《电力电子技术》喜明、姚为正高等教育出版社课后答案.pdf

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1、第第 2 章章 思考题与习题思考题与习题 2.1晶闸管的导通条件是什么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。 2.2晶闸管的关断条件是什么晶闸管的关断条件是什么? 如何实现 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 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

2、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IH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UA决定。 2.3 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？ 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，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。 2.4 晶闸管的非正常导通方式有哪几种？晶闸管的非正常导通方式有哪几种

3、？ 答：非正常导通方式有：(1) Ig=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率 du/dt过高；(3) 结温过高。 2.5 请简述晶闸管的关断时间定义。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。 grrrq ttt+= 2.6 试说明晶闸管有哪些派生器件？试说明晶闸管有哪些派生器件？ 答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。 2.7 请简述光控晶闸管的有关特征。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

4、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。 2.8 型号为型号为KP100-3， 维持电流， 维持电流IH=4mA的晶闸管， 使用在图题的晶闸管， 使用在图题 1.8 所示电路中是否合理， 为什么 所示电路中是否合理， 为什么?(暂不考虑电压电流裕量暂不考虑电压电流裕量) 图题图题 1.8 课后答案网 课后答案网 答： （a）因为 HA ImA K V I= =2 50 100 ，所以不合理。 (b) 因为 A V IA20 10 200 = = , KP100 的电流额定值为 100，裕量达倍，太大 了。 （c）因为 A V IA150 1 150 = = ，大于额定值

5、，所以不合理。 2.9 图题图题 1.9 中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试计算各图的 电流平均值电流有效值和波形系数。 ，试计算各图的 电流平均值电流有效值和波形系数。 解：图(a)： IT(AV)=2 1 0 )(sinttdIm = m I IT= 0 2 )()sin( 2 1 tdtIm =2 m I Kf= )(AVT T I I =1.57 图题图题 19 图(b)： IT(AV)= 1 0 )(sinttdIm = 2 Im IT= 0 2 )()sin( 1 tdtIm = 2 m I Kf= )(AVT

6、T I I =1.11 图(c)： IT(AV)= 1 3 )(sinttdIm = 2 3 Im 课后答案网 课后答案网 IT= 3 2 )()sin( 1 tdtIm = Im m I63. 0 8 3 3 1 + Kf= )(AVT T I I =1.26 图(d)： IT(AV)=2 1 3 )(sinttdIm =4 3 Im IT= 3 2 )()sin( 2 1 tdtIm = Im m I52. 0 6 3 6 1 + Kf= )(AVT T I I =1.78 图(e)： IT(AV)=2 1 4 0 )( tdIm =8 m I IT= 4 0 2 )( 2 1 tdIm

7、= 22 m I Kf= )(AVT T I I =2.83 图(f)： IT(AV)=2 1 2 0 )( tdIm =4 m I IT= 2 0 2 )( 2 1 tdIm =2 m I Kf= )(AVT T I I =2 2.10 上题中，如不考虑安全裕量，问额定电流上题中，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电流分别 是多少 的晶闸管允许流过的平均电流分别 是多少? 解：(a)图波形系数为 1.57，则有： 1.57 )(AVT I =1.57100A , IT(AV) = 100 A (b)图波形系数为 1.11，则有： 1.11 )(AVT I =1.5

8、7100A , IT(AV)=141.4A (c)图波形系数为 1.26，则有： 1.26 )(AVT I =1.57100A , IT(AV)=124.6A (d)图波形系数为 1.78，则有： 1.78 )(AVT I =1.57100A , IT(AV)=88.2A (e)图波形系数为 2.83，则有： 2.83 )(AVT I =1.57100A, IT(AV)=55.5A (f)图波形系数为 2，则有： 2 )(AVT I =1.57100A , IT(AV)=78.5A 课后答案网 课后答案网 2.11 某晶闸管型号规格为某晶闸管型号规格为 KP200-8D，试问型号规格代表什么意

9、义，试问型号规格代表什么意义? 解：KP代表普通型晶闸管，200 代表其晶闸管的额定电流为 200A，8 代表晶闸管的正 反向峰值电压为 800V，D代表通态平均压降为 VUV T 7 . 06 . 0 ddd IUP = 。 相控整流电路带大电感负载时，虽然Ud存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻Rd 课后答案网 课后答案网 上的Ud与Id的乘积等于负载有功功率。 5.6 某电阻性负载要求某电阻性负载要求 024V直流电压，最大负载电流直流电压，最大负载电流Id=30A，如采用由，如采用由 220V交流直接 供电和由变压器降压到 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

