《电力电子技术》(第4版王兆安)课后习题解

第1章 电力电子器件

1.1 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，并在门极注入正向触发电流。 1.2 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），即IAIH。

要使晶闸管由导通变为关断，可通过外加反向阳极电压或减小负载电流的办法，使流过晶闸管的电流降到维持电流值以下，即IAIH。

1.3 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Im。 试计算各波形的电流平均值Id1，Id2，Id3与电流有效值I1，I2，I3。

解：a） Id1 I1 b） Id2I2124图1-43 晶闸管导电波形

Im2

Imsin(t)d(t)(1)0.2717Im

22(Imsint)d(t)Im21214Im2(2234120.4767Im

41Imsin(t)d(t)21)0.5434Im

1(Imsint)d(t)2Im234120.6471Im

4 c） Id3 I3220Imd(t)2214Im

120Imd(t)12Im

1.4 上题中如果不考虑安全裕量，问100A的晶阐管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少？

解：额定电流IT(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） Im1b） Im2c） Im3I0.4767I329.35A Id10.2717Im189.48A

232.90A Id20.5434Im2126.56A

0.674112I314A Id3Im378.5A

41.5 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1和2，由普通晶阐管的分析可得，121是器件临界导通的条件。12＞1两个等效晶体管过饱和而导通；12＜1不能维持饱和导通而关断。

GTO之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点

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不同：1）多元并联集成结构使每个GTO元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，P2区的横向电阻很小，显著减小了横向压降效应，从而使从门极抽出较大的电流成为可能；

2） GTO导通时12的更接近于1，普通晶闸管121.5，而GTO则为121.05，GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；而且GTO在设计时2较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；

3） GTO的J3结的反向击穿设计得较高，使得允许在门极和阴极间施加较高的反向驱动电压，不仅可以进一步削弱横向压降效应，而且可以加速GTO体内非平衡载流子经门极回路泄放的过程。 1.6 如何防止电力MOSFET因静电感应引起的损坏？

答：电力MOSFET的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。MOSFET的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过±20V的击穿电压，所以为防止MOSFET因静电感应而引起的损坏，应注意以下几点： ① 一般在不用时将其三个电极短接；② 装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必须接地；③ 电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高；④ 漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。

1.7 IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点？

答：IGBT驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT是电压驱动型器件，IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。

驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过 GTR驱动电路的特点是：

程，减小开通损耗，关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。

GTO驱动电路的特点是：GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。

电力MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。 1.8 全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RCD缓冲电路中各元件的作用。 答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，dvdtdt耗。RCD缓冲电路中，各元件的作用是： 开通时，CS经RS放电，RS起到限制放电电流的作用；关断时，

或过电流和di，减小器件的开关损

负载电流经VDS从CS分流，使dvdt减小，抑制过电压。

1.9 试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。

解：对IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的优缺点的比较如下表： 器 件 优 点 缺 点 开关速度快，开关损耗小，具有耐脉冲开关速度低于电力MOSFET，电压、IGBT 电流冲击的能力，通态压降较低，输入电流容量不及GTO ；存在擎住效应阻抗高，为电压驱动，驱动功率小。 问题。 耐压高，电流大，开关特性好，通流能开关速度低，为电流驱动，所需驱动GTR 力强，饱和压降低。 功率大，驱动电路复杂；存在二次击穿问题。 电压、电流容量大，适用于大功率场合，电流关断增益很小，关断时门极负脉GTO 具有电导调制效应，其通流能力很强。 冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低。 开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，通态电阻大，通态损耗大，电流容量电力 所需驱动功率小且驱动电路简单，工作小，耐压低，一般只适用于功率不超MOSFET 频率高，不存在二次击穿问题。 过10kW的电力电子装置。 1.10 什么是晶闸管的额定电流？

答：晶闸管的额定电流就是它的通态平均电流，国标规定：晶闸管在环境温度为40℃和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温所允许的最大工频正弦半波电流的平均值。 1.11 为什么要限制晶闸管断电电压上升律dvdt？

dt答：晶闸管在承受正向阳极电压阻断状态下，J2结反偏，其结电容在晶闸管端电压上升率dv过大时，就

会流过较大的充电电流（称位移电流），此位移电流流过J3，起到相当于触发电流的作用，易使晶闸管误触

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发导通，所以要限制dvdt。

dt1.12 为什么要限制晶闸管通态电流上升率di？

答：在晶闸管开始导通时刻，若电流上升速度过快，会有较大的电流集中在门极附近的阴极小区域内，虽然平均电流没有超过额定值，但在小的区域内局部过热而损坏晶闸管，所以要限制通态didt。

1.13 电力电子器件工作时产生过电压的原因及防止措施有哪些？

答：产生原因：分闸、合闸时产生的操作过电压；雷击引起的雷击过电压；晶闸管换相过程中产生的换相过电压。防止措施：压敏电阻；交流侧RC过电压抑制电路；直流侧RC过电压控制电路；变压器加屏蔽层；避雷器；器件关断缓冲电路等。

第2章 整流电路

2..1 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L20mH，U2100V，求当0时和60时的负载电流

Id，并画出ud与id波形。

解： 0时，在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压u2的负半周期，负载电感L释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立：

didL2U2sint dt考虑到初始条件：当t0时id0可解方程得：

idId2U2122U2L2U2(1cost) (1cost)d(t)

20LLud与id的波形如下图：

22.51(A)

当60时，在u2的正半周期60～180期间，晶闸管导通使电惑L储能，电感L储藏的能量在u2负半周期180～300期间释放，因此在u2的一个周期中60～300期间，以下微分方程成立： 2U2sint dt考虑到初始条件：当t60时id0可解方程得：

Lid2U21(cost) L2did 第 4 页

其平均值为

Id125332U212U2(cost)d(t)11.25(A) L22L此时ud与id的波形如下图：

2. 2 图2-9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22U2；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的问题。

因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。

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22U2。

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相同时，对于电阻负载；(0~)期间无晶闸管导通，输出电压为0；(~)期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VT1、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等；(~)期间均无晶闸管导通，输出电压为0；(~2)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U2。

对于电感负载；(~)期问，单相全波电路中VT1导逼，单相全控桥电路中VT1、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等；(~2)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，负载中R20，L值极大，当30时， 要求：① 作出ud、U2100V，

id和i2的波形；

② 求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2； ③ 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：① ud、id和i2的波形如下图：

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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0.9U2cos0.9100cos3077.97(V) IdUd77.9738.99(A) R238.99(A)

2100141.4(V)

I2Id

③ 晶闸管承受的最大反向电压为：

2U2 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。 流过晶闸管的电流有效值为： IVT

晶闸管的额定电流为：

IN(1.5~2)27.571.5726~35(A)

Id227.57(A)

具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

2.4 单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。

解：注意到二极管的特点：承受电压为正即导通。因此，二极管承受的电压不会出现正的部分。在电路中器件均不导通的阶段，交流电源电压由晶闸管平衡。整流二极管在一周内承受的电压波形如下：

2.5 单相桥式全控整流电路，U2

100V，负载R20，L值极大，反电势E60V，当时，要求：

① 作出ud、id和i2的波形；

② 求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2； ③ 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：① ud、id和i2的波形如下图：

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②整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次测电流有效值I2分别为： Id(UdE)R9(A)

(77.9760)29(A)

I2Id③晶闸管承受的最大反向电压为：

2U22100141.4(V) 流过每个晶闸管的电流的有效值为： IVTId26.36(A)

故晶闸管的额定电压为：

UN(2~3)141.4283~424(V) 晶闸管的额定电流为：

IN(1.5~2)6.361.576~8(A)

晶闸管额定电压和电流的具体敢值可按晶闸管产品系列参数选取。

2.6 晶闸管串联的单相半控桥（桥中VT1、VT2为晶闸管），电路如图2-11所示，U2100V，电阻电感负载，

R2，L值极大，当60时求流过器件电流的有效值，并作出ud、id、iVT、iD的波形。

解： ud、id、iVT、iD的波形如下图：

负载电压的平均值为： Ud1

1cos(/3)267.5(V)

