电力电子技术第5章-复习题-答案
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。
电力电子技术-第五章习题解析
交流－直流变换器(14)
3.题图5-2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：①晶闸管承受的最大反向电压为2
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：该变压器不存在直流磁化问题。
①在正半周时，VTl工作，变压器二次绕组上 半部分流过电流。变压器二次电压通过VTl加 在 VT2 两 端 ， 且 是 反 向 电 压 ， 其 最 大 值 是 。2 2U2
解：
Ud
=
2.34U2[1+ cos(α
+ π )] =
3
2.34× 400× (1+ cos 5 π )
6
= 125.4V
Id
= Ud Rd
= 12.54A
交流－直流变换器(14)
2.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。
ud
ua
ub
交流－直流变换器(14)
第5章 习题（1）
第1部分：简答题 1. 如题图5-1所示的单相桥式半控整流电路中可能发生失控现象，何为失 控，怎样抑制失控？
答：当 α 突然增大至 180o 或触发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压 器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管持续导通而两 个二极管轮流导通的情况，这使 ud 成为正弦半波，即半周期 ud 为正弦，另 外半周期 ud 为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时 的波形，称为失控。
6.PWM整流电路可分为 电压型 和电流型两大类，目前研究和应用较多的是 电压型 PWM整流电路。
7.PWM整流电路的控制方法有间接电流控制和直接电流控制 ，基于系统的 静态模型设计、动态性能较差的是间接电流控制，电流响应速度快、系统鲁棒
电力电子技术(第四版)课后答案
第5章逆变电路5.l.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阿,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。
5.2.换流方式各有那儿种?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追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。
5.3.什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持点是: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,直流测电惑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。
电力电子技术课后答案
电力电子技术课后答案第2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：u AK >0且u GK >0。
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1-43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I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 、I 、I 。
π4π4π25π4a)b)c)图1-431图1-43 晶闸管导电波形解：a)I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m=π2mI (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m=2mIπ2143+≈0.4767 I m b) I d2=π1⎰ππωω4)(sin t td I m=πmI (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t Im =22m I π2143+≈0.6741I mc) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41 I mI 3 =⎰22)(21πωπt d I m=21 I m4. 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≈126.56c) I m3=2 I = 314,I d3=41I m3=78.59. 试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。
电力电子技术(第二版)第5章答案
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。
③负载换流。
由负载提供换流电压称为负载换流。
这种换流方法多用于直流电源供电的负载电路中。
④强迫换流。
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。
换流回路的作用是利用储能元件中的能量，产生一个短暂的换流脉冲，使原来导通的晶闸管电流下降到零，再使它承受一段时间反压，便可关断。
强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称电容换流。
2.什么是电压型和电流型逆变器？它们各有什么特点？答：⑴直流侧是电压源的逆变器称为电压型逆变器。
电压型逆变器的特点如下：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由于直流电压源的箝位作用，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随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。
逆变桥各臂反并联的二极管为交流侧向直流侧反馈无功能量提供了通道。
④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。
因为直流电源电压无脉动，故传送功率的脉动由直流侧电流的脉动来实现。
⑵直流侧电源为电流源的逆变器称为电流型逆变器。
电流型逆变器有如下特点：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各开关管仅是改变直流电流流通途径，交流侧输出电流波形为矩形波，与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位因负载阻抗角的不同而异，其波形常接近正弦波。
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功率能量的作用。
因反馈无功能量时电流并不反向，故开关管不必反并联二极管。
电力电子技术课后习题重点(第五章~第七章)
4-4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？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。
4-8.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备用于什么场合?答:逆变电路多重化的目的之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。
逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来,使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消,就可以得到较为接近正弦波的波形。
组合方式有串联多重和并联多重两种方式。
串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。
串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。
并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。
在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。
当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。
5-1简述图5-la 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 t 。
，由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间，Uo=E 。
然后使V 关断一段时间off t ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，Uo=0。
一个周期内的平均电压0on offE t U t ⋅=⋅输出电压小于电源电压,起到降压的作用。
5-2．在图5-1a 所示的降压斩波电路中，已知E=200V ，R=10Ω，L 值微大，E=30V ，T=50μs ，ton=20μs ，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。
电力电子技术基本概念和基础知识练习带答案(大工复习)