10、流电路，是否两种方案都能满足要求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。 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交流直接供电当时： o 0= Udo=0.45U2=0.45220 =99V 由变压器降压到 60V供电当时： o 0= Ud=0.45U2=0.4560 =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 220V 交流直接供电时： 2 cos1 45. 0 2 + =U

11、Ud ， Ud=24V时 o 121 ooo 59121180= VUUT3112 2 = Atdt R U IT84sin 2 2 1 0 22 = =8 . 0 30 24 d d I U R A I I T AVT 54 57. 1 84 57. 1 )( = 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 WRIP8 .56448 . 0842 2 2 = 电源提供视在功率 kVAIUS58.1822084 22 = 电源侧功率因数 305. 0= S P PF (2) 采用变压器降压到 60V 供电： 2 cos1 45. 0 2 +

12、 =UUd ， Ud=24V时 , o 39 ooo 14139180= VUUT4 .842 2 = 课后答案网 课后答案网 Atdt R U IT38.51sin 2 2 1 0 22 = =8 . 0 30 24 d d I U R A I I T AVT 7 .32 57. 1 38.51 57. 1 )( = 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 65.4A。 变压器二次侧有功功率 WRIP21128 . 038.51 2 2 2 = 变压器二次侧视在功率 kVAIUS08. 338.5160 22 = 电源侧功率因数 68. 0= S P PF 5

13、.7 某电阻性负载，某电阻性负载，Rd=50,要求要求Ud在在 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： 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；晶闸管额定电压、电流值； (2) 连接负载的导线截面积连接负载的导线截面积(导线允许电流密度导线允许电流密度j=6Amm2)； (3) 负载电阻上消耗的最大功率。负载电阻上消耗的最大功率。 解： （1）单相半波时, o 0= V U U d 1333 45. 0 600 45. 0 2 = , A R U I d d d 12 50 600 = 晶闸管的最大电流有

14、效值 AII dT 8 . 1857. 1= 晶闸管额定电流为 IT(AV) = 57. 1 T I 12(A) 晶闸管承受最大电压为 2 2UURM =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 2 13 . 3 6 8 . 18 mm J I S= 负载电阻上最大功率 kWRIP TR 7 .17 2 = （2）单相全控桥时, o 0= V U U d 667 9 . 0 600 9 . 0 2 = , A R U I d d d 12 50 600 = 负载电流有效值 AII d 3 . 1311 . 1 = (Kf=1.

15、11) 晶闸管的额定电流为 IT(AV) = 57. 1 T I 6(A) IT= 2 I 课后答案网 课后答案网 晶闸管承受最大电压为 2 2UURM =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 20A。 所选导线截面积为 2 22 . 2 6 3 . 13 mm J I S= 负载电阻上最大功率 kWRIPR9 . 8 2 = 5.8 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 5.8 所示。所示。 (1) 说明整流变压器有无直流磁化问题说明整流变压器有无直流磁化问题? (2) 分别画出电阻性

16、负载和大电感负载在分别画出电阻性负载和大电感负载在=60时的输出电压时的输出电压Ud、电流、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 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，分别计算其输出直流电压值Ud。 （3）画出电阻性负载）画出电阻性负载=60时晶闸管两端的电压时晶闸管两端的电压uT波形，说明该电路晶闸管承受的最大 反向电压为多少 波形，说明该电路晶闸管承受的最大 反向电压为多少? 图题图题 5.8 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

17、。 电阻性负载： VUUd 5 . 148 2 )60cos1 (2209 . 0 2 cos1 9 . 0 0 2 = + = + = 感性负载： VUUd99cos9 . 0 2 = (3)其波形如下图所示，晶闸管承受的最大反向电压为2 22U 。 课后答案网 课后答案网 5.9 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 处， 分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为 10和和 20时负载两端的电压时负载两端的电压 ud波形。波形。 解： 三相半波相控

