電力電子學陳堅答案【篇一：電力電子技術課后答案與復習資料】>1.1電力技術、電子技術和電力電子技術三者所涉及的技術內容和研究對象是什么？三者的技術發展和應用主要依賴什么電氣設備和器件？答：電力技術涉及的技術內容：發電、輸電、配電及電力應用。其研究對象是：發電機、變壓器、電動機、輸配電線路等電力設備，以及利用電力設備來處理電力電路中電能的產生、傳輸、分配和應用問題。其發展依賴于發電機、變壓器、電動機、輸配電系統。其理論基礎是電磁學(電路、磁路、電場、磁場的基本原理)，利用電磁學基本原理處理發電、輸配電及電力應用的技術統稱電力技術。電子技術，又稱為信息電子技術或信息電子學，研究內容是電子器件以及利用電子器件來處理電子電路中電信號的產生、變換、處理、存儲、發送和接收問題。其研究對象:載有信息的弱電信號的變換和處理。其發展依賴于各種電子器件（二極管、三極管、mos管、集成電路、微處理器電感、電容等）。電力電子技術是一門綜合了電子技術、控制技術和電力技術的新興交叉學科。它涉及電力電子變換和控制技術技術，包括電壓（電流）的大小、頻率、相位和波形的變換和控制。研究對象：半導體電力開關器件及其組成的電力開關電路，包括利用半導體集成電路和微處理器芯片構成信號處理和控制系統。電力電子技術的發展和應用主要依賴于半導體電力開關器件。1.2為什么三相交流發電機或公用電網產生的恒頻、恒壓交流電，經電壓、頻率變換后再供負載使用，有可能獲得更大的技術經濟效益？答：用電設備的類型、功能千差萬別，對電能的電壓、頻率、波形要求各不相同。為了滿足一定的生產工藝和流程的要求，確保產品質量、提高勞動生產率、降低能源消耗、提高經濟效益，若能將電網產生的恒頻、恒壓交流電變換成為用電負載的最佳工況所需要的電壓、頻率或波形，有可能獲得更大的技術經濟效益。例如：若風機、水泵全部采用變頻調速技術，每年全國可以節省幾千萬噸以上的煤，或者可以少興建上千萬千瓦的發電站。若采用高頻電力變換器對熒光燈供電，不僅電-光轉換效率進一步提高、光質顯著改善、燈管壽命延長3～5倍、可節電50%，而且其重量僅為工頻電感式鎮流器的10%。高頻變壓器重量、體積比工頻變壓器小得多，可以大大減小鋼、銅的消耗量。特別在調速領域，與古老的變流機組相比，在鋼銅材消耗量、重量、體積、維護、效率、噪音、控制精度和響應速度等方面優勢明顯1.3開關型電力電子變換有哪四種基本類型？交流（a.c）—直流（d.c）整流電路或整流器；直流（d.c）—交流（a.c）逆變電路或逆變器；直流（d.c）—直流（d.c）電壓變換電路，又叫直流斬波電路、直流斬波器；交流（a.c）—交流（a.c）電壓和/或頻率變換電路：僅改變電壓的稱為交流電壓變換器或交流斬波器，頻率、電壓均改變的稱為直接變頻器。1.5開關型電力電子變換器有那些基本特性？答：（1）變換器的核心是一組開關電路，開關電路輸出端電壓和開關電路輸入端電流都不可能是理想的直流或無畸變的正弦基波交流，含有高次諧波。（2）要改善變換電路的輸出電壓和輸入電流的波形，可以在其輸出、輸入端附加lc濾波電路；但是最有效方法是采用高頻pwm控制技術。（3）電力電子變換器工作時，開關器件不斷進行周期性通、斷狀態的依序轉換，為使輸出電壓接近理想的直流或正弦交流，一般應對稱地安排一個周期中不同的開關狀態及持續時間。因此對其工作特性的常用分析方法或工具是：開關周期平均值（狀態空間平均法）和傅立葉級數。1.6開關型電力電子變換器有哪兩類應用領域？答：按功能可分為兩大應用領域：（1）開關型電力電子變換電源或簡稱開關電源。由半導體開關電路將輸入電源變換為另一種電源給負載供電。這一類應用現在已經十分廣泛。（2）開關型電力電子補償控制器。它又分為兩種類型：電壓、電流（有功功率、無功功率）補償控制器和阻抗補償控制器。它們或向電網輸出所要求的補償電壓或電流，或改變并聯接入、串聯接入交流電網的等效阻抗，從而改善電力系統的運行特性和運行經濟性。