1、第 2 章思考題與習(xí)題交大教材2.1 晶閘管的導(dǎo)通條件是什么?導(dǎo)通后流過(guò)晶閘管的電流和負(fù)載上的電壓由什么決定?答：晶閘管的導(dǎo)通條件是：晶閘管陽(yáng)極和陽(yáng)極間施加正向電壓，并在門(mén)極和陽(yáng)極間施加 正向觸發(fā)電壓和電流（或脈沖）。導(dǎo)通后流過(guò)晶閘管的電流由負(fù)載阻抗決定，負(fù)載上電壓由輸入陽(yáng)極電壓UA決定。2.2 晶閘管的關(guān)斷條件是什么?如何實(shí)現(xiàn)?晶閘管處于阻斷狀態(tài)時(shí)其兩端的電壓大小 由什么決定?答：晶閘管的關(guān)斷條件是：要使晶閘管由正向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，可采用陽(yáng)極電 壓反向使陽(yáng)極電流IA減小，IA下降到維持電流IH以下時(shí)，晶閘管內(nèi)部建立的正反饋無(wú)法進(jìn)行。 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)晶閘管的關(guān)斷，其兩端電壓大小由電源電壓UA

2、決定。2.3 溫度升高時(shí)，晶閘管的觸發(fā)電流、正反向漏電流、維持電流以及正向轉(zhuǎn)折電壓和反 向擊穿電壓如何變化？答：溫度升高時(shí)，晶閘管的觸發(fā)電流隨溫度升高而減小，正反向漏電流隨溫度升高而增 大，維持電流IH會(huì)減小，正向轉(zhuǎn)折電壓和反向擊穿電壓隨溫度升高而減小。2.4 晶閘管的非正常導(dǎo)通方式有哪幾種？答：非正常導(dǎo)通方式有：(1) Ig=0，陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值；(1) 陽(yáng)極電壓上升率du/dt過(guò)高；(3) 結(jié)溫過(guò)高。2.5 請(qǐng)簡(jiǎn)述晶閘管的關(guān)斷時(shí)間定義。 答：晶閘管從正向陽(yáng)極電流下降為零到它恢復(fù)正向阻斷能力所需的這段時(shí)間稱(chēng)為關(guān)斷時(shí)間。即 tq = trr + t gr 。2.6 試說(shuō)明晶閘管有哪些

3、派生器件？ 答：快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、光控晶閘管等。2.7 請(qǐng)簡(jiǎn)述光控晶閘管的有關(guān)特征。 答：光控晶閘管是在普通晶閘管的門(mén)極區(qū)集成了一個(gè)光電二極管，在光的照射下，光電二極管電流增加，此電流便可作為門(mén)極電觸發(fā)電流使晶閘管開(kāi)通。主要用于高壓大功率場(chǎng)合。2.8 型號(hào)為KP100-3，維持電流IH=4mA的晶閘管，使用在圖題 1.8 所示電路中是否合理， 為什么?(暫不考慮電壓電流裕量)圖題 1.8答：（a）因?yàn)镮 A =100V50K= 2mA < I H，所以不合理。I A(b) 因?yàn)榱恕? 200V10= 20 A,KP100 的電流額定值為 100，裕量達(dá)倍，太大I A（c

4、）因?yàn)? 150V1= 150 A，大于額定值，所以不合理。2.9 圖題 1.9 中實(shí)線部分表示流過(guò)晶閘管的電流波形，其最大值均為Im，試計(jì)算各圖的 電流平均值電流有效值和波形系數(shù)。m1 IT(AV解：圖(a)：I)= 20sin td (t ) I m= 1 2 I mIT=2 0 ( I m sin t )I Td (t )= 2Kf= I T ( AV )=1.571圖(b)：IT(AV)= 圖題 190 I m sin td (t )2= Im1 2I mIT= 0 (I m sin t )I Td (t )=2Kf= I T ( AV )1 =1.113圖(c)：IT(AV)= I

5、m sin td (t )3 =2 Im1 21 3IT= ( I m sin t )3I Td (t )= Im +3 8 0.63I mKf= I T ( AV )=1.26 m1 I sin td (t ) 3圖(d)：IT(AV)= 2331= 4 Im21 3IT=2 ( I m sin t )I Td (t )= Im +6 6 0.52I mKf= I T ( AV )1圖(e)：IT(AV)= 2=1.784I m0 I m d (t) = 8m1 4 I2 d (t ) I mIT=2 0I T= 2 2Kf= I T ( AV )1=2.83mI m圖(f)：IT(AV)=

6、 22 I d (t)= 40m1 2 I2 d (t ) I mIT=2 0 = 2I TKf= I T ( AV ) =22.10 上題中，如不考慮安全裕量，問(wèn)額定電流 100A 的晶閘管允許流過(guò)的平均電流分別 是多少?解：(a)圖波形系數(shù)為 1.57，則有： 1.57 × IT ( AV ) =1.57 × 100A , IT(AV) = 100 A (b)圖波形系數(shù)為 1.11，則有： 1.11 × IT ( AV ) =1.57 × 100A , IT(AV)=141.4A (c)圖波形系數(shù)為 1.26，則有： 1.26 × IT (