18、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，触发脉冲宽度为 10时，不能触发晶闸管， ud=0。触发脉冲宽度 为 15时，能触发晶闸管，其波形图相当于=0时的波形。 2.10 三相半波相控整流电路带大电感负载，三相半波相控整流电路带大电感负载， Rd=10， 相电压有效值， 相电压有效值U2=220V。 求。 求=45 时负载直流电压时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流、流过晶闸管的平均电流IdT和有效电流和有效电流IT，画出，画出ud、iT2、uT3的波形。的波形。 解： = + + )(sin2 3/2 1 2 6 5 6 ttdUUd 1

19、.17 cos 2 U 因为：220V ， = 2 U 0 45= Ud=1.17=182V o 45cos 2 U A V R U I d d d 2 .18 10 182 = = AIII dd T dT 1 . 6 3 1 2 = AIII dd T T 5 . 10 3 1 2 = ud、iT2、uT3波形图如下所示： 课后答案网 课后答案网 5.11 在图题在图题 2.11 所示电路中，当所示电路中，当=60时，画出下列故障情况下的时，画出下列故障情况下的ud波形。波形。 (1) 熔断器熔断器 1FU 熔断。熔断。 (2) 熔断器熔断器 2FU 熔断。熔断。 (3) 熔断器熔断器 2

20、FU、3FU 同时熔断。同时熔断。 图题图题 2.11 解：这三种情况下的波形图如下所示： (a) (b) 课后答案网 课后答案网 (c) 5.12 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都是都是 40A，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，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 o 0= 单相半波：IdT=Id=40A AII dTT 8 . 6257 . 1 = (Kf=1.57) 单相桥式：IdT=2 1 Id=20A AII dT 3 .28

21、2 1 = 三相半波：IdT=3 1 Id=13.3A 当时 U 0 0= d=1.17U2 U2=Ud/1.17 oo 30o 时 )2cos 2 3 3 2 ( 2 1 2 += d T R U I A Id 5 .23) 2 3 3 2 ( 2 1 17. 1 += 5.13 三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4，要求，要求Ud从从 0220V之间变 化。试求： 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。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、电流取计算晶闸管电压、

22、电流值，如电压、电流取 2 倍裕量，选择晶闸管型号。倍裕量，选择晶闸管型号。 解： （1）因为Ud=2.34U2 cos ；不考虑控制角裕量，时 o 0= V U U d 94 34. 2 2 = VUU l 2 .1683 22 = （2）晶闸管承受最大电压为 VU3 .2306 2 = 取 2 倍的裕量,URM=460.6V 课后答案网 课后答案网 晶闸管承受的平均电流为IdT=3 1 Id 又因为 A V R U I d d d 55 4 220 = = 所以IdT=18.33A，取 2 倍的裕量IdTmax=36.67(A) 选择 KP505 的晶闸管。 5.14 单结晶体管触发电路中

23、， 作为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， 电路能否 正常工作 的削波稳压管两端如并接滤波电容， 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如稳压管损坏断开，电路又会出现什么情况? w D 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。 w D 5.15 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，电动机负载电流为 40A，负载回路总电阻为，负载回路总

24、电阻为 0.2，求当，求当=60时流过晶闸管的电 流平均值与有效值、电动机的反电势。 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：IdT=3 1 Id=40/3=13.3 电流有效值为： AI I I d d T 23511. 0 3 = 设电动机的反电势为ED，则回路方程为： LdDd RIEU+= 而 VUttdUUd7 .128cos17. 1)(sin2 3/2 1 6 5 6 22 = + + 所以 VED7 .1202 . 0407 .128= 5.16 三相全控桥电路带串联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的电动机负载，已知变压

25、器二次电压为 100V，变压器每 相绕组折合到二次侧的漏感 ，变压器每 相绕组折合到二次侧的漏感L1为为 100H，负载电流为，负载电流为 150A，求：，求： (1)由于漏抗引起的换相压降；由于漏抗引起的换相压降； (2)该压降所对应整流装置的等效内阻及该压降所对应整流装置的等效内阻及 =0时的换相重叠角。时的换相重叠角。 解：(1) 2 3 1d IX U=V5 . 1 2 150101005023 6 = = (2) = ) 6 2 (coscos 2 11 U Id o 11) 1006 15010100502 1 (cos 6 1 = 课后答案网 课后答案网 等效内阻 =01. 0

26、150 5 . 1 A V r 5.17 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 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，而电路过载或短路时更易损坏晶闸管。 5.18 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？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

27、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2 的区域内使Ud0。 有源逆变的作用： 它可用于直流电机的可逆调速，绕线型异步电动机的串级调速，高压电流输电太阳能发 电等方面。 5.20 无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？ 答：有源逆变电路是把逆变电路的交流侧接到电网上，把直流电逆变成同频率的交流反 送到电网去。 无源逆变电路的交流侧直接接到负载， 将直流电逆变成某一频率或可变频率的 交流供给负载。 5.