這類應用將導致電力系統的革命并推動電力電子技術的繼續發展。2.2說明二極管的反向恢復特性答：由于pn結間存在結電容c，二極管從導通狀態（c很大存儲電荷多）轉到截止阻斷狀態時，pn結電容存儲的電荷并不能立即消失，二極管電壓仍為≈1～2v，二極管仍然具有導電性，在反向電壓作用下，反向電流從零增加到最大值，反向電流使存儲電荷逐漸消失，二極管兩端電壓降為零。這時二極管才恢復反向阻斷電壓的能力而處于截止狀態，然后。因此，二極管正向導電電流為零后它后才能恢復其阻斷在反向電壓作用下，僅流過很小的反向飽和電流并不能立即具有阻斷反向電壓的能力，必須再經歷一段反向恢復時間反向電壓的能力。2.3說明半導體電力三極管bjt處于通態、斷態的條件。答：電力三極管bjt處于通態的條件是：注入三極管基極的電流知三極管的電流放大系數，有）。這時三極管大于基極飽和電流（已、導電性很強而處于最小等效電阻、飽和導電狀態，可以看作是一個閉合的開關。bjt處于斷態的條件是：基極電流態。2.4電力三極管bjt的四個電壓值、、和的定義是什么？其大為零或是施加負基極電流，即。這時bjt的等效電阻近似為無限大而處于斷小關系如何？答：、、和分別為不同基極狀態下的三極管集-射極擊穿電壓值：定義為基極反偏時，三極管集-射極電壓擊穿值；為基極短接、基極電壓為0時，三極管集-射極電壓擊穿值；為基極接有電阻短路時的集-射極擊穿電壓值要；為基極開路時集-射極擊穿電壓值。其大小關系為：。2.5說明晶閘管的基本工作原理。在哪些情況下，晶閘管可以從斷態轉變為通態？已處于通態的晶閘管，撤除其驅動電流為什么不能關斷，怎樣才能關斷晶閘管？答：基本工作原理：見課本p36-37；應回答出承受正向壓、門極加驅動電流時的管子內部的正反饋過程，使不斷增大，最后使，很大，晶閘管變成通態；撤去門極電流后由于，仍可使很大，保持通態。有多種辦法可以使晶閘管從斷態轉變成通態。常用的辦法是門極觸發導通和光注入導通。另外正向過電壓、高溫、高的晶閘管導通，但這是非正常導通情況。要使晶閘管轉入斷態，應設法使其陽極電流減小到小于維持電流與陰極k之間的電壓為零或反向。，通常采用使其陽極a都可能使2.7額定電流為10a的晶閘管能否承受長期通過15a的直流負載電流而不過熱？答：額定電流為10a的晶閘管能夠承受長期通過15a的直流負載電流而不過熱。因為晶閘管的額定電流是定義的：在環境溫度為40℃和規定的散熱冷卻條件下，晶閘管在電阻性負載的單相、工頻正弦半波導電、結溫穩定在額定值125℃時，所對應的通態平均電流值。這就意味著晶閘管可以通過任意波形、有效值為1.57的電流，其發熱溫升正好是允許值，而恒定直流電的平均值與有效值相等，故額定電流為10a的晶閘管通過15.7a的直流負載電流，其發熱溫升正好是允許值。2.10作為開關使用時p－mosfet器件主要的優缺點是什么？答：作為開關使用時，p－mosfet器件的優點是：輸入阻抗高，驅動功率小，驅動電路簡單，工作頻率高；其缺點是：通態壓降大（通態損耗大），電壓、電流定額低。3.2脈沖寬度調制pwm和脈沖頻率調制pfm的優缺點是什么？答：脈沖寬度調制方式pwm，保持不變（開關頻率不變），改變調控輸出電壓。脈沖頻率調制方式pfm。保持不變，改變開關頻率或周期調控輸出電壓。實際應用中廣泛采用pwm方式。因為采用定頻pwm開關時，輸出電壓中諧波的頻率固定，濾波器設計容易，開關過程所產生電磁干擾容易控制。此外由控制系統獲得可變脈寬信號比獲得可變頻率信號容易實現。但是在諧振軟開關變換器中為了保證諧振過程的完成，采用pfm控制較容易實現。3.7開關電路實現直流升壓變換的基本原理是什么？答：為了獲得高于電源電壓的直流輸出電壓，一個簡單而有效的辦法是在變換器開關管前端插入一個電感l，如右圖所示。在開關管t關斷時，利用圖中電感線圈在其電流減小時所產生的反電勢反電勢與電源電壓(在電感電流減小時，為正值)，將此電感的直流電壓串聯相加送至負載，則負載就可獲得高于電源電壓，從而實現直流升壓變換3.8boost變換器為什么不宜在占空比接近1的情況下工作？