第五章：电力电子习题解答
电力电子技术课后习题答案(第2—5章)
第2章 整流电路2. 2图2-8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22U 2;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问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中，在正负半周上下绕组中的电流方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不存在直流磁化的问题。
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。
①以晶闸管VT2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VT2承受的最大电压为22U 2。
②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角α相同时，对于电阻负载：(O~α)期间无晶闸管导通，输出电压为0；(α~π)期间,单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VTl 、VT4导通，输出电压均与电源电压U 2相等；( π~απ+)期间均无晶闸管导通，输出电压为0；(απ+~2π)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出电压等于－U 2。
对于电感负载： ( α~απ+)期间，单相全波电路中VTl 导通，单相全控桥电路中VTl 、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等； (απ+~2απ+)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出波形等于-U2。
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。
2.3.单相桥式全控整流电路，U 2=100V ，负载中R=20Ω，L 值极大，当α=︒30时，要求：①作出U d 、I d 、和I 2的波形；②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解：①Ud 、Id、和I2的波形如下图：②输出平均电压Ud 、电流Id、变压器二次电流有效值I2分别为：Ud =0.9U2cosα=0.9×100×cos︒30＝77.97（V）Id＝Ud/R=77.97/2=38.99(A)I2=Id=38.99(A)③晶闸管承受的最大反向电压为：2U2=1002=141.4(V) -考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN=(2~3)×141.4=283~424(V)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
电力电子第四版 第5章 思考题与习题答案详解
习题与思考题1.无源逆变电路和有源逆变电路有什么不同？答： 有源逆变是将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电返送 到电网。
应用于直流电机的可逆调速、绕线转子异步电机的串级调速、高压直流输电和太阳 能发电等方面。
无源逆变是逆变器的交流侧直接接到负载，即将直流电逆变成某一频率或可 变频率的交流电供给负载。
蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需 要采用无源逆变电路。
2.电力电子电路中的开关器件有哪些换流方式？各有什么特点？答：换流方式可分为以下四种：①器件换流：利用全控型器件(GTO、GTR、IGBT和电力 MOSFET等)的自关断能力进 行换流。
②电网换流：由电网提供换流电压称为电网换流。
在换流时，只要把负的电网电压 施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。
这种换流方式不需要器件具有门极可关断能力，也 不需要为换流附加元件，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。
③负载换流：由负载提 供换流电压称为负载换流。
在负载电流相位超前于负载电压的场合， 即负载为电容性负载时， 可实现负载换流。
④强迫换流：强迫换流需要设置附加的换流电路。
给欲关断的晶闸管强迫 施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。
强迫换流通常利用附加电容上储存的能 量来实现，也称为电容换流。
上述四种换流方式中，器件换流只适用于全控型器件，其余方式针对晶闸管而言。
3.什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路？各有什么特点？答：逆变电路按照直流侧电源性质，可分为电压型逆变电路和电流型逆变电路两类。
直流侧 电源是电压源的逆变电路，称为电压型逆变电路，而直流侧电源为电流源的逆变电路，称为 电流型逆变电路。
电压型逆变电路有如下主要特点：1）直流侧为电压源或并联大电容，电容抑制了直流电压纹波，使直流侧电压基本无脉 动，直流侧近似为恒压源，直流回路呈现低阻抗。
2）输出电压为矩形波，输出的电流波形和相位因负载阻抗不同而不同。
电力电子技术习题(附参考答案)
电力电子技术习题（附参考答案）一、单选题（共20题，每题1分，共20分）1、单相全控桥式整流电路电阻性负载中，控制角的最大移相范围是（）A、150°B、180°C、120°D、90°正确答案：B2、电流型三相桥式逆变电路，120°导通型，则在任一时刻开关管导通的个数是不同相的上、下桥臂( )。
A、共三只B、共四只C、各一只D、各二只正确答案：C3、单相全控桥式整流电路大电感性负载中，控制角的最大移相范围是（）A、180°B、90°C、120°D、150°正确答案：B4、对于升降压直流斩波器，当其输出电压小于其电源电压时，有（）。
A、α无法确定B、0.5<α<1C、0<α<0.5D、以上说法均是错误的正确答案：C5、为了防止逆变失败，最小逆变角限制为（），单位为度。
A、30～35B、20～25C、10～15D、40～45正确答案：A6、已经导通的晶闸管的可被关断的条件是流过晶闸管的电流（）A、减小至维持电流以下B、减小至擎住电流以下C、减小至门极触发电流以下D、减小至5A以下正确答案：A7、电力电子器件一般工作在（）状态A、开关B、放大C、开关和放大D、其他正确答案：A8、在晶闸管整流电路中，变压器二次侧所供给的有功功率P＝（）A、I2RdB、I2dRdC、UIdD、U2Id正确答案：D9、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（）。
A、PWMB、PAMC、SPWMD、SPAM正确答案：C10、在晶闸管应用电路中，为了防止误触发应将幅值限制在不触发区内的信号是（）A、干扰信号和触发信号B、干扰信号C、触发电流信号D、触发电压信号正确答案：B11、当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在（）A、关断状态B、饱和状态C、不定D、导通状态正确答案：A12、单相全控桥式整流大电感负载电路中，控制角α的移相范围是（）A、0度-90度B、0度C、90度-180度D、180度-360度正确答案：A13、IGBT属于（）控制型元件。
电力电子技术最新版配套习题答案详解第5章
目录第1章电力电子器件 (1)第2章整流电路 (4)第3章直流斩波电路 (20)第4章交流电力控制电路和交交变频电路 (26)第5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 (42)第5章逆变电路1．无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
