，这使得开关管的功耗很小，电源的效率可以大幅度提高，可达90%95%。(2)体积小、重量轻。开关电源效率高，损耗小，则可以省去较大体积的散热器；隔离变压用的高频变压器取代工频变压器，可大大减小体积，降低重量;因为开关频率高，输出滤波电容的容量和体积可大为减小。(3)稳压范围宽。开关电源的输出电压是由占空比来调节，输入电压的变化可以通过调节占空比的大小来补偿，这样在工频电网电压变化较大时，它仍能保证有较稳定的输出电压。(4)电路形式灵活多样，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场

44、合的开关电源。缺点为：存在开关噪声干扰。7.2功率因数校正电路的作用是什么？有哪些校正方法？其基本原理是什么？答：功率因数校正电路的作用是抑制山交流输入电流严重畸变而产生的谐波注入电网。校正方法有：无源校正和有源校正。无源校正的基本原理是：在主电路中串入无源L C 滤波器。有源校正的基本原理是：在传统的整流电路中加入有源开关，通过控制有源开关的通断来强迫输入电流跟随输入电压的变化，从而获得接近正弦波的输入电流和接 近 1 的功率因数。457.3 U P S 有何作用？它由几部分组成，各部分的功能是什么？答：UPS电源装置在保证不间断供电的同时;还能提供稳压，稳频和波形失真度极小的高质量正弦波电

45、源。后备式UPS由充电器、蓄电池、逆变器、交流稳压器、转换开关等部分组成。各部分的功能：当市电存在时，逆变器不工作，市电经交流稳压器稳压后，通过转换开关向负载供电，同时充电器工作，对蓄电池组浮充电。市电掉电时，逆变器工作，将蓄电池供给的直流电压变换成稳压，稳频的交流电压。转换开关同时断开市电通路，持通逆变器，继续向负载供电。在线式UPS由整流器、逆变器、蓄电池组、静态转换开关等部分组成。各部分功能：正常工作时，后电经整流器变换成直流，在经逆变器变换成稳压、稳频的正弦波交流电压供给负载。当市电掉电时，由蓄电池组向逆变器供电，以保证负载不间断供电，如果逆变器发生故障，则UPS通过静态开关切换到旁路，直接由市电供电。7.4 什么是T C R?什么是T S C?什么是S V G?它们各有何区别？答：TCR为晶闸管控制电抗器；TSC为晶闸管投切电容器；SVG为静止无功发生器。其中TCR和TSC是采用晶闸管开关的静止无功补偿装置；而SVG是采用自换相变流器的静止无功补偿装置。46