答：因為在boost變換器中，開關管導通時，電源與負載脫離，其能量全部儲存在電感中，當開關管關斷時，能量才從電感中釋放到負載。如果占空比接近于1，那么開關接近于全導通狀態，幾乎沒有關斷時間，那么電感在開關管導通期間儲存的能量沒有時間釋放，將造成電感飽和，直至燒毀。因此boost變換器不宜在占空比接近1的情況下工作。同時，從boost變換器在電感電流連續工況時的變壓比表達式也可以看出，當占空比接近1時，變壓比接近于無窮大，這顯然與實際不符，將造成電路無法正常工作。3.13說明單端正激、單端反激dc/dc變換器工作原理。答：單端正激dc/dc變換器從電路結構、工作原理上可以看出它是帶隔離變壓器的buck電路如圖3.11(b)所示，開關管t導通時經變壓器將電源能量直送負載被稱為正激。但是匝比n2/n1不同時，輸出電壓平均值vo可以低于也可高于電源電壓vd。變壓器磁通只在單方向變化被稱為單端。圖3.12(b)所示為單端反激dc/dc變換器，t導通的期間，電源電壓vd加至n1繞組，電流直線上升、電感l1儲能增加，副方繞組n2的感應電勢，二極管d1截止，負載電流（反由電容c提供，c放電；在t阻斷的期間，n1繞組的電流轉移到n2，感應電勢向為正），使d1導電，將磁能變為電能向負載供電并使電容c充電。該變換器在開關管t導通時并未將電源能量直送負載，僅在t阻斷的期間才將變壓器電感磁能變為電能送至負載故稱之為反激，此外變壓器磁通也只在單方向變化，故該電路被稱為單端反激dc/dc變換器4.1逆變器輸出波形的諧波系數hf與畸變系數df有何區別，為什么僅從諧波系數hf還不足以說明逆變器輸出波形的本質？答：第n次諧波系數hfn為第n次諧波分量有效值同基波分量有效值之比，即hfn＝vn/v1,總諧波系數thd定義為：，畸變系數df定義為：，對于第n次諧波的畸變系數dfn有：諧波系數hf顯示了諧波含量，但它并不能反映諧波分量對負載的影響程度。很顯然，逆變電路輸出端的諧波通過濾波器時，高次諧波將衰減得更厲害，畸變系數df可以表征經lc濾波后負載電壓波形還存在畸變的程度。4.2為什么逆變電路中晶閘管scr不適于作開關器件？答：（1）逆變電路中一般采用spwm控制方法以減小輸出電壓波形中的諧波含量，需要開關器件工作在高頻狀態，scr是一種低頻器件，因此不適合這種工作方式。（2）scr不能自關斷。而逆變器的負載一般是電感、電容、電阻等無源元件，除了特殊場合例如利用負載諧振進行換流，一般在電路中需要另加強迫關斷回路才能關斷scr，電路較復雜。因此scr一般不適合用于逆變器中。4.4有哪些方法可以調控逆變器的輸出電壓。答：有單脈波脈寬調制法、正弦脈寬調制法（spwm）、基波移相控制法等。單脈波脈寬調制法缺點是諧波含量不能有效控制；spwm法既可控制輸出電壓的大小，又可消除低次諧波；移相控制一般用于大功率逆變器。4.6正弦脈寬調制spwm的基本原理是什么？載波比n、電壓調制系數m的定義是什么？改變高頻載波電壓幅值頻率？和頻率為什么能改變逆變器交流輸出基波電壓的大小和基波答：正弦脈寬調制spwm的基本原理是沖量等效原理：大小、波形不相同的窄變量作用于慣性系統時，只要其沖量即變量對時間的積分相等，其作用效果基本相同。如果將正弦波周期分成多個較小的時間段，使pwm電壓波在每一時間段都與該段的正弦電壓沖量相等，則不連續的按正弦規律改變寬度的多段波電壓就等效于正弦電壓。載波比n定義為三角載波頻率正弦調制波幅值和正弦調制波頻率之比m＝/之比：n＝./；電壓調制系數m是和三角波幅值,,改變調制比m，即可成比例的調控輸出電壓的基波大小。，即可調控輸出電壓的基波頻率。又因為，所以改變調制波頻率【篇二：課后習題電力電子(大三上)】空題：5.從輸入輸出上看，單相橋式全控整流電路的波形與________的波形基本相同，只是后者適用于________輸出電壓的場合。