7、 AV ) =1.57 × 100A , IT(AV)=124.6A (d)圖波形系數(shù)為 1.78，則有： 1.78 × IT ( AV ) =1.57 × 100A , IT(AV)=88.2A (e)圖波形系數(shù)為 2.83，則有： 2.83 × IT ( AV ) =1.57 × 100A, IT(AV)=55.5A (f)圖波形系數(shù)為 2，則有： 2 × IT ( AV ) =1.57 × 100A ,IT(AV)=78.5A2.11 某晶閘管型號(hào)規(guī)格為 KP200-8D，試問(wèn)型號(hào)規(guī)格代表什么意義?解：KP代表普通型晶

8、閘管，200 代表其晶閘管的額定電流為 200A，8 代表晶閘管的正反向峰值電壓為 800V，D代表通態(tài)平均壓降為 0.6V < U T< 0.7V 。2.12 如圖題 1.12 所示，試畫(huà)出負(fù)載Rd上的電壓波形(不考慮管子的導(dǎo)通壓降)。解：其波形如下圖所示：圖題 1.122.13 在圖題 1.13 中，若要使用單次脈沖觸發(fā)晶閘管T導(dǎo)通，門(mén)極觸發(fā)信號(hào)（觸發(fā)電壓為脈沖）的寬度最小應(yīng)為多少微秒（設(shè)晶閘管的擎住電流IL=15mA）？圖題 1.13解：由題意可得晶閘管導(dǎo)通時(shí)的回路方程：L di A + Ri = Edt A可解得i A =E t(1 e )RL， = R =1要維維持持晶閘

9、管導(dǎo)通， i A (t ) 必須在擎住電流IL以上，即50 (1 e t ) 15 ×1030.5t 150 ×10 6 = 150s ，所以脈沖寬度必須大于 150µs。2.14 單相正弦交流電源，晶閘管和負(fù)載電阻串聯(lián)如圖題 1.14 所示，交流電源電壓有效 值為 220V。(1)考慮安全余量，應(yīng)如何選取晶閘管的額定電壓？(2)若當(dāng)電流的波形系數(shù)為Kf=2.22 時(shí)，通過(guò)晶閘管的有效電流為 100A，考慮晶閘管的 安全余量，應(yīng)如何選擇晶閘管的額定電流？解：（1）考慮安全余量, 取實(shí)際工作電壓的 2 倍UT=220 × 2 ×2 622V,取

10、600V（2）因?yàn)镵f=2.22,取兩倍的裕量，則：2IT(AV) 2.22 × 100 A得：IT(AV)=111(A)取 100A。圖題 1.142.15 什么叫 GTR 的一次擊穿?什么叫 GTR 的二次擊穿?答：處于工作狀態(tài)的GTR，當(dāng)其集電極反偏電壓UCE漸增大電壓定額BUCEO時(shí)，集電極 電流IC急劇增大（雪崩擊穿），但此時(shí)集電極的電壓基本保持不變，這叫一次擊穿。發(fā)生一次擊穿時(shí)，如果繼續(xù)增大UCE，又不限制IC，IC上升到臨界值時(shí)，UCE突然下降， 而IC繼續(xù)增大（負(fù)載效應(yīng)），這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為二次擊穿。2.16 怎樣確定 GTR 的安全工作區(qū) SOA?答：安全工作區(qū)是指在輸出

11、特性曲線圖上GTR能夠安全運(yùn)行的電流、電壓的極限范圍。 按基極偏量分類(lèi)可分為：正偏安全工作區(qū)FBSOA和反偏安全工作區(qū)RBSOA。正偏工作區(qū)又叫開(kāi) 通工作區(qū)，它是基極正向偏量條件下由GTR的最大允許集電極功耗PCM以及二次擊穿功率PSB， ICM，BUCEO四條限制線所圍成的區(qū)域。反偏安全工作區(qū)又稱(chēng)為GTR的關(guān)斷安全工作區(qū)，它表示 在反向偏置狀態(tài)下GTR關(guān)斷過(guò)程中電壓UCE，電流IC限制界線所圍成的區(qū)域。2.17 GTR 對(duì)基極驅(qū)動(dòng)電路的要求是什么？ 答：要求如下：（1）提供合適的正反向基流以保證 GTR 可靠導(dǎo)通與關(guān)斷，（2）實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路隔離，（3）自動(dòng)保護(hù)功能，以便在故障發(fā)生時(shí)快速

12、自動(dòng)切除驅(qū)動(dòng)信號(hào)避免損壞 GTR。（4）電路盡可能簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。2.18 在大功率 GTR 組成的開(kāi)關(guān)電路中為什么要加緩沖電路?答：緩沖電路可以使GTR在開(kāi)通中的集電極電流緩升，關(guān)斷中的集電極電壓緩升，避免du了GTR同時(shí)承受高電壓、大電流。另一方面，緩沖電路也可以使GTR的集電極電壓變化率 dtdi和集電極電流變化率 dt 得到有效值抑制，減小開(kāi)關(guān)損耗和防止高壓擊穿和硅片局部過(guò)熱熔 通而損壞GTR。2.19 與 GTR 相比功率 MOS 管有何優(yōu)缺點(diǎn)?答：GTR 是電流型器件，功率 MOS 是電壓型器件，與 GTR 相比，功率 MOS 管的工 作速度快，開(kāi)關(guān)頻率高，驅(qū)動(dòng)功