2．换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。
强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。
晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
3．什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。
答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是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：①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③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。
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。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
电力电子技术第五版课后答案
电力电子技术第五版课后习题答案第二章 电力电子器件2-1 与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。
2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区，也称漂移区。
低掺杂N 区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。
2-2. 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：uAK>0且uGK>0。
2-3. 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。
2-4 图2-27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 π4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m=π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m=41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m 2-5 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35，I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.52-6 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构,为什么GTO 能够自关断,而普通晶闸管不 能? 答：GTO 和普通晶阐管同为PNPN 结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管 V1、V2，分别具有共基极电流增益a1和a2，由普通晶阐管的分析可得,a1+a2=1是器件临界导通的条件。
电力电子课后习题答案 5
第五章 直流—直流交流电路1．简述图5-1a 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t on ,由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间,u o ＝E 。
然后使V 关断一段时间t off ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，u o ＝0.一个周期内的平均电压U o ＝E t t t ⨯+offon on。
输出电压小于电源电压，起到降压的作用。
2．在图5-1a 所示的降压斩波电路中,已知E =200V ，R =10Ω，L 值极大，E M =30V ,T =50μs ,t on =20μs ,计算输出电压平均值U o ,输出电流平均值I 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U o =E T t on =5020020⨯=80（V)输出电流平均值为I o =R E U M o -=103080-=5（A)3．在图5-1a 所示的降压斩波电路中，E =100V ， L =1mH,R =0。
5Ω，E M =10V ，采用脉宽调制控制方式,T =20μs ，当t on =5μs 时，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o ，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t on =3μs 时，重新进行上述计算。
解：由题目已知条件可得：m =E E M =10010=0。
1τ=RL =5.0001.0=0.002 当t on =5μs 时，有ρ=τT =0。
01αρ=τont =0。
0025由于11--ραρe e =1101.00025.0--e e =0.249>m 所以输出电流连续。
此时输出平均电压为U o =E T t on =205100⨯=25（V) 输出平均电流为I o =R E U M o -=5.01025-=30（A) 输出电流的最大和最小值瞬时值分别为I max =R E m e e ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----ραρ11=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----e e =30.19（A ）I min =R E m e e ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---11ραρ=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---e e =29。
电力电子技术(第二版)第5章答案
解：输出线电压的基波幅值
输出线电压的有效值
输出线电压中五次谐波 的表达式为：
其有效值为：
输出相电压的基波幅值
输出相电压的有效值
6.SPWM逆变器有哪些优点？其开关频率的高低有什么利弊？
4.电压型逆变器中反馈二极管的作用是什么？
答：在电压型逆变器中，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。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。
12.什么是自然采样法和规则采样法？
答：按照SPWM控制的基本原理，可在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关管的通断，这种生成SPWM波形的方法称为自然采样法。规则采样法是一种应用较广的工程使用方法，它的效果非常接近自然采样法。
13.逆变器多重化的目的是什么？如何实现？
答：逆变电路多重化的目的：一是使总体上装置的功率等级提高；二是可以改善输出电压的波形。因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波，还是电流型逆变电路输出的矩形电流波，都含有较多谐波，对负载有不利影响；采用多重逆变电路，可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。
第五章
1.换流方式有哪几种?各有什么特点?