7.三相半波可控整流電路中的三個晶閘管的觸發脈沖相位按相序依次互差________，當它帶阻感負載時，?的移相范圍為________。8.三相橋式全控整流電路帶電阻負載工作中，共陰極組中處于通態的晶閘管對應的是________的相電壓，而共陽極組中處于導通的晶閘管對應的是________的相電壓；這種電路???角的移相范圍是________，ud波形連續得條件是________。9.對于三相半波可控整流電路，換相重迭角的影響，將使用輸出電壓平均值________。10.電容濾波單相不可控整流帶電阻負載電路中，空載時，輸出電壓為________，隨負載加重ud逐漸趨近于________，通常設計時，應取rc≥________t，此時輸出電壓為ud≈________u2(u2為相電壓有效值)。11.電容濾波三相不可控整流帶電阻負載電路中，電流id斷續和連續的臨界條件是________，電路中的二極管承受的最大反向電壓為________u2。________id，交流側電流中所含次諧波次數為________，其整流輸出電壓中所含的諧波次數為________。14.帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路適用于________的場合，當它帶電感負載時，移相范圍是________，帶電阻負載時，移相范圍是________；如果不接平衡電抗器，則每管最大的導通角為________，每管的平均電流為________id。15.多重化整流電路可以提高________，其中移相多重聯結有________和________兩大類。16.逆變電路中，當交流側和電網連結時，這種電路稱為________，欲實現有源逆變，只能采用________電路，當控制角0?????????時，電路工作在________狀態；?????????????時，電路工作在________狀態。17.在整流電路中，能夠實現有源逆變的有________、________等（可控整流電路均可），其工作在有源逆變狀態的條件是________和________。18.晶閘管直流電動機系統工作于整流狀態，當電流連續時，電動機的機械特性為一組________，當電流斷續時，電動機的理想空載轉速將________，隨???的增加，進入斷續區的電流________。19.直流可逆電力拖動系統中電動機可以實現四象限運行，當其處于第一象限時，電動機作________運行，電動機________轉，正組橋工作在________狀態；當其處于第四象限時，電動機做________運行，電動機________轉，________組橋工作在逆變狀態。20.大、中功率的變流器廣泛應用的是________觸發電路，同步信號為鋸齒波的觸發電路，可分為三個基本環節，即________、________和________。簡答題：21.如題圖2-21所示的單相橋式半控整流電路中可能發生失控現象，何為失控，怎樣抑制失控？22.單相全波可控整流電路與單相橋式全控整流電路從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的，那么二者是否有區別呢？23.三相半波整流電路，可以將整流變壓器的二次繞組分為兩段成為曲折接法，每段的電動勢相同，其分段布置及其向量如題圖2-23所示，此時線圈的繞組增加了一些，銅的用料約增加10%，問變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么？24.三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b兩相的自然換相點是同一點嗎？如果不是，它們在相位上差多少度？25.有兩組三相半波可控整流電路，一組是共陰極接法，一組是共陽極接法，【篇三：電力電子應用技術書小結習題參考】用最為廣泛的電能變換技術。