13、率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，無(wú)二次擊穿問(wèn)題，安全工作區(qū)寬，并 且輸入阻抗可達(dá)幾十兆歐。但功率 MOS 的缺點(diǎn)有：電流容量低，承受反向電壓小。2.20 從結(jié)構(gòu)上講，功率 MOS 管與 VDMOS 管有何區(qū)別?答：功率MOS采用水平結(jié)構(gòu)，器件的源極S，柵極G和漏極D均被置于硅片的一側(cè)，通態(tài)電 阻大，性能差，硅片利用率低。VDMOS采用二次擴(kuò)散形式的P形區(qū)的N+型區(qū)在硅片表面的結(jié)深 之差來(lái)形成極短的、可精確控制的溝道長(zhǎng)度（13 m ）、制成垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可以直接裝漏極、 電流容量大、集成度高。2.21 試說(shuō)明 VDMOS 的安全工作區(qū)。 答：VDMOS的安全工作區(qū)分為：（1）正向偏置安全工作區(qū)，由漏電源通態(tài)電

14、阻限制線，最大漏極電流限制線，最大功耗限制線，最大漏源電壓限制線構(gòu)成。（2）開(kāi)關(guān)安全工作區(qū)： 由最大峰值漏極電流ICM，最大漏源擊穿電壓BUDS最高結(jié)溫IJM所決定。（3）換向安全工作區(qū)：di換向速度 dt 一定時(shí)，由漏極正向電壓UDS和二極管的正向電流的安全運(yùn)行極限值IFM決定。2.22 試簡(jiǎn)述功率場(chǎng)效應(yīng)管在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。 答：（1）過(guò)電流保護(hù)，（2）過(guò)電壓保護(hù)，（3）過(guò)熱保護(hù)，（4）防靜電。2.23 與 GTR、VDMOS 相比，IGBT 管有何特點(diǎn)?答：IGBT的開(kāi)關(guān)速度快，其開(kāi)關(guān)時(shí)間是同容量GTR的 1/10，IGBT電流容量大，是同容量 MOS的 10 倍；與VDMOS、GTR相

15、比，IGBT的耐壓可以做得很高，最大允許電壓UCEM可達(dá) 4500V， IGBT的最高允許結(jié)溫TJM為 150，而且IGBT的通態(tài)壓降在室溫和最高結(jié)溫之間變化很小，具 有良好的溫度特性；通態(tài)壓降是同一耐壓規(guī)格VDMOS的 1/10，輸入阻抗與MOS同。2.24 下表給出了 1200V 和不同等級(jí)電流容量 IGBT 管的柵極電阻推薦值。試說(shuō)明為什么隨著電流容量的增大，柵極電阻值相應(yīng)減小？電流容量A255075100150200300柵極電阻502515128.253.3答：對(duì)一定值的集電極電流，柵極電阻增大柵極電路的時(shí)間常數(shù)相應(yīng)增大，關(guān)斷時(shí)柵壓下降到關(guān)斷門(mén)限電壓的時(shí)間變長(zhǎng)，于是 IGBT 的關(guān)斷

16、損耗增大。因此，隨著電流容量的增大， 為了減小關(guān)斷損耗，柵極電阻值相應(yīng)減小。應(yīng)當(dāng)注意的是，太小的柵極電阻會(huì)使關(guān)斷過(guò)程電 壓變化加劇，在損耗允許的情況下，柵極電阻不使用宜太小。2.25 在 SCR、GTR、IGBT、GTO、MOSFET、IGCT 及 MCT 器件中，哪些器件可以 承受反向電壓？哪些可以用作靜態(tài)交流開(kāi)關(guān)？答：SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT 都可承受反向電壓。SCR 可以用作靜態(tài)開(kāi)關(guān)。2.26 試說(shuō)明有關(guān)功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)。答：功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：輸入阻抗高，所需驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單， 工作頻率高。2.27 試述靜電感應(yīng)晶體管 SIT

17、 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 答：SIT采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，溝道短而寬，適合于高電壓，大電流的場(chǎng)合，其漏極電流具有負(fù)溫度系數(shù)，可避免因溫度升高而引起的惡性循環(huán)漏極電流通路上不存在PN結(jié)，一般不 會(huì)發(fā)生熱不穩(wěn)定性和二次擊穿現(xiàn)象，其安全工作區(qū)范圍較寬,關(guān)斷它需加 10V的負(fù)柵極偏 壓UGS ,使其導(dǎo)通，可以加 56V的正柵偏壓+UGS，以降低器件的通態(tài)壓降。2.28 試述靜電感應(yīng)晶閘管 SITH 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 答：其結(jié)構(gòu)在SIT的結(jié)構(gòu)上再增加一個(gè)P+層形成了無(wú)胞結(jié)構(gòu)。SITH的電導(dǎo)調(diào)制作用使它比SIT的通態(tài)電阻小，通態(tài)壓降低，通態(tài)電流大，但因器件內(nèi)有大量的存儲(chǔ)電荷，其關(guān)斷時(shí)間 比SIT要慢，工作頻率低。2.29