32U2sintd(t)0.9U2 负载电流的平均值为：

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Id33.75(A)

R2 流过晶闸管VT1、VT2的电流有效值为：

Ud67.5 IVT13Id19.49(A)

流过二极管VD3、VD4的电流有效值为： IVD23Id27.56(A)

2.7 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。

解：假设0，当负载为电阻时，ud的波形如下：

当负载为电感时，ud的波形如下：

2.8 三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法，每段 的电动势相同，其分段布置及其矢量如图2-60所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增加10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？

图2-60 变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图

答： 变压器铁心不会被直流磁化。原因如下：

变压器二次绕组在一个周期内：当a1c2对应的晶闸管导通时，a1的电流向下流，c2的电流向上流；当c1b2对应的晶闸管导通时，c1的电流向下流，b2的电流向上流；当b1a2对应的晶闸管导通时，b1的电流向

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下流，a2的电流向上流；就变压器的一次绕组而言，每一周期中有两段时间（各为120）有电流流过，流过的电流大小相等而方向相反，故一周期内流过的电流平均值为零，所以变压器铁心不会被直流磁化。

2.9 三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点 吗？如果不是，它们在相位上差多少度？

答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相之间换相的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差180。

2.10 有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它 们的触发角都是，那么共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，例如都是a相，在相位上差多少度？ 答：相差180。

2.ll 三相半波可控整流电路，U2100V，带电阻电感负载，R5，L值极大，当60时，要求：

① 画出ud、id、和iVT1的波形； ② 计算Ud、Id、IdVT和IVT。 解： ① ud、id和iVT1的波形如下图：

② Ud、Id、IdVT和IVT分别如下

Ud1.17U2cos1.17100cos6058.5(V) IdUdR3358.5511.7(A) 3.9(A)

36.755(A)

IdVT IVTIdId11.711.73

2.12 在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压ud波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？ 答：假设VT1不能导通，整流电压ud波形如下：

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假设VT1被击穿而短路，则当晶闸管VT3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得VT3、VT5也可能分别被击穿。

2.13 三相桥式全控整流电路，U2100V，带电阻电感负载，R5，L值极大，当60时，要求：

① 画出ud、id、和iVT1的波形； ② 计算Ud、Id、IdVT和IVT。 解：① ud、id和iVT1的波形如下：

② Ud、Id、IdVT和IVT分别如下

Ud2.34U2cos2.34100cos60117(V) IdUdIdId3R3117523.4(A) 37.8(A)

313.51(A)

IdVT IVT23.423.4

2.14 单相全控桥，反电动势阻感负载，R1，L，E40V，当60U2100V，LB0.5mH，时求Ud、Id与的数值，并画出整流电压ud的波形。 解：考虑LB时，有：

Ud0.9U2cosUd

UdId2XBId R(UdE)

解方程组得：

UdR0.9U2cos2XBER2XB44.55(V)

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Ud0.455(V) Id4.55(A)

又因为 coscos()2IdXBU

2即得出 cos(60)0.4798 换流重叠角 61.33601.33 最后，作出整流电压ud的波形如下：

2.15 三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，U2100V， R1，LB1mH，E50V时Ud、Id、的值并作出ud与iVT1和iVT2的波形。

解：考虑LB时，有：

Ud1.17U2cosUd

U3XBd2Id I(UdE)dR

解方程组得：

UR1.17U2cos3XBEd2R3X94.63(V)

BUd6.7(V) Id44.63(A)

又因为 coscos()2IdXB6U

2即得出 cos(30)0.752

换流重叠角 41.283011.28

ud、iVT1和iVT2的波形如下：

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求当30、

2.16 三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R5，L，U2220V，XBI2和的值并作出ud、iVD和i2的波形。

求Ud、Id、IVD、0.3，

解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路0时的情况。

Ud2.34U2cosUd

UdIdUd3XBId

解方程组得： Ud R2.34U2cos13XB/R486.9(V)

Id97.38(A)

又因为 coscos()2IdXB6U2

即得出 cos0.892 换流重叠角 26.93

二极管电路和变压器二次侧电流的有效值分别为

IIVDd97.38332.46(A)

3I2a23Id79.51(A)

ud、iVD1和i2a的波形如下：

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2.17 三相全控桥，反电势阻感负载，E200V，R1，L，U2220V，60，当LB0和LB1mH情况下分别求Ud、Id的值，后者还应求并做出ud与iT的波形。

答：① 当LB0时：

Ud2.34U2cos2.34220cos60257.4(V)

Id(UdE)R(257.4200)157.4(A)

② 当LB1mH时：

Ud2.34U2cosUd

UdId3XBId

(UdE)解方程组得：Ud R2.34RU2cos3XBER3XId44.15(A)

244.15(V)

BUd13.25(V)

又因为 coscos()2IdXB6U2

即得出 cos(60)0.4485 换流重叠角 63.35603.35

ud、iVT1和iVT2的波形如下：

2.18 单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪儿次？

答：单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有2k（k=1、2、3„„）次谐波，其中幅值最大的是2次谐波。变压器二次侧电流中含有2k+1（k=1、2、3„„）次即奇次谐波，其中主要的有3次、5次谐波。

2.19 三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大 的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？

答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k（k=1、2、3„„）次的谐波，其中幅值最大的是6次谐波。变压器二次侧电流中含有6k±1（k=1、2、3„„）次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。

2.20 试计算第3题中i2的3、5、7次谐波分量的有效值I23，I25，I27。

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解：在第3题中己知电路为单相全控桥，其输出电流平均值为

Id38.99(A)

于是可得： I23 I25 I2722Id22Id22Id3572238.992238.992238.9935711.7(A) 7.02(A) 5.01(A)

2.21 试计算第13题中的5，7次谐波分量的有效值。 答：第13题中，电路为三相桥式全控整流电路，且已知

Id23.4(A) 由此可计算出5次和7次谐波分量的有效值为：

I25 I276Id6Id57623.4623.4573.65(A) 2.61(A)

2.22 试分别计算第3题和第13题电路的输入功率因数。 答：① 第3题中基波电流的有效值为：

I1基波因数为： 22IdI1I12238.99Id35.138.9935.1(A)

I0.9

电路的输入功率因数为： cos0.9cos300.78

② 第13题中基波电流有效值为：

I16IdI1I1Id623.390.955

18.243(A)

基波因数为： I电路的输入功率因数为： cos0.955cos600.48

2.23 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同？ 答：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有以下异同点：

① 三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要用平衡电抗器；

② 当变压器二次电压有效值U2相等时，双反星形电路的整流电压平均值Ud是三相桥式电路的1而

2整流电流平均值Id是三相桥式电路的2倍；

③ 在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压ud和整流电流id的波形形状一样。

2.24 整流电路多重化的主要目的是什么？

答：整流电路多重化的目的主要包括两个方面，一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。

2.25 12脉波、24脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐 波？

答：12脉波电路整流电路的交流输入电流中含有11次、13次、23次、25次等即12kl（k=1、2、3„„）次谐波，整流输出电压中含有12、24等即12k（k=1、2、3„„）次谐波。

24脉波整流电路的交流输入电流中含有23次、25次、47次、49次等，即24k 1（k=1、2、3„„）次谐波，整流输出电压中含有24、48等即24k（k=1、2、3„„）次谐波。

2.26 使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？

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答：条件有二：

① 直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；

 ② 要求晶闸管的控制角，使Ud为负值。

2

2.27 三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1当时求Ud、Id、 的值，此时送回电网的有功功率是多少？

答：由题意可列出如下3个等式：

Ud2.34U2cos()Ud

UdId3XBId R(UdEM)

cos()3XBEM三式联立求解，得

Ud2.34RU2R3X290.3(V)

BId109.7(A)

由下式可计算换流重叠角：

coscos()2IdXB6U20.1279

cos(120)0.6279

128.901208.90

送回电网的有功功率为：

PEMIdIdR400109.7109.7131.85(W)

22

2.28 单相全控桥，反电动势阻感负载，时求求Ud、Id、 的值？ 答：由题意可列出如下3个等式：

Ud0.9U2cos()Ud

UdId2XBId R(UdEM)

cos()2XBE三式联立求解，得

Ud0.9RU2R2XB2IdXB49.91(V)