晶閘管相控整流電路依靠改變晶閘管的控制角調控直流輸出電壓，因其功率大、損耗小、壽命長至今仍是大功率整流電路的主導形式。三相半波整流由于整流變壓器存在直流磁勢不平衡、變壓器利用率低、整流電壓脈動系數大等缺點而使應用范圍受到限制，但它是構成各類三相多脈波整流電路的基本單元。由兩個三相半波整流電路并聯構成的帶平衡電抗器的雙反星形整流電路，和由兩個三相半波整流電路串聯構成的三相橋式整流電路，因其消除了變壓器的直流磁化、提高了整流裝置的輸出電流或電壓，成為整流裝置的典型電路而獲得廣泛應用。整流裝置的多重化技術解決了多機組串、并聯的特殊問題，圍繞著提高能量變換的質量和能量變換的效率發展和優化了相控技術，使整流裝置的功率成倍提高、交直流兩側的波形得到改善。2．電力電子裝置作為供電電源和負載之間的非線性接口，在實現功率控制的同時，不可避免地向電網注入諧波電流，對電氣環境形成一大公害。整流裝置作為諸多電力電子裝置的輸入級，研究其諧波特點和抑制方法成為電力電子技術的重要內容。3．抑制諧波、提高整流裝置交流側的功率因數一直是整流電路著力研究和解決的主要問題。解決的措施大體可分為改造諧波源和補償兩大類，從電源的角度也可分為無源技術和有源技術兩種對策。針對相控電路深控時功率因數低、交直流兩側諧波含量高及動態響應速度慢等缺點，改造相控電路的種種方法應運而生。如多個機組的移相多重連接、串聯機組的順序控制多重連接不但提高了裝置的容量，而且改善了輸出波形質量；變換相控電路的觸發模式，如高頻調制整流、全控變流器的可控續流、強迫換相等都是提高交流電源側功率因數、改善輸出波形的傳統而有效的措施。補償法采取濾除或對諧波進行補償的方法，通常采用無源濾波、靜止無功補償、電力有源濾波等技術。lc濾波器，同步調相機、可控并聯電容和并聯電感等是傳統的補償形式。pwm控制技術為有源功率因數校正apfc（activepowerfactorcorrection）提供了技術支持，它將整流器的輸入電流校正成為與電網電壓同相位的正弦波，消除了諧波和無功電流，因而將電網功率因數提高到近似為1。4．pwm控制技術的應用與發展為整流器性能的改進提供了變革性的思路和手段，將pwm高頻整流和pwm高頻逆變融為一體，為pwmac/dc/ac系統的研究提供了新的途徑。pwm整流器獲得了網側電流正弦、電能雙向傳輸、功率因數為1、較快的動態控制響應等最主要的優良性能。pwm整流器已日趨成熟，拓撲結構已從單相、三相電路發展到多相組合及多電平拓撲電路，pwm開關控制由單純的硬開關調制發展到軟開關調制，功率等級從千瓦級發展到兆瓦級。有源電力濾波器apf和新型靜止無功發生器asvg可以說是pwm整流器的典型應用，具有廣泛的應用前景思考題及習題2-1．說明技術指標電壓波形系數、電壓紋波系數、脈動系數、電流畸變因數、電流諧波因數、位移因數和整流輸入功率因數的具體含義。2-2．在哪些大功率整流電路中，整流變壓器會出現“直流磁勢不平衡”的情況？哪些整流電路的變壓器又會出現“交流磁勢不平衡”呢？磁勢不平衡的特點和危害是什么？為了避免和削弱其危害性，在大功率整流裝置中，在整流變壓器的接線形式上采取了哪些措施？2-3．帶平衡電抗器的雙反星形整流電路比六相半波整流電路有什么優越性?雙反星整流電路主電路的電量應如何計算?外特性曲線如何解釋?2-4．如圖2-7所示的三相半波整流電路，簡要說明變壓器采取此種聯結方式的優點和缺點。如何計算整流電壓的平均值?2-5．三相橋式整流電路與d，y連結的變壓器相接,由415v三相交流電源供電,并向直流負載輸出300v,60a的電能,求變壓器一次繞組、二次繞組中的電流有效值,變壓器容量,二極管峰值電壓和有效值電流。負載電流波形平直。2-6．具有平衡電抗器的雙反星形可控整流電路,阻感負載ld??,r?2?,當??0時,ud?300v,借改變控制角?使id?120a,求?的大小和此時的重疊角?。