答:换流方式有4种:
1器件换流。利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。
2电网换流。由电网提供换流电压称为电网换流。这种换流方式应用于由交流电网供电的电路中，它是利用电网电压自动过零并变负的性能来实现换流的。
电力电子(王兆安)课后习题答案补充第五章
第五章：11．试分析正激电路和反激电路中的开关和整流二极管在工作时承受的最大电压。
解：正激电路和反激电路中的开关和整流二极管在工作时承受最大电压的情况如下表所示：开关S整流二极管VD正激电路113(1)N U N +213N U N 反激电路103i N U U N +201i N U U N +12．试分析全桥、半桥和推挽电路中的开关和整流二极管在工作中承受的最大电压，最大电流和平均电流。
答：以下分析均以采用桥式整流电路为例。
①全桥电路最大电压最大电流平均电流开关Si U 21d N I N 212dN I N 整流二极管21i N U N dI 12d I ②半桥电路最大电压最大电流平均电流开关Si U 21d N I N 212dN I N 整流二极管212i N U N dI 12d I ③推挽电路(变压器原边总匝数为2N 1)最大电压最大电流平均电流开关S2i U 21d N I N 212dN I N 整流二极管21i N U N dI 12d I 13．全桥和半桥电路对驱动电路有什么要求?答：全桥电路需要四组驱动电路，由于有两个管子的发射极连在一起，可共用一个电源所以只需要三组电源；半桥电路需要两组驱动电路，两组电源。
14．试分析全桥整流电路和全波整流电路中二极管承受的最大电压，最大电流和平均电流。
解：两种电路中二极管承受最大电压：电流及平均电流的情况如下表所示：最大电压最大电流平均电流全桥整流m U d I 12d I 全波整流2mU dI 12d I 15．一台输出电压为5V 、输出电流为20A 的开关电源：①如果用全桥整流电路，并采用快恢复二极管，其整流电路中二极管的总损耗是多少?②如果采用全波整流电路，采用快恢复二极管、肖特基二极管整流电路中二极管的总损耗是多少？如果采用同步整流电路，整流元件的总损耗是多少?注：在计算中忽略开关损耗，典型元件参数见下表。
元件类型型号电压(V)电流(A)通态压降(通态电阻)快恢复二极管25CPFl0100250.98V 肖特基二极管3530CPQ03530300.64v MOSFETIRFP04860700.018Q解：①、总损耗为：11440.982039.2()22d d U I W ⨯=⨯⨯⨯=②采用全波整流电路时：采用快恢复二极管时总损耗为：10.982019.6()2d d U I W ⨯=⨯=采用肖特基二极管时总损耗为：10.642012.8()2d d U I W ⨯=⨯=采用同步整流电路时，总损耗为：2222220)0.0187.2()2I R W ⨯=⨯⨯⨯=。
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第五章逆变电路
习题及思考题
１．无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？
答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
２．换流方式各有那几种？各有什么特点？
答：换流方式有4种：
①器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
②电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
③负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。
④强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。
３．什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。
答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的逆变电路称为：电压型逆变电路；直流侧是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：
①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③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。
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。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
③ 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。
因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
４．电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？
答：当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，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，同时反馈二极管也起着使负载电流连续的作用。
在电流型逆变电路中，虽交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，但直流侧电感起到缓冲无功能量的作用，并且直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
５．三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，U d ＝100V 。
试求输出相电压的基波幅值U UN1m 和有效值U UN1、输出线电压的基本幅值U UV1m 和有效值U UV1、输出线电压中5次谐波的有效值U UV5。
答：根据公式（5－12），可得相电压的基波幅值为：
U UN1m ＝
）（＝＝V .U .U d d 76363702π （5－14） 相电压基本有效值为：U UN1）
（＝＝＝V U .U d m
UN 4545021 （5－15） 根据公式（5－8），可得线电压的基本幅值为：
U UV1m ＝
）（＝＝V U .U d d 1101132π （5－10） 线电压基本有效值为：U UV1＝）
（＝＝V U .U d m
UV 7878021 （5－11） 线电压中5次谐波的有效值为：
U UV5＝
）（＝＝V .U U d d 615562532π
π
６．并联谐振逆变电路利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件？
答：在并联谐振逆变电路中是利用负载电压进行换相的，因此要求负载电流应略超前负载电压，即负载电路总体上工作在容性小失谐的情况下。
７．串联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是什么？试分析换相过程。
答：在串联二极管式电流型逆变电路中，各桥臂之间换流采用强迫换流方式。
换流过程
可分为恒流放电和二极管换流两个阶段，在恒流放电结束后，二极管为换流电容反向充电提供通道。
析换相过程的原理见教材144页～145页。
８．逆变电路多重化的目的是什么？如何实现？串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合？
答：在逆变电路中，电压型电路输出的电压是矩形波；对电流型电路来说输出的电流也是矩形波。
因矩形波中含有较多的谐波，会对负载产生不利的影响。
为此，可采用多重逆变电路把几个矩形波组合起来，使输出电压更接近正弦波形。
实现方法和应用场合见教材146页～148页。