Id49.09(A)

又因为 coscos()U20.1091

即得出 cos1 (20)0.6091换流重叠角 7.52

2.29 什么是逆变失败？如何防止逆变失败？

答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。

防止逆变夫败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换相裕量角等。

2.30 单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电 感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？

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答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是0～180，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0～90。

三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是0～120，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0～90。

2.31 三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是5，采用NPN锯齿波触发器，并附有滞后30的R-C滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联接形式。 答：整流变压器接法如下图所示

以a相为例，ua的120对应于90，此时Ud0，处于整流和逆变的临界点。该点与锯齿波的中点重合，即对应于同步信号的300，所以同步信号滞后ua180，又因为R-C滤波已使同步信号滞后30，所以同步信号只要再滞后150就可以了。

满足上述关系的同步电压向量图及同步变压器联接形式如下两幅图所示。

各晶闸管的同步电压选取如下表： VT3 VT5 VT6 晶闸管 VT1 VT2 VT4 同步电压 usb usa usc usb usa usc

2.32 某一电阻负载，要求输出直流电压Ud0~24V，最大负载电流Id30A。采用单相半波可控整流电路。用220V直接供电或用变压器降压到60V供电。计算两种方案下，不考虑完全裕量时，晶闸管的导通角，额定电流IN， 额定电压UN，电源的功率因数和电源容量。 解：① U2220V时： Ud0.45U2 cos11cos121 22410.5

2Ud0.45U20.45220 1120

1118012060

电流平均值 Id30A 故 Rd电流有效值 I 额定电流 INURdI1.57UdId24300.8()

U2Rd831.57sin24283(A)

53(A)

额定电压 UNURm 功率因数 cos12U242220311(V) 20.302

sin211 电源视在功率 S1U2I2208318.36(KVA) ②

U260V时：

2141 IN33.8A UN84.2A

cos20.71 S23.18KVA

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2.33 阻感负载，电感极大，电阻Rd5，电路为带有续二极管的单相半控桥电路，输入电压U2220V，当控制角60时，求流过晶闸管平均电流值IdT、有效值IT，流过续流二极管电流平均值IdD有效值ID。 解： 整流输出平均电压：

Ud0.9U21cos20.92201cos602149(V)

负载平均电流： IdUdRd149530(A)

Id180603603010(A)

流过晶闸管电流平均值：IdT 电流有效值：IT222Id17.3A

Id601803010(A)

流过续流二极管电流平均值：IdD有效值：ID2Id601803017.3(A)

2.33 单相全控桥式电路，电阻性负载，控制角60。画出电气原理图、整流电压Ud波形图、任一晶闸管在一个周期内两端电压波形图、变压器副边电流i2波形图。 解：

2.34 三相半波可控整流电路，负载电感极大，电阻Rd2、U2220V，当60，求出接续流二极管和不接续流二极管两种电路结构下的整流电压、整流电流，并选择晶闸管。 解： ① 接续流二极管时：

Ud0.675U21cos6  0.6752201cos6135(V) 3IdITUdRd135267.5(A)

15060360150360Id67.533.75(A)

晶闸管：IN(1.5~2)IT1.5731~42(A)

(V) UN(2~3)6U2700~1000② 不接续流二极管时：

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Ud1.17U2cos1.17220cos60117(V)

IdUdRd13117258.5(A) 13 ITId58.533.75(A)

晶闸管：IN(1.5~2)IT1.5731~42(A)

UN(2~3)6U2700~1000(V)

2.35 单相半波可控整流电路中，脉冲间隔= ( )，晶闸管最大导通角max（ ），晶闸管可以承受的最大电压UTm=（ ），整流电压的脉动次数m=（ ）；三相桥式可控整流电路中的＝

m（ ），xa＝（ ）， UTm=( )，m=( )。

答：单相半波： 2， ，

三相桥式：

32U2， 1；

，

23，6U2， 6

2.36 单相桥式电路中脉冲间隔＝（ ），晶闸管最大导通角max（ ），晶闸管承受的最大电压UTm=( )， 整流电压脉冲次数m=( )； 三相半波电路中= ( )，整流电压脉动次数

mm=( )；三相半波电路中＝（ ），xa（ ），UTm= ( )，m= ( )。

答：单相桥式： ， ， 三相半波：

32U2， 2；

，

23，6U2， 3

2.37 电阻性负载，单相桥式电路，脉冲移相范围=( )，电流开始断续时k＝（ ）；三相半波电路脉冲移相范围＝（ ），电流开始断续时k＝（ ）；三相桥式电路脉冲移相范围＝（ ），电流开始断续时k＝（ ）。

答：单相桥式0~，0；三相半波0~150，30；三相桥式0~120，60

2.38 三相半波可控整流电路对直流电动机供电，当60，理想空载转速n01000rpm，在30时，理想空载转速n01=( )；290时，理想空载转速n02=( )；3120，n03=( )

答：1000rpm ，866rpm ，500rpm

2.39 电路形式为两组三相桥式并联可逆电路，负载为直流电动机，请画出：电气原理图和直流电动机运行四个象限变流器的工作情况（电动机运行状态，变流器工作状态，整流电压极性，直流电动机反电势极性，主电路电流方向）。 答：

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2.40 电路形式为三相半波电路，负载为电阻，当30时，请画出电气原理图，整流电压Ud波形图，

触发脉冲序列，晶闸管VT1在一个周期内承受电压uVT1波形图。

答：

2.41 电路形式为三相桥式可控整流电路，负载电感大，当90请画出电气原理图，整流电压Ud波形图，触发脉冲序列，晶闸管VT1在一个周期内承受电压uVT1波形图。

答：

电力电子技术试题(第二章)

一、 填空题

1、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压 ，保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的 被触发，才能得到稳定的直流电压。1、同步、时刻。

2、晶体管触发电路的同步电压一般有 同步电压和 电压。2、正弦波、锯齿波。

3、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用 与一个或几个 的叠加，利用改变 的大小，来实现移相控制。3、正弦波同步电压、控制电压、控制电压。

4、在晶闸管两端并联的RC回路是用来防止 损坏晶闸管的。4、关断过电压。

5、为了防止雷电对晶闸管的损坏，可在整流变压器的一次线圈两端并接一个

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或 。5、硒堆、压敏电阻。

6、用来保护晶闸管过电流的熔断器叫 。6、快速熔断器。

7、晶闸管整流装置的功率因数定义为 侧 与 之比。7、交流、有功功率、视在功率

8、晶闸管装置的容量愈大，则高次谐波 ，对电网的影响 。

8、愈大，愈大。

9、在装置容量大的场合，为了保证电网电压稳定，需要有 补偿，最常用的方法是在负载侧 。9、无功功率；并联电容。

二、 判断题 对的用√表示、错的用×表示（每小题1分、共10分）

1、在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安全。（√） 2、为防止“关断过电压”损坏晶闸管，可在管子两端并接压敏电阻。（×） 3、雷击过电压可以用RC吸收回路来抑制。 （×） 4、硒堆发生过电压击穿后就不能再使用了。 （×） 5、晶闸管串联使用须采取“均压措施”。 （√） 6、为防止过电流，只须在晶闸管电路中接入快速熔断器即可。（×） 7、快速熔断器必须与其它过电流保护措施同时使用。 （√） 8、晶闸管并联使用须采取“均压措施”。 （×）