电力电子技术基本概念和基础知识练习：（王兆安、黄俊第四版）第1章电力电子器件填空题：1.电力电子器件一般工作在_开关_状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为_开关损耗__。
3.电力电子器件组成的系统，一般由_控制电路_、_驱动电路_、_电力电子器件_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路_。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型_ 、双极型、_复合型_三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为_加正向压降导通、加反向压降关断_。
6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_肖特基二极管_、_快恢复二极管_。
7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为_阳极和阴极_ 正向有触发则导通、反向截止_关断_ 。
9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL_＞_IH 。
10.晶闸管断态不重复电压UDRM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDRM_＜_Ubo。
11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的_多元集成_结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为_开通_ 。
14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截至区_、前者的饱和区对应后者的_放大区__饱和区_。
15.电力MOSFET的通态电阻具有_正_温度系数。
16.IGBT 的开启电压UGE（th）随温度升高而_略降_，开关速度_小于_电力MOSFET17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是_智能功率集成电路_。
18.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压型_和_电流型_两类。
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第5/10章 直流-直流变换电路 习题与答案
第1部分：填空题
1.直流斩波电路完成的是直流到 另一种直流 的变换。
2.直流斩波电路中最基本的两种电路是 降压（Buck ） 电路和 升压（Boost ） 电路。
3.斩波电路有三种控制方式： 脉宽调制（PWM ）、脉频调制（PFM ） 和 PWM/PFM 混合调制 ，其中最常用的控制方式是：脉宽调制（PWM ） 。
4.脉冲宽度调制的方法是： 开关周期 不变， 开关导通 时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。
5.脉冲频率调制的方法是: 开关导通 时间不变， 开关周期 变化，导通比也能发生变化，达到改变输出电压的目的。
该方法的缺点是： 开关频率 的变化范围有限。
输出电压、输出电流中的 谐波频率 不固定，不利于滤波器的设计 。
6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流 平滑 。
7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L 在开关管导通期间将电能转换为磁能储存起来，以实现电压泵升 ，电容C 在开关管导通期间给负载供能以使输出电压连续平滑 。
8.升压斩波电路的典型应用有 直流电动机传动 和 功率因素校正（APFC ） 等。
9.升降压斩波电路和Cuk 斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0.5小于1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0小于0.5 。
10.设Buck 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =10V ，占空比D =0.6，则输出
电压U O ＝ 6V 。
11.设Boost 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =12V ，占空比D =0.8，则输出
电压U O ＝ 60V 。
13.开关型DC-DC 变换电路的三个基本元件是 开关管 、 电感 和 电容 。
14. 斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第 1 象限，升压斩
波电路能使电动机工作于第 2 象限，电流可逆 斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。
15.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第 1、2 象限。
16.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个 降压 斩波电路和一个 升压 斩波电
路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个 降压 斩波电路并联。
第3部分：计算题
1、已知一BUCK 型DC-DC 变换器的输入电压为V U V i 2010≤≤,输出电压U O 为5V ，纹波电压为O O U U %5.0=∆，负载电阻的变化范围为：Ω≤≤Ω101L R ，试： 1） 画出BUCK 变换器的主电路图
2） 求工作频率为10KHZ 和50KHZ 下所需临界电感、电容值 3） 选择晶体管的型号规格。
解：1）BUCK 变换器的主电路图如下所示
R L
+ -
2）占空比的范围：
i O U U D =
⇒min max i O i O U U D U U ≤≤，即：105205≤≤D ，
所以，5.025.0≤≤D
由于，临界电感为f R D L L
C 2)1(-=
，代入min D D =和max L L
R R =可得工作频率为10KHZ 和50KHZ 下所需临界电感分别为：
H f R D L L C μ3751010210
)25.01(2)1(3
10=⨯⨯⨯-=-=
H f R D L L C μ751050210
)25.01(2)1(3
50=⨯⨯⨯-=-=
3）取电感量为临界电感量的2倍，则 H L L C μ750375221010=⨯==
H L L C μ150********=⨯==
由此可得不同工作频率下的峰值电感电流为：
A Lf D U I I O O TP 25.51010107502)
25.01(5152)1(3
610=⨯⨯⨯⨯-+=-+
=-
A Lf D U I I O O TP 25.51050101502)
25.01(5152)1(3
610=⨯⨯⨯⨯-+=-+
=-
4) 根据
28)
1(LCf D U U O O -=
∆，移项可得
F
C μ250)1010(5%5.0107508)
25.01(52
3610=⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=
-
F C μ50)1050(5%5.0101508)
25.01(52
3610=⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=
-
5) 晶体管的电压、电流峰值为：
V U U i TM 20max ==
A I I TP TM 25.5==
2、已知BUCK 变换器的输入电压i U 范围为24~36V ，负载电阻L R 变化范围为Ω108~12，输出电压U O 为18V 。
若工作频率f =30KHZ 。
试： （1）画出BUCK 变换器主电路图
（2）若变换器在整个范围内工作在连续模式，求占空比变化范围； （3）求保证整个工作范围电感电流连续时的电感值； （4）当输出纹波电压O O U U %2=∆，求滤波电容值； （5）如取电感临界连续电流为2A ，求所需的电感量。
解：1）Buck 变换器的主电路图如下所示：
L
+ -
2）变换器的输出电压为：i O DU U =，所以，
5.03618
max min ===
i O U U D 75.024
18
min max ===i O U U D
所以，占空比的变化范围为：75.0~5.0 3）临界电感为：
i
O i
L O O C fU U U R D fP U L 2)
()1(22-=-= 所以，保证整个工作范围内电感电流连续时的电感值为：
H fU U U R D fP U L i O i L O O C μ90036
10302)
1836(1082)()1(23
max max max min min 2max =⨯⨯⨯-⨯=-=-= 4）取电感值H L μ900=,根据纹波要求，有：
F U U Lf U U U C O i O i O μ20018%5.036)1030(109.08)1836(188)(233max 2max min =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=∆-=-
所以，可取滤波电容的值为F μ470。
5）根据临界电感公式：i
O i
L O O C fU U U R D fP U L 2)
()1(22-=-=可知，电感临界连续电流为2A 时，所需的最小电感量为：
H D fP U L O O C μ75)5.01(18
21030218)1(23
2
min 2min =-⨯⨯⨯⨯=-=。