28、21 有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？为什么？有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？为什么？ 答：最小有源逆变角受晶闸管的关断时间tq折合的电角度、换相重叠角以及安全裕量角 的限制。如果不能满足这些因素的要求的话，将导致逆变失败。 第 6 章 思考题与习题第 6 章 思考题与习题 6.1 在单相交流调压电路中，当控制角小于负载功率因数角时为什么输出电压不可控？在单相交流调压电路中，当控制角小于负载功率因数角时为什么输出电压不可控？ 答：当 180如果采用窄脉冲触发， 当下的电流下降为零，T2的门极脉冲已经消失而无法导通，然后T1重复第一周期的工作，这 样导致先触发一只晶闸管导通，而另一只管子不能

29、导通，因此出现失控。 6.2 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？ 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 课后答案网 课后答案网 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，这样就可以在负载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，输出电压一周期所含电网电压数就越

30、少，波 形畸变严重。一般认为：输出上限频率不高于电网频率的 3 1 2 1 。而当输出电压升高时， 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。 6.3 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？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T1 、T2 或采用双向晶闸管 T相联

31、。当电源处于正半周时，触发T1 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T2 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 压全部加到负载。输出交流电压。 6.4 交流调压和交流调功电路有何区别？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

32、出的平均功率， 实 现交流调功。 6.5 一电阻炉由单相交流调压电路供电，如一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，试求功率为时为输出功率最大值，试求功率为 80%，50%时的控制角时的控制角。 解：=0时为输出电压最大值 1 2 0 max0 )sin2( 1 UtdtUU= 负载上最大电流为 R U R U I 1max0 max0 = 输出最大功率 R U IUP oo 2 1 maxmaxmax = 输出功率为 80%时， R U PP 2 1 max )8 . 0( 8 . 0= ， 1 8 . 0 UUo= 而 a aUUo +=2sin 2 1 1 课后答案网

33、课后答案网 故 o 54.60= 输出功率为最大值的 50%时， R U PP 2 1 max )5 . 0( 5 . 0= ， 1 5 . 0 UUo= 而 a aUUo +=2sin 2 1 1 故 o 90= 6.6 一交流单相晶闸管调压器，用作控制从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交流电源送至电阻为 0.5，感抗为，感抗为 0.5的串联负载电路的功率。试求：的串联负载电路的功率。试求： （1） 控制角范围；） 控制角范围； （2） 负载电流的最大有效值。） 负载电流的最大有效值。 解：(1) 负载阻抗角为：45 . 0 5 . 0 =arctg R L

34、arctg 最小控制角为 4 min = 故控制范围 4 (2) 4 min = 处，输出电压最大，电流也最大，故最大有效值为： A XR U I L 311 5 . 05 . 0 220 222 2 0 = + = + = 6.7 试述单相交试述单相交-交变频电路的工作原理。交变频电路的工作原理。 答：其电路有两组整流圈，一组为正组整流器，另一组为反组整流器，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 900逐渐减

35、小，然后再从 090 逐渐增大。那么正组整流电流的输出电压的平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。 6.8 交-交变频电路的输出频率有何限制？ 6.8 交-交变频电路的输出频率有何限制？ 答：交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 课后答案网 课后答案网 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

36、率为 50HZ，交交变频电路的输 6.9 三相交-交变频电6.9 三相交-交变频电 出上限频率约为 20Hz。 路有哪两种接线方式？它们有什么区别？ 路有哪两种接线方式？它们有什么区别？ 答：第一种：公共交流母线方法。它由三组彼此独立的，输出电压相位相互错开 120 的 单相 式。由三组彼此独立的，输出电位相互错开 120的单相交 交变频电路组成， 第第 7 章思考题与习题章思考题与习题 7.1 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？ 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？ ：高频化可以减小滤波器的参数，减小变压器的体