9、在电路中接入单结晶体管时，若把b1、b2接反了，就会烧坏管子。（×） 10、单结晶体管组成的触发电路输出的脉冲比较窄。 （√）

11、单结晶体管组成的触发电路不能很好地满足电感性或反电动势负载的要求。 （√）

12、采用正弦波移相触发电路的可控整流电路工作稳定性较差。（√） 13、正弦波移相触发电路不会受电网电压的影响。 （×）

14、对低电压大电流的负载供电，应该用带平衡电抗器的双反星型可控整流装置。 （√）

15、晶闸管触发电路与主电路的同步，主要是通过同步变压器的不同结线方式来实现的 （√）

16、晶闸管装置的容量愈大，对电网的影响就愈小。 （×）

三、单项选择题 把正确答案的番号填在括号内（每小题1分，共10分） 1、三相可控整流与单相可控整流相比较，输出直流电压的纹波系数（B）。

A 三相的大， B 单相的大， C一样大。

2、为了让晶闸管可控整流电感性负载电路正常工作，应在电路中接入（B）。

A 三极管， B 续流二极管， C 保险丝。

3、晶闸管可整流电路中直流端的蓄电池或直流电动机应该属于（C）负载。

A 电阻性， B 电感性， C 反电动势。

4、直流电动机由晶闸管供电与由直流发电机供电相比较，其机械特性（C）。

A 一样， B 要硬一些， C 要软一些。

5、带平衡电抗器的双反星型可控整流电路适用于（A）负载。

A 大电流， B 高电压， C 电动机。 6、晶闸管在电路中的门极正向偏压（B）愈好。

A 愈大， B 愈小， C 不变

7、晶闸管两端并联一个RC电路的作用是（C ）。

A 分流， B 降压， C 过电压保护， D 过电流保护。 8、压敏电阻在晶闸管整流电路中主要是用来（C ）。

A 分流， B 降压， C 过电压保护， D 过电流保护。 9、变压器一次侧接入压敏电阻的目的是为了防止（C）对晶闸管的损坏。

A 关断过电压， B 交流侧操作过电压， C 交流侧浪涌。 10、晶闸管变流装置的功率因数比较（B ）。

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A 高， B 低， C 好。

11、晶闸管变流器接直流电动机的拖动系统中，当电动机在轻载状况下，电枢电流较小时，变流器输出电流是（B）的。

A 连续， B 断续， C 不变。 12、脉冲变压器传递的是（C ）电压。

A 直流， B 正弦波， C 脉冲波。

13、普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（C）来表示的。

A 有效值 B 最大赛值 C 平均值

14、普通的单相半控桥可整流装置中一共用了（A）晶闸管。

A 一只， B 二只， C 三只， D 四只。 15、三相全控桥整流装置中一共用了（B）晶闸管。

A 三只， B 六只， C 九只。

16、双向晶闸管是用于交流电路中的，其外部有（C）电极。

A 一个， B 两个， C 三个， D 四个。

17、若可控整流电路的功率大于4kW，宜采用（C ）整流电路。

A 单相半波可控 B 单相全波可控 C 三相可控

18、三相可控整流与单相可控整流相比较，输出直流电压的纹波系数（B）。

A 三相的大， B 单相的大， C一样大。

四、问答题 （每小题6分，共计24分） 1、对晶闸管的触发电路有哪些要求？

答：为了让晶闸管变流器准确无误地工作要求触发电路送出的触发信号应有足够大的电压和功率；门极正向偏压愈小愈好；触发脉冲的前沿要陡、宽度应满足要求；要能满足主电路移相范围的要求；触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压取得同步。 2、正确使用晶闸管应该注意哪些事项？

答：由于晶闸管的过电流、过电压承受能力比一般电机电器产品要小的多，使用中除了要采取必要的过电流、过电压等保护措施外，在选择晶闸管额定电压、电流时还应留有足够的安全余量。另外，使用中的晶闸管时还应严格遵守规定要求。此外，还要定期对设备进行维护，如清除灰尘、拧紧接触螺钉等。严禁用兆欧表检查晶闸管的绝缘情况。 3、晶闸管整流电路中的脉冲变压器有什么作用？

答：在晶闸管的触发电路采用脉冲变压器输出，可降低脉冲电压，增大输出的触发电流，还可以使触发电路与主电路在电气上隔离，既安全又可防止干扰，而且还可以通过脉冲变压器多个二次绕组进行脉冲分配，达到同时触发多个晶闸管的目地。 4、一般在电路中采用哪些措施来防止晶闸管产生误触发？

答：为了防止晶闸管误导通，①晶闸管门极回路的导线应采用金属屏蔽线，而且金属屏蔽层应接“地”；②控制电路的走线应远离主电路，同时尽可能避开会产生干扰的器件；③触发电路的电源应采用静电屏蔽变压器。同步变压器也应采用有静电屏蔽的，必要时在同步电压输入端加阻容滤波移相环节，以消除电网高频干扰；④应选用触发电流稍大的晶闸管；⑤在晶闸管的门极与阴极之间并接0.01μF～0.1μF的小电容，可以有效地吸收高频干扰；⑥采用触发电流大的晶闸管。

6、晶闸管的过电流保护常用哪几种保护方式？其中哪一种保护通常是用来作为“最后一道保护”用？

答：晶闸管的过电流保护常用快速熔断器保护；过电流继电器保护；限流与脉冲移相保护和直流快速开关过电流保护等措施进行。其中快速熔断器过电流保护通常是用来作为“最后一道保护”用的。

7、对晶闸管的触发电路有哪些要求？

8、晶闸管整流装置对电网的不良影响有哪些？用什么办法可以抑制或减小这些影响？

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计算题 （每小题10分，共计20分）

1、 已知三相半波可控整流电路大电感负载，电感内阻为2Ω，变压器二次相电压 220V，试求当α= 60°时，不接续流二极管与接续流二极管两种情况时的负载两端电压平均值、流过每只晶闸管电流的有效值，并选择晶闸管的型号（电流电压安全余量为2）

解：

2、 直流电动机由三相半波可控整流电路供电，整流变压器二次相电压为110V，每相绕组漏抗、绕组电阻折算到二次侧分别为100μH与0.02Ω，直流侧负载额定电流为15A。求换相压降ΔUd、整流变压器等效内阻R i以及α=60°时的换相重叠角γ，并列出α=60°时的负载特性方程。（P81）

解：

3、 单相全控桥式整流电路带大电感负载时，若已知U2=220V。负载电阻Rd=10Ω，求α=60°时，电源供给的有功功率、视在功率以及功率因数为多少？ （P=980.1W,S=2.178VA,cosφ=0.45） （P160）

解：

4、 单相交流调压电路，其中U2为工频交流电，L=5.516mH，R=1Ω，求：⑪控制角的移相范围；⑫负载电流最大有效值。

解：ω=2πf=2×3.14×50=314

φ=arctg

LR =arctg

3145.5161013=

P183第4题

11、一台220V、10kW的电炉，采用晶闸管单相交流调压，现使其工作在5kW，试求电路的控制角α的范围、工作电流及电源侧功率因数。（P183第5题）

12、采用双相晶闸管的交流调压器接三相电阻负载，如电源线电压为220V，负载功率为10kW，试计算流过双相晶闸管的最大电流，如使用反并联联接的普通晶闸管代替，则流过普通晶闸管的最大有效电流为多少。（P184第9题）

解：线电压为220V，

则相电压应为：

2203 = 127 V

10k3流过双相晶闸管的最大电流为： ÷ 127 = 26.24 A

识、作图题 （10分）

4、读出下列图形符号的名称并标出管脚符号。

5、画出下列半导体器件的图形符号并标明管脚代号。

①普通晶闸管；②单结晶体管；③逆导晶闸管；④可关断晶闸管；⑤功率晶体管；⑥功

率场效应晶体管；⑦绝缘门极晶体管；⑧双向二极管；⑨双向晶闸管；⑩程控单结晶体管。

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9、画一个具有完整保护措施，能正常工作的单相全控桥式晶闸管可控整流带大电感负载的主电路。

第3章 直流斩波电路

3.1 述图3-1a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ton，由电源E像L、R、M供电，在此期间，uoE。然后使V关断一段时间toff，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UotofftontoffE。输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

3.2在图3-1a所示的降压斩波电路中，已知E200V，R10，L值极大，EM30V，T50s，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。

解：由于L值极大，故负载电流连续，可得：

输出电压平均值为

t20200UoonE80（V）

T50输出电流平均值为

UEM8030Ioo5（A）

R10

3.3 在图3-1a所示的降压斩波电路中，E100V，L1mH，R0.5，EM10V，采用脉宽调制控制方式，T20s，当ton5s时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，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ton3s时，重新进行上述计算。 解：由题目已知条件可得：