已知??xb?0.209?,忽略變壓器繞組電阻及晶閘管壓降。2-7．電鍍用整流裝置，要求直流電壓為18伏，電流為3000安，用帶平衡電抗器的雙反星形線路，整流變壓器一次側線電壓為380伏，考慮?min?30?，求變壓器二次側相電壓，并估算變壓器的容量。如果要求當負載電流降至300安時仍保證電路正常運行，估算平衡電抗器的最小電感量。如要求降至60安仍正常工作，電感量又為多大？2-8．在大功率整流電路中，為什么常常采用多種化的結構型式？在實現多機組串聯或并聯的多重化結構中應注意哪些問題？多機組串、并聯比單一機組采用元件串、并聯有什么優越性？2-9．當電源電壓相同時，如何從三相半波整流電路整流電壓平均值直接求出三相橋式6脈波整流電壓平均值？又如何得到兩個互差30?的三相橋組成的12脈波相控整流電壓平均值？怎么獲得24脈波的整流電壓？2-11．同一個整流電壓波形，當取不同的時間坐標，用傅立葉級數分析得到的諧波特性是否相同？為什么？2-12．整流裝置的諧波對電網產生了哪些不利影響?為了抑制“電力公害”和提高整流裝置的功率因數,可以采取哪些措施?2-13．試繪出圖2-25的十二相整流裝置的i1,i4,i1,i4,iab,ibc,ica,ia1,ia2,ia的波形,已知電網電壓為恒頻恒壓的對稱三相交流電源,平波電感ld充分大,負載電流連續而平直。1:1abc2-14．試繪出圖2-58所示的由三相全控橋和不控橋串聯組成的多相半控整流器的電流ia,i,iab,ica,ia,用圖示a1:的方法表明交流輸入端電流的位移因數cos?,并求輸出電壓平均值ud。設變壓器匝比1：1，二次相電壓為u2，可控橋控制角為?，負載電流連續而平圖2-58習題2-14附圖直,幅值為id。2-15在圖2-59的電路中，并聯的兩個橋式整流電路通過多級電抗器與負載相連，其中電抗器由四個對稱設置的晶閘管控制分接頭，通過適當地控制電抗器晶閘管可以獲得48脈波的整流輸出電壓，試分析電路的工作原理。2-16晶閘管相控電抗器的基本原理是什么？當觸發角??90?和??90?abc兩種情況下等效電抗是否相等？要實現電抗可調，觸發角?的調節范圍如何？圖2-59習題2-15附圖2-17.由圖2-42的boost型功率因數校正器的工作原理說明，為什么能實現輸入交流電流基本正弦，并與交流電源電壓同相？2-18試分析pwm整流電路和相控整流電路工作原理的根本區別。pwm整流電路具有哪些優良性能？pwm整流電路有哪些控制方式？為什么說，apf和asvg是pwm整流器的具體應用？它們之間在控制目標、控制方式上有何異同？參考文獻1.b.m.bird,k.g.king,anintroductiontopowerelectronics,newyork,1983.2.林謂勛，電力電子技術基礎，北京：機械工業出版社，，1990.3.gopalk.dubey,powersemiconductorcontrolleddrivers,1989.4.cyrilw.lander,溫紹森等譯,powerelectronics,北京：機械工業出版社，1987.5.muhammadh.rashid,powerelectronicshandbook,usa:academicpress,2001.6.黃俊，半導體變流技術，北京：機械工業出版社，1986.7.西南交通大學講義變流與控制，1985.78.葉斌，電力電子技術習題集，北京：中國鐵道出版社，1996.79.邵炳衡等，電力電子技術，北京：中國鐵道出版社，1997年10.劉志剛等，電力電子學，北京；清華大學出版社，北京交通大學出版社，2004.611.日本電氣學會，電力半導體變流方式調研專門委員會，王兆安、張良全譯，孫流芳校，電力電子半導體變流電路，北京：機械工業出版社，199312.葉斌，電力電子應用技術及裝置，北京：中國鐵道出版社，1999.813.趙良炳，現代電力電子技術基礎，北京：清華大學出版社，199514.mao