37、积从而使装置小型化、轻型化； 压器 ？ 为零时关断则称 为硬 些措施， 如改变电路结构和控制策略， 使开关器件被 施加 会产生损耗和噪声，这种开 通方式为零电压开通；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 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 共电源进线通过线电抗器接在公共的交流母线上。 三相交交变频电路的 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

38、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。 答 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 输入正弦波时， fNBSU44. 4= ，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， 。 7.2 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 关断。硬开通、硬关断统称为硬开关。在硬开关过程中，开关器件在较高电压下承载有

39、 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 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。 7.3 零开关，即零电压开通和零电流关断的含义是什么？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 课后答案网 课后答案网 断。 ：准谐振变换电路、

40、零开关 PWM 变换电路和零转换 PWM 变换电路。 作？ 与恒比较，在变频下工作的变换器有哪些缺点？ 作？ 与恒比较，在变频下工作的变换器有哪些缺点？ 电源不输出能量， 而这段时间段的长短与 、的谐振周期有关。、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 QRC，因为在一个开关周期中，仅在期间 电源 7.5 软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样的？各有什么特点？软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样的？各有什么特点？ 答 见教材

41、 7.9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方式下工方式下工 频频 PWM 变换器相变换器相 答：对于零电压开通准谐振变换器ZVS QRC，在一个开关周期 s T 中，仅在 tt 期间42 r C r L 当r C r L s f s T s f s T 2 0t 输出功率， 32 tt 期间r C 向电源回馈能量。 而当r C 、r L 的值一定时谐振周期 r r f T 1 = 是不变的，变换电路的开关频率越高，就越小，的相对导通时间（电源输出功率的 s f s T T 时间） s T t2 出功率。因此适宜于变

42、频方式工作。 PW 而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创 造了 段间隔，这实 际上 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 那样而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计 创造 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 拖尾管及二极管的 增长，将使输出电压、输出功率增大，需要改变开关频率来调控输出电压和输 恒频M 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 良好的条件，克服了 QRC 变换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

43、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 使得电路只能通过改变开关周期来改变输出电压，即采用调频方式。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。 7.11 软开关软开关 PWM 的含义是什么？的含义是什么？ 答： 恒频PWM变 通过恒频 PWM 调节其输出电压，从 了良好的条件。 7.12 试比较试比较 ZCS PWM 与与 ZCT PWM 这两种变换方式的优缺点。这两种变换方式的优缺点。 答：ZCT PWM 电路 的大功率电力电子器件的关断损耗，并且没有明显增加

44、主功率开关 课后答案网 课后答案网 电压 小。其主要特点与 ZCS QRS 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 压器 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 ？ 并联的组成的。 当输 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 、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 ZVS 条件所需的环 流能量也不大。ZCT PW

45、M 电路变换器的开通是典型的硬开关方式， ZCSPWM 变换电路的输入电压和负载在一个很大范围内变化时，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 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 ZCS 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 QRC 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 PWM 电路一样，通过恒频占空比调制来 调节输出电压。 7.13 试比较试比较 ZVS PWM 与与 ZVT

46、PWM 这两种变换方式的优缺点。这两种变换方式的优缺点。 答：ZVS PWM 变 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 、 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 PWM 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 PWM 变换器中的辅助开关是在高电压、 大电流下关断， 这

47、就使辅助开关的开关损耗增加， 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。 7.14 零电流关断零电流关断 PWM 变换器与零电流关断准谐振变换器变换器与零电流关断准谐振变换器 ZCS QRC 在电路结构上有 什么区别？特性上有哪些改进 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 r C 上并联一个辅助开关管 2 T 和其 2 D ZCSPWM 变换电路保持了 ZCSQRC 电路中主开关管零电流关断的优点；同时，入 电压和负载在一个很大 调节输出电压，且主开关管电压应力小。其主要特点与 ZCS QRS 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。 7.15 零电压开通零电压开通 PWM 变换器与零电压开通准谐振变换器变换器与零电压开通准谐振变换器 ZVS QRC 在电路结构上有 什么区别？特性上有哪些改进