100L0.0010.002

R0.5mEME100.1

当ton5s时，有

T0.01



由于

eton0.0025

11ee0.00250.0111e0.249m

所以输出电流连续。

此时输出平均电压为

UotonTE10052025（V）

输出电流的最大和最小瞬时值分别为

Imax1eE1e0.0025100m0.11eR1e0.010.530.19（A）

 第 23 页

当ton由于

e1Ee0.00251100Imine1mRe0.0110.529.81（A）

3s时，采用同样的方法可以得出：

0.0015

e11ee0.0150.0111e0.149m

所以输出电流仍然连续。

此时输出电压、电流的平均值以及输出电流的最大、最小瞬时值分别为：

t1003UoonE15（V）

T20UEM1510Ioo10（A）

R0.5Imax1e0.00151000.10.010.510.13（A） 1ee0.00151100Imin0.1e0.0110.59.873（A）



3.4简述图3－2a所示升压斩波电路的基本工作原理。

答：假设电路中电感L值很大电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电 感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值UO。设V处于通

态的时间为ton，此阶段电感 L上积蓄的能量为EI1ton。当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为

toff,则在此期间电感L释放的能量为(UoE)I1toff。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄

的能量与释放的能量相等，即：EI1ton(UoE)I1toff 化简得：UotontofftoffETtoffE

式中的T/toff1 ，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

3.5 在图3-2a 所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，ton=25μs时，计算输出电压平均值Uo ，输出电流平均值Io。 解：输出电压平均值为：

UoTtoffE40402550133.3（V）

输出电流平均值为：

IoUoR133.3206.667（A）

3.6 试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路的基本原理，并比较其异同点。

答：升降压斩波电路和基本原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其贮存能量，此时电流为i1，方向如图3-4中所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中贮存的能量向负载释放，电流为i2，方向如图3-4所示。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。

稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即

T0uLdt0

当V处于通态期间，uLE；而当V处于断态期间，uLuo。于是：

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EtonUotoff 所以输出电压为

UotontoffEtonTtonE1E

改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压，当1/21 时为升压，因此电路称作升降压斩波电路。

Cuk斩波电路的基本原理：当V处于通态时，E-L1-V 回路和R-L2-C-V回路分别流过电流。当V处于断态时，E-L1-C-VD回路和R-L2-VD回路分别流过电流。

输出电压的极性与电源电压极性相反。该电路的等效电路如图3－5b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换。

假设电容C很大使电容电压uC的脉动足够小时。当开关S合到B点时，B点电压uB0，A点电压

uAuC；相反，当S合到A点时，uBuC,uA0。因此，B点电压uB的平均值为UBtoffTUC（UC为电容电压uC的平均值），又因电感L1的电压平均值为零，所以EUB平均值为UAtoffTUC。另一方面，A点的电压

T是可得出输出电压Uo与电源电压E的关系：

UotonUC，且L2的电压平均值为零，按图3－5b中输出电压Uo的极性，有UotonTUC。于

tontoffEtonTtoffE1E

两个电路实现的功能是一致的，均可方便的实现升降压斩波。与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。

2.7 试绘制Sepic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图，并推导其输入输出关系。 解：Sepic电路的原理图如下：

在V导通ton期间，

uL1EuL2uC1

在V关断toff期间，

uL1EuouC1uL2uo

当电路工作于稳态时，电感L1、L2的电压平均值均为零，则下面的式子成立

Eton(EuouC1)toff0

uC1tonuotoff0

由以上两式即可得出

UotontoffE

Zeta电路的原理图如下：

第 25 页

在V导通ton期间， 在V关断toff期间，

uL1uC1uL2uouL1EuL2EuC1uo

当电路工作于稳态时，电感L1、L2的电压平均值均为零，则下面的式子成立 EtonuC1toff0 (EuouC1)tonuotoff0 由以上两式即可得出

UotontoffE

3.8 分析图3-7a所示的电流可逆斩波电路，并结合图3-7b的波形，绘制出各个阶段电流流通的路径并标明电流方向。

解：电流可逆斩波电路中，V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限；V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限。

图3-7b中，各阶段器件导通情况及电流路径等如下： V1导通，电源向负载供电：

V1关断，VD1续流：

V2导通，L上蓄能：

V2关断，VD2导通，向电源回馈能量：

第 26 页

3.9 对于图3-8所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析此时电路的工作情况，并绘出相应的电流流通路径图，同时标明电流流向。

解：需使电动机工作于反转电动状态时，由V3和VD3构成的降压斩波电路工作，此时需V2保持导通，与V3和VD3构成的降压斩波电路相配合。

当V3导通时，电源向M供电，使其反转电动，电流路径如下图：

当V3关断时，负载通过VD3续流，电流路径如下图：

3.10 多相多重斩波电路有何优点？

答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路，使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。

此外，多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高。

3.11 直流斩波电路三种控制方式

解：调宽控制----保持周期T不变，控制主控管的导通时间ton来调节脉宽。 调频控制----保持主控管的导能时间ton不变，改变周期T，即调频。

混合控制----同时改变斩波周期T和主控管导通时间ton，以此达到改变占空比。

3.12 什么是三相一重斩波电路和一相三重斩波电路

解：三相一重是负载为三个独立负载，电源为一个公共电源；

三重一相是电源为三个独立电源共同向一个负载供电的斩波电路。

3.13 降压斩波电路如下图

VTLVDCREVo

VT的开关周期T1300秒，导通时间tonT3，E100V，L50mH,R1，求:负载的电压Vo，和

电流Io，流过VT和VD的电流IdT,IdD输入功率P和负载功率PR。 解：电抗XL2fL23.143005010 第 27 页

365.9

X>>R,电流可近似不变,

VoIotonTVoR1T1TTET31333.3110033.3（V） 33.3（A） Id32Id3TIdTiTdt033.3311.1（A）

IdDTiDdt322.2（A）

TPi1T30EiTdtET3idTdt0TETIdT100*11.11.1（KW）

PRVoIo33.3*33.31.11（KW）

第4章 交流电力控制电路和交交变频电路

4.1 一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在0时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%，50%时的开通角。 解： 0时的输出电压最大，为 Uomax1(2U1sint)dtU1

02此时负载电流最大，为： Iomax=

uomaxRU1R U1R22因此，最大输出功率为： Pmax=Uomax Iomax=输出功率为最大输出功率的80%时，有： P0.8Pomax

(0.8U1)R

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因此 Uo=0.8U1 又由 Uo=U1

sin22解得： 60.54

同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有： Uo=0.5U1



又由 Uo=U1

2 90

4.2 一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串连作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。试求：①开通角的变化范围；②负载电流的最大有效值；③最大输出功率及此时电源侧的功率因数；④当=π/2时，晶闸管电流的有效值、晶闸管导通角何电源侧的功率因数。 解：①负载阻抗角为：

sin22502103L arctanarctan0.5R开通角的变化范围为：



0.8986451.49 即

0.89864

③当=时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为：

PomaxI2omaxR220RL22R37.532（KW） 功率因数为： PomaxU1I037532220273.980.6227

实际上，此时的功率因数也是负载阻抗角的余弦，即

cos 0.6627④2时，先计算晶闸管的导通角，由式（4-7）得

tan e sin0.89864sin0.8986422解上式可得晶闸管导通角为：

2.375136.1 也可估计出的值。

此时，晶闸管电流的有效值为 IVTU12Z220sincos2cos2.375

sin2.375cos0.898642.375cos0.8986420.803 =123.2（A）

电源侧功率因数为 其中：I0于是可得出

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I0RU1I02

2IVT174.2（A）

I0RU1I02174.20.5220174.22 0.3959

4.3 交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？ 答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。

交流调压电路是在交流电源的每个周期通过改变相位角对输出电压波形进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。

交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。

交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。

4.4 什么是TCR，什么是TSC？它们的基本原理是什么？各有何特点？ 答：TCR是晶闸管控制电抗器。TSC是晶闸管投切电容器。 二者的基本原理如下；

TCR是利用电抗器来吸收电网中的无功功率(或提供感性的无功功率)，通过对晶闸管开通角的控制，可以连续调节流过电抗器的电流，从而调节TCR从电网中吸收的无功功率的大小。