18、試述 MOS 控制晶閘管 MCT 的特點(diǎn)和使用范圍。答：MCT 具有高電壓，大電流，高載流密度，低通態(tài)壓的特點(diǎn)，其通態(tài)壓降只有 的左右，硅片的單位面積連續(xù)電流密度在各種器件中是最高的，另外，可承受 極高的 di/dt 和 du/dt。使得其保護(hù)電路簡(jiǎn)化，的開(kāi)關(guān)速度超過(guò)，且開(kāi)關(guān)損耗 也小。2.30 緩沖電路的作用是什么？關(guān)斷緩沖與開(kāi)通緩沖在電路形式上有何區(qū)別，各自的功能 是什么？答：緩沖電路的作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過(guò)電壓 du/dt 或者過(guò)電流 di/dt,減少器 件的開(kāi)關(guān)損耗。緩沖電路分為關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路是對(duì) du/dt 抑制 的電路，用于抑制器件的關(guān)斷過(guò)電壓和換

19、相過(guò)電壓，抑制 du/dt，減小關(guān)斷損耗。開(kāi)通緩沖 電路是對(duì) di/dt 抑制的電路，用于抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和 di/dt，減小器件的開(kāi)通損耗。第 3 章思考題與習(xí)題3.1開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗大小同哪些因素有關(guān)？答：開(kāi)關(guān)損耗與開(kāi)關(guān)的頻率和變換電路的形態(tài)性能等因素有關(guān)。3.2試比較 Buck 電路和 Boost 電路的異同。答；相同點(diǎn)：Buck 電路和 Boost 電路多以主控型電力電子器件（如 GTO，GTR，VDMOS和 IGBT 等）作為開(kāi)關(guān)器件，其開(kāi)關(guān)頻率高，變換效率也高。 不同點(diǎn)：Buck電路在T關(guān)斷時(shí)，只有電感L儲(chǔ)存的能量提供給負(fù)載，實(shí)現(xiàn)降壓變換，且輸入電流是脈動(dòng)的。而B(niǎo)oost

20、電路在T處于通態(tài)時(shí)，電源Ud向電感L充電，同時(shí)電容C集結(jié)的 能量提供給負(fù)載，而在T處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，由L與電源E同時(shí)向負(fù)載提供能量，從而實(shí)現(xiàn)了升 壓，在連續(xù)工作狀態(tài)下輸入電流是連續(xù)的。3.3試簡(jiǎn)述 Buck-Boost 電路同 Cuk 電路的異同。 答：這兩種電路都有升降壓變換功能，其輸出電壓與輸入電壓極性相反，而且兩種電路的輸入、輸出關(guān)系式完全相同，Buck-Boost電路是在關(guān)斷期內(nèi)電感L給濾波電容C補(bǔ)充能量， 輸出電流脈動(dòng)很大，而Cuk電路中接入了傳送能量的耦合電容C1，若使C1足夠大，輸入輸出 電流都是平滑的，有效的降低了紋波，降低了對(duì)濾波電路的要求。3.4 試說(shuō)明直流斬波器主要有哪幾種

21、電路結(jié)構(gòu)？試分析它們各有什么特點(diǎn)？ 答：直流斬波電路主要有降壓斬波電路（uck），升壓斬波電路（oost），升降壓斬波電路（uckoost）和庫(kù)克（ook）斬波電路。 降壓斬波電路是：一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的變換電路。它主要用于直流穩(wěn)壓電源和直流直流電機(jī)的調(diào)速。 升壓斬波電路是：輸出電壓的平均值高于輸入電壓的變換電路，它可用于直流穩(wěn)壓電源和直流電機(jī)的再生制動(dòng)。 升降壓變換電路是輸出電壓平均值可以大于或小于輸入直流電壓，輸出電壓與輸入電壓極性相反。主要用于要求輸出與輸入電壓反向，其值可大于或小于輸入電壓的直流穩(wěn)壓電源。 庫(kù)克電路也屬升降壓型直流變換電路，但輸入端電流紋波小，輸出直流