TSC则是利用晶闸管来控制用于补偿无功功率的电容器的投入和切除来向电网提供无功功率(提供容性的无功功率)。

二者的特点是：

TCR只能提供感性的无功功率，但无功功率的大小是连续的。实际应用中往往配以固定电容器(FC)，就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率。

TSC提供容性的无功功率，符合大多数无功功率补偿的需要。其提供的无功功率不能连续调节但在实用中只要分组合理，就可以达到比较理想的动态补偿效果。

4.5 单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同？

答：单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路的电路组成是相同的，均由两组反并联的可控整流电路组成。但两者的功能和工作方式不同。

单相交交变频电路是将固定幅值和频率的交流电变成不同频率的交流电，通常用于交流电动机传动，两组可控整流电路在输出交流电压一个周期里，交替工作各半个周期，从而输出交流电。

而直流电动机传动用的反并联可控整流电路是将交流电变为直流电，两组可控整流路中哪组工作并没有像交交变频电路那样的固定交替关系，而是由电动机工作状态的需要决定。

4.6 交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？

答：一般来讲，构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。当交交变频电路中采用常用的6脉波三相桥式整流电路时，最高输出频率不应高于电网频率的1/3~1/2。当电网频率为50Hz时，交交变频电路输出的上限频率为20Hz左右。

当输出频率增高时，输出电压一周期所包含的电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。

4.7 交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？

答：交交变频电路的主要特点是：只用一次变流效率较高；可方便实现四象限工作；低频输出时的特性接近正弦波。

交交变频电路的主要不足是：接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管；受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输出功率因数较低；输入电流谐波含量大，频谱复杂。 主要用途：500千瓦或1000千瓦以下的大功率、低转速的交流调速电路，如轧机主传动装置、鼓风机、球磨机等场合。

第 30 页

4.8 三相交交变频电路有那两种接线方式？它们有什么区别？

答：三相交交变频电路有公共交流母线进线方式和输出星形联结方式两种接线方式。 两种方式的主要区别在于：

公共交流母线进线方式中，因为电源进线端公用，所以三组单相交交变频电路输出端必须隔离。为此，交流电动机三个绕组必须拆开，共引出六根线。

而在输出星形联结方式中，因为电动机中性点和变频器中性点接在一起；电动机只引三根线即可，但是因其三组单相交交变频器的输出联在一起，其电源进线必须隔离，因此三组单相交交变频器要分别用三个变压器供电。

4.9 在三相交交变频电路中，采用梯形波输出控制的好处是什么？为什么？ 答：在三相交交变频电路中采用梯形波控制的好处是可以改善输入功率因数。

因为梯形波的主要谐波成分是三次谐波，在线电压中，三次谐波相互抵消，结果线电压仍为正弦波。在这种控制方式中，因为桥式电路能够较长时间工作在高输出电压区域(对应梯形波的平顶区)，角较小，因此输入功率因数可提高15%左右。

4.10 试述矩阵式变频电路的基本原理和优缺点。为什么说这种电路有较好的发展前景？

答：矩阵式变频电路的基本原理是：对输入的单相或三相交流电压进行斩波控制，使输出成为正弦交流输出。 矩阵式变频电路的主要优点是：输出电压为正弦波；输出频率不受电网频率的限制；输入电流也可控制为正弦波且和电压同相；功率因数为l，也可控制为需要的功率因数；能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运行；不通过中间直流环节而直接实现变频，效率较高。

矩阵式交交变频电路的主要缺点是：所用的开关器件为18个，电路结构较复杂，成本较高，控制方法还不算成熟；输出输入最大电压比只有0.866，用于交流电机调速时输出电压偏低。

因为矩阵式变频电路有十分良好的电气性能，使输出电压和输入电流均为正弦波，输入功率因数为l，且能量双向流动，可实现四象限运行；其次，与目前广泛应用的交直交变频电路相比，虽然多用了6个开关器件，却省去直流侧大电容，使体积减少，且容易实现集成化和功率模块化。随着当前器件制造技术的飞速进步和计算机技术的日新月异，矩阵式变频电路将有很好的发展前景。

4.11 三相三线制交流调压电路，电阻负载，开通角＝（ ）；其中当电路处于三个晶闸管导通和两个晶闸管导通交替状态时，1＝（ ），每个晶闸管导通时间1＝（ ）；当电路处于任一时刻都是两个晶闸管导通时2＝（ ），晶闸管的导通时间2＝（ ）；当电路处于两个晶闸管导通和无晶闸管导通的交替状态时3＝（ ），晶闸管的导通时间3＝（ ）

答案：0——150；0——60，180―；60——90，120；90——150，300－2

4.12 单相交流调压电阻负载，移相角1=( )，电阻感负载，移相范围2＝（ ） 答案：0——，——

4.13 单相交流调压，电源为工频U1=220V，阻感负载，其中L=5.5mH， R=1

求：控制角的移相范围；最大负载电流有效值I=？最大输出功率Pmax=？功率因数Cos=？ 解：（1）arctanLR1 所以 60180

（2）时， 电流连续，电流最大

arctan2505.510360

I=

U1Z22012505.51032110（A）

(3) P = U1IcosU1I2cos220110cos6012.1（KW）

4.13 画出上题中U1， Uo， Io， UVT 的波形 解： 见P113 图4－2 uao3060

4.14 三相三线交流调压，负载星形连接，原理如图4-9(a)，电阻负载，分别画出30,60时U相负载R的电压波形。

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uaouA12uACuaouA12uAC3012uAB3012uAB 30 60

4.15 对于单相交交变频电路，负载电流io和负载电压uo如下图所示，请填出P组、N组在不同时间内的工作状态。

P

+uoioiouoNt0-

t1t2t3t4

在t0到t1期间， P组工作在（ ）状态，N组工作在（ ）状态； 在t1到t2期间， P组工作在（ ）状态，N组工作在（ ）状态； 在t2到t3期间， P组工作在（ ）状态，N组工作在（ ）状态； 在t3到t4期间， P组工作在（ ）状态，N组工作在（ ）状态。 答案：逆变，阻断；整流，阻断；阻断，逆变；阻断，整流。

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连接。

5.2 换流方式有那儿种？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。 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

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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。

5.4 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：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。

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。

5.5 三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，Ud =100V。试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值UN1、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、输出线电压中的5次谐波的有效值UUV5 。 解：输出相电压的基波幅值为：

2Ud UUN1m0.637Ud63.7（V）

输出相电压基波有效值为：

UUN1输出线电压的基波幅值为： UUV1m输出线电压基波的有效值为： UUV1UUV1m26UUN1m20.45Ud45（V）

23Ud1.1Ud110（V）

Ud0.78Ud78（V）

输出线电压中五次uUV5的表达式为： uUV5其有效值为： UV523Ud523Ud52sin5t 15.59（V）

5.6 并联谐振式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：假设在t时刻触发VT2、VT3使其导通，负载电压Uo就通过VT2、VT3施加在VTl、VT4上,使其承受反向电压关断，电流从VTl、VT4向VT2、VT3转移触发VT2、VT3时刻/必须在Uo过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。

5.7 串联二极管式电流型逆变电路中,二极管的作用是什么?试分析换流过程。 答：二极管的主要作用：

一是为换流电容器充电提供通道，并使换流电容的电压能够得以保持，为晶闸管换流做好准备；

二是使换流电容的电压能够施加到换流过程中刚刚关断的晶闸管上，使晶闸管在关断之后能够承受一定时间的反向电压，确保晶闸管可靠关断，从而确保晶闸管换流成功。

以VTl和VT3之间的换流为例，串联二极管式电流型逆变电路的换流过程可简述如下：

给VT3施加触发脉冲，由于换流电容C13电压的作用，使VT3导通，而VTl被施以反向电压而关断。直流电流Id从VTl换到VT3上，C13通过VDl、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电，如图5-16b所示。因放电电流恒为Id,故称恒流放电阶段。在C13电压Uc13下降到零之前，VTl一直承受反压，只要反压时间大于晶闸管关断时间，就能保证可靠关断。

Uc13降到零之后在U相负载电感的作用下，开始对C13反向充电。如忽略负载冲电阻的压降，则在Uc13=0时刻后，二极管VD3受到正向偏置而导通，开始流过电流，两个二极管同时导通，进入二极管换流阶段，如图5-16c所示。随着C13充电电压不断增高，充电电流逐渐减小，到某一时刻充电电流减到零，VDl承受反压而关断，二极管换流阶段结束。之后，进入VT2、VT3稳定导通阶段，电流路径如图5-16d所示。

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5.8 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：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。

5.9 画出单相半桥电压型逆变电路电气原理图以及负载电压U0,负载电流I的波形，注明开关器件和二极管的导通关断状态。 解：图5－6

5.10 单相桥式电流型并联谐振式逆变电路，如图5－12，逆变器输出功率P=100KW,逆变频率f=1000HZ,直流电压Ud=500V,电流Id=250A, 电流变化率di/dt=200A/s, cos1= 0.8; 请选择晶闸管VT,晶闸管可以触发引前时间t 解：（1）晶闸管的选择

负载电压有效值U0=

Ud500220.8700V

则UT≥（2－3）2U0(1.52)2700 取UT=2000V

I0=

4Id20.9Id0.9250225A

I0(1.52)2251.571.57(2) ttt

IT=1.52 取IT=250A

换流时间tIddi/dt2502012.5s

6 t2100012.510 承受反压时间t  t =

404.5

4.5233.75

233.75/18021000arctan0.8100s

则：触发引前时间 ttt＝12.5＋100＝112.5s

5.11 三相电压型逆变电路基本电路的工作方式是（ ）导电方式，输出的交流电压波形为（ ），线电压宽度为（ ）其幅值为（ ）；相电压宽度为（ ），幅值为（ ），相电压宽度为（ ），其幅值为（ ）。 解：180，矩形，180，Ud，120，Ud

32

5.12 三相电流型逆变电路基本电路的工作方式是（ ）导电方式，输出交流电流波形为（ ），电流宽度为（ ），其基波有效值为（ ）。 答案：120，矩形，120，0.78Id

5.13 什么是电压换流换流，电流换流，纵向换流，横向换流？ 答：电压换流：给晶闸管加反向电压使其关断的换流。

电流换流：现使晶闸管的电流为0，而后导通反并联二极管使其加上反向电压的换流。

纵向换流：换流发生在同一相上下两桥臂间进行的换流。

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横向换流：换流使在上桥臂组或下桥臂组内进行换流。

5.14 三相电压型二重逆变电路，输出交流相电压为三个阶梯的梯形波，电平均值（ ）（ ）（ ），直流侧电流脉动次数为（ ）。 答： 123Ed，113Ed，

13Ed，12

5.15 三相桥电压型交电平逆变电路，对于两电平逆变电路，输出电压的电平为（ ），对于三电平逆变电路输出线电压的电平为（ ）。

答：＋Ud ， －Ud ，0；＋Ud ，－Ud＋Ud/2， 0 。

电力电子技术试题(第五章)

三、 填空题

1、整流是把 电变换为 电的过程；逆变是把 电变换为 电的过程。1、交流、直流；直流、交流。

2、逆变电路分为 有源 逆变电路和 无源 逆变电路两种。 3、逆变角β与控制角α之间的关系为 。3、α=π－β 4、逆变角β的起算点为对应相邻相 负半周 的交点往左 度量。

5、当电源电压发生瞬时与直流侧电源 联，电路中会出现很大的短路电流流过晶闸管与负载，这称为 或 。

5、顺极性串、逆变失败、逆变颠覆。

6、为了保证逆变器能正常工作，最小逆变角应为 。6、30°～35°

7、由两套晶闸管组成的变流可逆装置中，每组晶闸管都有四种工作状态，分别是 状态、 状态、 状态和 状态。7、待整流、整流、待逆变、逆变。 8、将直流电源的恒定电压， 通过电子器件的开关控制，变换为可调的直流电压的装置称为 器。8、斩波。

9、反并联可逆电路常用的工作方式为 ， 以及 三种。在工业上得到广泛应用的是 方式。9、逻辑无环流、有环流、错位无环流、逻辑无环流。

10、采用接触器的可逆电路适用于对 要求不高、 不大的场合。10、快速性，容量。

11、某半导体器件的型号为KN 100 / 50 — 7，其中KN表示该器件的名称为 100表示 ，50表示 ，7表示 。11、逆导晶闸管，晶闸管额定电流为100A，二极管额定电流为50A，额定电压100V。

12、晶闸管整流装置的功率因数定义为 侧 与 之比。12、交流、有功功率、视在功率

13、晶闸管装置的容量愈大，则高次谐波 ，对电网的影响 。

13、愈大，愈大。

14、在装置容量大的场合，为了保证电网电压稳定，需要有 补偿，最常用的方法是在负载侧 。14、无功功率；并联电容。

15、变频电路从变频过程可分为 变频和 变频两大类。15、交流—交流，交流—直流—交流。

16、脉宽调制变频电路的基本原理是：控制逆变器开关元件的 和 时间比，即调节 来控制逆变电压的大小和频率。

16、导通，关断，脉冲宽度。

四、 判断题 对的用√表示、错的用×表示（每小题1分、共10分）

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1、把交流电变成直流电的过程称为逆变。 （×）

2、应急电源中将直流电变为交流电供灯照明，其电路中发生的“逆变”称有源逆变。 （×）

3、晶闸管变流可逆装置中出现的“环流”是一种有害的不经过电动机的电流，必须想办法减少或将它去掉。 （√）

4、晶闸管变流装置会对电网电压波形产生畸变。 （√）

5、对低电压大电流的负载供电，应该用带平衡电抗器的双反星型可控整流装置。 （√）

6、晶闸管触发电路与主电路的同步，主要是通过同步变压器的不同结线方式来实现的 （√）

7、电源总是向外输出功率的。 （×） 8、晶闸管可控整流电路就是变流电路。 （×） 9、只要控制角α＞90°，变流器就可以实现逆变。 （×） 10、采用接触器的可逆电路适用于对快速性要求不高的场合。（√） 11、逻辑控制无环流可逆电路的动态性能较差。 （√） 12、逻辑控制无环流可逆电路在运行过程中存在有死区。 （√） 13、晶闸管装置的容量愈大，对电网的影响就愈小。 （×） 14、采用晶体管的变流器，其成本比晶闸管变流器高。 （√）

三、单项选择题 把正确答案的番号填在括号内（每小题1分，共10分） 1、下列不可以实现逆变的电路是（）式晶闸管电路。

A 单相全波， B 三相半控桥， C三相全控桥 2、变流器必须工作在α（）区域，才能进行逆变。

A ＞90°， B ＞0°， C ＜90°， D ＝0°。 3、为了保证逆变能正常工作，变流器的逆变角不得小于（）。

A 5°， B 15°， C 20°， D 30°。 4、串联谐振式逆变器属于（ ）逆变器。

A 电压型 B 电流型 C 电阻型 5、并联谐振式逆变器属于（ ）逆变器。

A 电压型 B 电流型 C 电阻型 四、问答题 （每小题6分，共计24分）

1、什么叫整流？什么叫逆变？什么叫有源逆变？什么叫无源逆变？

答：把交流电变为直流电的过程叫整流；把直流电变为交流电的过程叫逆变；将直流电

变为和电网同频率的交流电并反送到交流电网去的过程称为有源逆变；将直流电变为交流电直接供给负载使用的过程叫无源逆变。

2、 为什么有源逆变工作时，变流器直流侧会出现负的直流电压，而电阻负载或电阻串大电感负载则不能？

3、实现有源逆变的条件有哪些？

答：直流侧必须外接与直流电流Id同方向的直流电源E。其数值要稍大于Ud，才能提供

逆变能量；变流器必须工作在β＜90°（α＞90°）区域，使Ud＜0，才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。