22、電壓平穩(wěn)，降低了對(duì)濾波器的要求。3.5 試分析反激式和正激式變換器的工作原理。 答：正激變換器：當(dāng)開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，它在高頻變壓器初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量，同時(shí)將能量傳遞到次級(jí)繞組，根據(jù)變壓器對(duì)應(yīng)端的感應(yīng)電壓極性，二極管D1導(dǎo)通，此時(shí)D2反向截止， 把能量?jī)?chǔ)存到電感L中，同時(shí)提供負(fù)載電流 I O ；當(dāng)開(kāi)關(guān)管T截止時(shí)，變壓器次級(jí)繞組中的電壓極性反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，使得續(xù)流二極管D2導(dǎo)通（而此時(shí)D1反向截止），儲(chǔ)存在電感中的能量繼續(xù)提供電流給負(fù)載。變換器的輸出電壓為：U O =N 2DU dN1反激變換器：當(dāng)開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通，輸入電壓Ud便加到變壓器TR初級(jí)N1上，變壓器儲(chǔ)存能量。 根據(jù)變壓器對(duì)應(yīng)端的極性，可得次級(jí)N2

23、中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為下正上負(fù)，二極管D截止，次級(jí)N2 中沒(méi)有電流流過(guò)。當(dāng)T截止時(shí)，N2中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性上正下負(fù)，二極管D導(dǎo)通。在T導(dǎo)通期 間儲(chǔ)存在變壓器中的能量便通過(guò)二極管D向負(fù)載釋放。在工作的過(guò)程中，變壓器起儲(chǔ)能電感的作用。輸出電壓為U O =N 2 N1D U1 D d3.6 試分析全橋式變換器的工作原理。答：當(dāng)ug1和ug4為高電平，ug2和ug3為低電平，開(kāi)關(guān)管T1和T4導(dǎo)通，T2和T3關(guān)斷時(shí)，變壓 器建立磁化電流并向負(fù)載傳遞能量；當(dāng)ug1和ug4為低電平，ug2和ug3為高電平，開(kāi)關(guān)管T2和T3 導(dǎo)通，T1和T4關(guān)斷，在此期間變壓器建立反向磁化電流，也向負(fù)載傳遞能量，這時(shí)磁芯工作 在B

24、H回線的另一側(cè)。在T1、T4導(dǎo)通期間(或T2和T3導(dǎo)通期間)，施加在初級(jí)繞組NP上的電壓 約等于輸入電壓Ud。與半橋電路相比，初級(jí)繞組上的電壓增加了一倍，而每個(gè)開(kāi)關(guān)管的耐 壓仍為輸入電壓。3.7有一 開(kāi)關(guān)頻率為 50kHz 的 Buck 變換電路工作在電感電流連續(xù)的情況下， L=0.05mH，輸入電壓Ud=15V，輸出電壓U0=10V (1) 求占空比 D 的大小；(2) 求電感中電流的峰-峰值I；(3) 若允許輸出電壓的紋波U0/U0=5%，求濾波電容C的最小值。U d = 1解：（1） U 0D ，D = U 0U d= 10 = 0.66715I UO(UdUO )Ud D(1 D)15

25、×0.667(1 0.667) A（2） L =fLUd=fL 50×103=1.333× 0.05×1032 U 0 = (1 D)( tc ) 2(3)因?yàn)閁 02f1f c =f = 50kHz 2f2LC0.05 =則(1 D)( c ) 22 fcf 2 =0.05 × 2 f 2 2 (1 D)Cmin=1 D0.05 × 8Lf 2=1 0.6670.05 × 8 × 0.05 ×103 × (50 ×103 ) 2= 6.66 ×106 F = 6.66

26、81;F3.8圖題 3.8 所示的電路工作在電感電流連續(xù)的情況下，器件T的開(kāi)關(guān)頻率為 100kHz， 電路輸入電壓為交流 220V，當(dāng)RL兩端的電壓為 400V時(shí)：(1) 求占空比的大小；(2) 當(dāng)RL=40時(shí)，求維持電感電流連續(xù)時(shí)的臨界電感值；(3) 若允許輸出電壓紋波系數(shù)為 0.01，求濾波電容 C 的最小值。題圖 3.8U解:（）由題意可知：U = d 0 1 DD = U d U 0U 0= 400 220400=0.45（）DT2I0dL S U0K0.45× 0.01×103 × 220=2 ×10 49.5H（其中I 0 K= U 0R=

27、40040= 10 A） U 0= DT SC = DTsU 0= 0.45 ×105= 11.25F（） U 0R L C ,RL U 040 × 0.013.9 在Boost變換電路中，已知Ud=50V，L值和C值較大，R=20，若采用脈寬調(diào)制方 式，當(dāng)Ts=40s，ton=20s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U0和輸出電流平均值I0。ton + toffU 0 =U dU d = 50= 100V解：toff 1 D0.5由于和的值都比較大，U 0 I 0 R= 10020= 5 A3.10 有一開(kāi)關(guān)頻率為 50kHz的庫(kù)克變換電路，假設(shè)輸出端電容足夠大，使輸出電壓保 持恒定

28、，并且元件的功率損耗可忽略，若輸入電壓Ud=10V，輸出電壓U0調(diào)節(jié)為 5V不變。試求:(1) 占空比；(2) 電容器C1兩端的電壓Uc1；(3) 開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。D解：(1) 因?yàn)閁 0 = U d1 DD =U O= 5 = 1則U O U d 5 10 3(注意U o = 5V )(2)U C 1 =1 U1 D d=11 13× 10 = 15V(3)ton = DT =1 ×13 50 ×103= 6.67stoff= (1 D)T =32 ×13 50 ×10= 13.34s第 4 章思考題與習(xí)題4.1 什么是電壓型和電

29、流型逆變電路？各有何特點(diǎn)？ 答：按照逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)分類(lèi)，直流側(cè)為電壓源的逆變電路稱(chēng)為電壓型逆變電路，直流側(cè)為電流源的逆變電路稱(chēng)為電流型逆變電路。 電壓型逆變電路的主要特點(diǎn)是：（1）直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流 回路呈現(xiàn)低阻抗。（2）由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)， 而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同，其波形接近于三角波或正弦 波。（3）當(dāng)交流側(cè)為阻感性負(fù)載時(shí)，需提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用， 為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了二極管。（4）逆變

30、電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的，因直流電壓無(wú)脈動(dòng)，故功率的 脈動(dòng)是由交流電壓來(lái)提供。（5）當(dāng)用于交直交變頻器中，負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果電動(dòng)機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)， 就必須向交流電源反饋能量。因直流側(cè)電壓方向不能改變，所以只能靠改變直流電流的方向 來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就需要給交直整流橋再反并聯(lián)一套逆變橋。電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是：（1）直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源，直流電流基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高 阻抗。（2）因?yàn)楦鏖_(kāi)關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作用，故交流側(cè)電流為矩形波， 與負(fù)載性質(zhì)無(wú)關(guān)，而交流側(cè)電壓波形和相位因負(fù)載阻抗角的不同而不同。（3）直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用，因電流不能反

31、向，故可控器件不必反并聯(lián)二 極管。（4）當(dāng)用于交直交變頻器且負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，若交直變換為可控整流，則很方 便地實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。4.2 電壓型逆變電路中的反饋二極管的作用是什么？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了 反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓與電流的極性相同時(shí)，電流經(jīng)電路中的可控開(kāi)關(guān)器件流通，而 當(dāng)輸出電壓與電流極性相反時(shí)，由反饋二極管提供電流通道。4.3 為什么在電流型逆變電路的可控器件上要串聯(lián)二極管？ 解：由于全電路開(kāi)關(guān)管采用自關(guān)斷器件，其反向不能承受高電壓，所以需要在各開(kāi)關(guān)

32、器件支路串入二極管。4.4 三相橋式電壓型逆變電路采用 180°導(dǎo)電方式，當(dāng)其直流側(cè)電壓Ud=100V時(shí)。（） 求輸出相電壓基波幅值和有效值（） 求輸出線電壓基波幅值和有效值（）輸出線電壓中五歡諧波的有效值。解：輸出相電壓基波幅值U AN 1m =2U d= 0.637U d= 0.637 ×100 = 63.7V輸出相電壓基波有效值U AN1 =U AN1m2= 0.45U d= 0.45 ×100 = 45V輸出線電壓基波幅值2U AB1m =3U d = 23 ×100 1.1×100 = 110V輸出線電壓基波有效值U ABm =U A

33、B1m =26U d =6 ×100= 78Vu= 23U d ( 1 sin 5t )輸出線電壓中 5 次諧波輸出線電壓中 5 次諧波有效值A(chǔ)B 52U AB 5 =53U d25= 15.59V4.5 全控型器件組成的電壓型三相橋式逆變電路能否構(gòu)成120o 導(dǎo)電型？為什么？解：全控型器件組成的電壓型三相橋式逆變電路能構(gòu)成1200 導(dǎo)電型。1200600由于三相橋式逆變電路每個(gè)橋臂導(dǎo)通，同一相上下兩臂的導(dǎo)通有間隔，各相12001200導(dǎo)通依次相差，且不存在上下直通的問(wèn)題，所以其能構(gòu)成導(dǎo)電型。但當(dāng)直流電壓一定時(shí)，其輸出交流線電壓有效值比 180°導(dǎo)電型低得多，直流電源電壓利

34、用率低。4.6 并聯(lián)諧振型逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換流，為了保證換流成功應(yīng)滿足什么條件？ 答：為了保證電路可靠換流，必須在輸出電壓u0過(guò)零前t時(shí)刻觸發(fā)T2、T3，稱(chēng)t為觸發(fā)引前時(shí)間。為了安全起見(jiàn)，必須使 t f= tr + ktq式中 k 為大于 1 的安全系數(shù)，一般取為 23。4.7 試說(shuō)明 PWM 控制的工作原理。答：將一個(gè)任意波電壓分成 N 等份，并把該任意波曲線每一等份所包圍的面積都用一 個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖來(lái)代替，且矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)任意波等份的中點(diǎn)重合， 得到一系列脈沖列。這就是 PWM 波形。但在實(shí)際應(yīng)用中，人們采用任意波與等到腰三角形 相交的方法來(lái)確定各矩形脈沖的寬度

35、。PWM 控制就是利用 PWM 脈沖對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一 系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替所需要的波形。4.8 單極性和雙極性 PWM 調(diào)制有什么區(qū)別？解：?jiǎn)螛O性控制方式在調(diào)制信號(hào)U r 的正半個(gè)周期或負(fù)半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波 是單極性輸出的，所得的波也是單極性范圍內(nèi)變化的。而雙極性控制方式中， 三角波載波始終是有正有負(fù)，而輸出的波是雙極性的。4.9 試說(shuō)明 PWM 控制的逆變電路有何優(yōu)點(diǎn)？ 答：PWM 電路優(yōu)點(diǎn)如下：（1）可以得到所需波形的輸出電壓，滿足負(fù)載需要；（2）整流電路采用二極管整流，可獲得較高的功率因數(shù)；（3）只用一級(jí)可控的功率環(huán)節(jié)，電路

36、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；（4）通過(guò)對(duì)輸出脈沖的寬度控制就可以改變輸出電壓的大小，大大的加快了逆變器的 響應(yīng)速度。4.10 圖題 4.10 所示的全橋逆變電路，如負(fù)載為 RLC串聯(lián)，R10，L31.8 mH，C=159 F，逆變器頻率f100 HZ，Ud110 V、求：（1）基波電流的有效值；（2）負(fù)載電流的諧波系數(shù)。圖題 4.102U O1 =解：（1）基波電壓的有效值為：2U d= 0.9U d= 0.9 ×110 = 99V基波時(shí)的負(fù)載阻抗：Z1 =R 2 + (L 1 ) 2C=10 2 + (2 ×100 × 0.0318 1 ) 22 ×100 ×

37、159 ×10 6= 22.3基波電流的有效值為：I o1= U o1Z1= 9922.3= 4.44 A（2）其主要的諧波是三次諧波與五次諧波，對(duì)應(yīng)的負(fù)載阻抗分別為：Z 3 =R 2 + (3L 1 ) 23C=10 2 + (6 ×100 × 0.0318 1 ) 26 ×100 ×159 ×10 6= 60.7Z 5 =R 2 + (5L 1 ) 25C=10 2 + (10 ×100 × 0.0318 1 ) 210 ×100 ×159 ×10 6= 100.4其電流諧波系數(shù)分

38、別為：3k = 1 4U d 0.733k = 1 4U dZ 3 0.425 Z 5。4.11 在圖 4.10 所示的單相全橋逆變電路中，直流電源Ud=300 V，向R5，L0.02H 的阻感性負(fù)載供電。若輸出波形為近似方波，占空比D= 0.8，工作頻率為 60 HZ，試確定負(fù) 載電流波形，并分析諧波含量。計(jì)算時(shí)可略去換相的影響和逆變電路的損耗。試求對(duì)應(yīng)于每種諧波的負(fù)載功率。解：輸出方波電壓瞬時(shí)值為 輸出電壓和電流波形為：uo =n =1,3,5,4U d sin nt n基波電壓和各諧波電壓的有效值為：2U O1 =2U d= 0.9U d= 0.9 × 300 = 270VU

39、O3 =1U o1 = 90V31U O5 =，1U o1 = 54V51U O 7 =U o1 = 38.6V7U O9 =，U o1 = 30V9基波和各諧波的負(fù)載阻抗為：Z1 =R 2 + (L) 2 =52 + (2 × 60 × 0.02) 2= 9.04Z 3 =Z 5 =R 2 + (3L) 2 =R 2 + (5L) 2 =52 + (6 × 60 × 0.02) 252 + (10 × 60 × 0.02) 2= 23.15= 38.25Z 7 =Z 9 =R 2 + (7L) 2 =R 2 + (9L) 2 =52

40、 + (14 × 60 × 0.02) 252 + (18 × 60 × 0.02) 2= 52.99= 68.01基波和各諧波電流的有效值為：I o1= U o1Z1= 2709.04= 29.88 A,I o 3= U o 3Z 3=9023.15= 3.89 AI o 5= U o 5Z 5=5438.25= 1.41A，I o 7= U o 7Z 7= 38.652.99222= 0.73 AI o 9= U o 9Z 9=3068.01= 0.44 A2基波和每種諧波的負(fù)載功率為： Po1 = I o1R = 4464 .1W ,Po 3 =

41、I o 3R = 75.7W2Po 5 = I o 5R = 9.94W ,Po 7 = I o 7R = 2.66W ,Po 9 = I o 9R = 0.97W第 5 章思考題與習(xí)題5.1 什么是整流？它與逆變有何區(qū)別？ 答：整流就是把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，而將直流轉(zhuǎn)換為交流電能稱(chēng)為逆變，它是對(duì)應(yīng)于整流的逆向過(guò)程。5.2 單相半波可控整流電路中，如果：(1) 晶閘管門(mén)極不加觸發(fā)脈沖；(2) 晶閘管內(nèi)部短路；(3) 晶閘管內(nèi)部斷開(kāi)； 試分析上述三種情況負(fù)載兩端電壓ud和晶閘管兩端電壓uT的波形。答：（1）負(fù)載兩端電壓為 0，晶閘管上電壓波形與U2相同；（2）負(fù)載兩端電壓為U2，晶閘管上的電

42、壓為 0；（3）負(fù)載兩端電壓為 0，晶閘管上的電壓為U2。5.3 某單相全控橋式整流電路給電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載供電，在流過(guò)負(fù)載電流平均值 相同的情況下，哪一種負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選擇大一些?答：帶大電感負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選擇小一些。由于具有電感，當(dāng)其電流增大時(shí)， 在電感上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，抑制電流增加。電阻性負(fù)載時(shí)整流輸出電流的峰值大些，在流 過(guò)負(fù)載電流平均值相同的情況下，為防此時(shí)管子燒壞，應(yīng)選擇額定電流大一些的管子。5.4 某電阻性負(fù)載的單相半控橋式整流電路，若其中一只晶閘管的陽(yáng)、陰極之間被燒斷， 試畫(huà)出整流二極管、晶閘管兩端和負(fù)載電阻兩端的電壓波形。解：設(shè)=0，T2被燒壞，如下圖：

43、5.5 相控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻上的Ud與Id的乘積是否等于負(fù)載有功功率， 為什么?帶大電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻Rd上的Ud與Id的乘積是否等于負(fù)載有功功率，為什么?答：相控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻上的平均功率 Pd= U d I d 不等于負(fù)載有功功率 P = UI 。因?yàn)樨?fù)載上的電壓、電流是非正弦波，除了直流Ud 與Id 外還有諧波分量U 1 ,U 2 ,L 和 I1 , I 2 ,L ，負(fù)載上有功功率為 P =222PPP+d12+ L >Pd = U dI d 。相控整流電路帶大電感負(fù)載時(shí)，雖然Ud存在諧波，但電流是恒定的直流，故負(fù)載電阻Rd上的Ud與Id的乘積等

44、于負(fù)載有功功率。5.6 某電阻性負(fù)載要求 024V直流電壓，最大負(fù)載電流Id=30A，如采用由 220V交流直接 供電和由變壓器降壓到 60V供電的單相半波相控整流電路，是否兩種方案都能滿足要求?試 比較兩種供電方案的晶閘管的導(dǎo)通角、額定電壓、額定電流、電路的功率因數(shù)及對(duì)電源容 量的要求。解：采用由 220V交流直接供電當(dāng) = 0o 時(shí)：Udo=0.45U2=0.45 × 220 =99V由變壓器降壓到 60V供電當(dāng) = 0o 時(shí)：Ud=0.45U2=0.45 × 60 =27V因此，只要調(diào)節(jié) 都可以滿足輸出 024V直流電壓要求。(1) 采用由 220V 交流直接供電時(shí)：

45、U d = 0.45U 21 + cos2 121o， = 180o 121o = 59oUd=24V時(shí)U T =2U 2 = 311VI T =1 02 2U 2 sin t 2 dt 84 A RR = U dI d= 24 = 0.830I T ( AV )= I T1.572= 841.57 54 A取 2 倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為 622V 和 108A。電源提供有功功率P = I2 R = 842 × 0.8 = 5644.8W電源提供視在功率S = U 2 I 2 = 84× 220 = 18.58kVA電源側(cè)功率因數(shù)PF = P 0.30

46、5S(2) 采用變壓器降壓到 60V 供電：U d = 0.45U 21 + cos2 39o， = 180o 39o = 141oUd=24V時(shí),U T =2U 2 = 84.4VI T =1 02 2U 2 sin t2 dt 51.38 A RR = U dI d= 24 = 0.830I T ( AV )= I T1.57= 51.38 32.7 A1.57取 2 倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為 168.8V 和 65.4A。2變壓器二次側(cè)有功功率P = I2 R = 51.382 × 0.8 = 2112W變壓器二次側(cè)視在功率S = U 2 I 2 = 60

47、× 51.38 = 3.08kVA電源側(cè)功率因數(shù)PF = P 0.68S5.7 某電阻性負(fù)載，Rd=50,要求Ud在 0600V可調(diào)，試用單相半波和單相全控橋兩種整 流電路來(lái)供給，分別計(jì)算：(1) 晶閘管額定電壓、電流值；(2) 連接負(fù)載的導(dǎo)線截面積(導(dǎo)線允許電流密度j=6Amm2)；(3) 負(fù)載電阻上消耗的最大功率。U解：（1）單相半波 = 0o 時(shí),2= U d =0.456000.45= 1333V I d,= U dRd= 60050= 12 A晶閘管的最大電流有效值I T = 1.57 I d= 18.8 A晶閘管額定電流為IT(AV)I T1.57=12(A)晶閘管承受最大電壓為U RM 2U 2 =1885V取 2 倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為 4000V 和 30A。所選導(dǎo)線截面積為S I J= 18.8 6= 3.13mm 2負(fù)載電阻上最大功率PR = I TU2 R = 17.7kW600U d600U（2）單相全控橋 = 0o 時(shí),2= d =0.90.9= 667V I d =,Rd 50= 12 A負(fù)載電流有效值I = 1.11I d= 13.3A(Kf=1.11)晶閘管的額定電流為IT(AV)I T1.57I