4、什么是晶闸管整流装置中的环流？环流是怎样产生的？在不同的α或β（α = β）时环流是否相同？当α＞β或α＜β时，环流会如何变化？

5、 什么叫有环流反并联可逆电路的α=β工作制？

答：在有环流反并联可逆电路中，为了防止在两组变流器中出现环流，当一组工作在整流状态时，另一组必须工作在逆变状态，并且α=β，也就是两组变流器的控制角之和必须保持180°，才能使两组直流侧电压大小相等方向相反。这种运行方式称为α=β工作制。

6、 晶闸管整流装置的功率因数是怎样定义的？它与哪些因素有关？改善功率因数通常有哪些方法？

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答：晶闸管整流装置的功率因数定义为交流侧有功功率与视在功率之比。晶闸管整流装置的功率因数与电路的畸变系数与位移因数的乘积大小成正比。改善功率因数通常有以下几种方法：①小控制角（逆变角）运行；②采用两组变流器的串联供电；③增加整流相数；④设置补偿电容。

7、 晶闸管整流装置对电网的不良影响有哪些？用什么办法可以抑制或减小这些影响？ 8、 什么是有源逆变？逆变时α角至少为多少度？为什么？ 9、 什么情况下才能实现有源逆变？ 10、 试区分和简要说明下列概念： 11、无源逆变和有源逆变； 12、串联逆变和并联逆变；

13、负载谐振换流和脉冲强迫换流； 14、电压逆变器和电流逆变器。

15、串联谐振式逆变器有哪些特点？适用于哪些场合？

答：串联谐振式逆变器的启动和关断较容易，但对负载的适应性较差，当负载参数变动较大配合不当时，会影响功率输出或引起电容电压过高。因此，串联谐振式逆变器适用于负载性质变化不大，需要频繁启动和工作频率较高的场合，如热锻、弯管、淬火等。

第6章 PWM控制技术

6. l 试说明PWM控制的基本原理。 答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理。

以正弦PWM控制为例。把正弦半波分成Ⅳ等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于/n，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按下弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。

6.2 设图6-3中半周期的脉冲数为5，脉冲幅值为相应正弦波幅值的2倍，试按面积等效原理来计算各脉冲的宽度。

解：将各脉冲的宽度用i (i1,2,3,4,5)表示，根据面积等效原理可得

 150Umsint2Umcost2500.09549rad0.3040ms

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2 255Umsint2Um2cost2550.2500rad0.7958ms

3U52msintcost23525 352Um40.3090rad0.9836ms

U53msint20.2500rad 452Um0.7958ms

U4msint10.0955rad 552Um0.3040ms

6.3 单极性和双极性PWM调制有什么区别？在三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平？

答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式。 三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性PWM调制方式。

三相桥式PWM逆变电路中，输出相电压有两种电平：0.5Ud和-0.5Ud。输出线电压有三种电平Ud、0、－Ud。

6.4 特定谐波消去法的基本原理是什么？设半个信号波周期内有10个开关时刻（不含0和π时刻）可以控制,可以消去的谐波有几种？

答：首先尽量使波形具有对称性，为消去偶次谐波,应使波形正负两个半周期对称，为消去谐波中的余弦项，使波形在正半周期前后1/4周期以/2为轴线对称。

考虑到上述对称性,半周期内有5个开关时刻可以控制。利用其中的l个自由度控制基波的大小,剩余的4个自由度可用于消除4种频率的谐波。

6.5 什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？

答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。在异步调制方式中,通常保持载波频率fc固定不变，因而当信号波频率ft变化时,载波比N是变化的。

异步调制的主要特点是：在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。这样，当信号波频率较低时，载波比较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称产生的不利影咱都较小，PWM波形接近正弦波。而当信号披频率增高时，载波比N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大，有时信号波的微小变化还会产生PWM脉冲的跳动。这就使得输出PWM波和正弦波的差异变大。对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。载波比N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。

同步调制的主要特点是：在同步调制方式中，信号波频率变化时载波比N不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的载波频率fc也很低。fc过低时由调制带来的谐波不易滤除。当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率fc会过高,使开关器件难以承受。此外，同步调制方式比异步调制方式复杂一些。

分段同步调制是把逆变电路的输出频率划分为若干段，每个频段的载波比一定，不同频段采用不同的载波比。其优点主要是：在高频段采用较低的载波比，使载波频率不致过高广可限制在功率器件允许的范围内。而在低频段采用较高的载波比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。

6.6 什么是SPWM波形的规则化采样法？和自然采样法比规则采样法有什么优点？

答：规则采样法是一种在采用微机实现时实用的PWM波形生成方法。规则采样法是在自然采样法的基础上得出的。规则采样法的基本思路是:取三角波载波两个正峰值之间为一个采样周期。使每个PWM脉冲的中点

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和三角波一周期的中点（即负峰点）重合，在三角载波的负峰时刻对正弦信号波采样而得到正弦波的值，用幅值与该正弦波值相等的一条水平直线近似代替正弦信号波，用该直线与三角波载波的交点代替正弦波与载波的交点，即可得出控制功率开关器件通断的时刻。

比起自然采样法，规则采样法的计算非常简单，计算量大大减少，而效果接近自然采样法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采样法难以在实时控制中在线计算，在工程中实际应用不多的缺点。

6.7 单相和三相SPWM波形中，所含主要谐波的频率是多少？ 答：单相SPWM波形中，所含的谐波频率为： nckr

式中，n1,3,5„时，k0,2,4„；n2,4,6„时，k0,2,4 „

在上述谐波中，幅值最高影响最大的是角频率为c的谐波分量。 三相SPWM波形中所含的谐波频率为： nckr

式中，n1,3,5„时，k32m11,m1,2„； n2,4,6„时，k

6m1m0,1, m1,26m1在上述谐波中，幅值较高的是c2r和2cr

6.8 如何提高PWM逆变电路的直流电压利用率？

答：采用梯形波控制方式,即用梯形波作为调制信号，可以有效地提高直流电压的利用率。

对于三相PWM逆变电路，还可以采用线电压控制方式，即在相电压调制信号中叠加3的倍数次谐波及直流分量等，同样可以有效地提高直流电压利用率。

6.9 什么是电流跟踪型PWM变流电路？采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器有何特点？

答：电流跟踪型PWM变流电路就是对变流电路采用电流跟踪控制。也就是，不用信号波对载波进行调制，而是把希望输出的电流作为指令信号，把实际电流作为反馈信号，通过二者的瞬时值比较来决定逆变电路各功率器件的通断，使实际的输出跟踪电流的变化。

采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器的特点： ①硬件电路简单；

②属于实时控制方式,电流响应快；

③不用载波,输出电压波形中不含特定频率的谐波分量；

④与计算法和调制法相比,相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多； ⑤采用闭环控制。

6.10 什么是PWM整流电路？它和相控整流电路的工作原理和性能有何不同？

答：PWM整流电路就是采用PWM控制的整流电路，通过对PWM整流电路的适当控制，可以使其输入电流十分接近正弦波且和输入电压同相位，功率因数接近l 。

相控整流电路是对晶闸管的开通起始角进行控制，属于相控方式。其交流输入电流中含有较大的谐波分量，且交流输入电流相位滞后于电压,总的功率因数低。

PWM整流电路采用SPWM控制技术，为斩控方式。其基本工作方式为整流，此时输入电流可以和电压同相位，功率因数近似为l。

PWM整流电路可以实现能量正反两个方向的流动，既可以运行在整流状态，从交流侧向直流侧输送能量；也可以运行在逆变状态，从直流侧向交流侧输送能量。而且这两种方式都可以在单位功率因数下运行。

此外，还可以使交流电流超前电压90，交流电源送出无功功率，成为静止无功功率发生器，或使电流比电压超前或滞后任一角度。

6.11 在PWM整流电路中，什么是间接电流控制？什么是直接电流控制？

答：在PWM整流电路中，间接电流控制是按照电源电压、电源阻抗电压及PWM整流器输入端电压的相量关系来进行控制，使输入电流获得预期的幅值和相位，由于不需要引入交流电流反馈，因此称为间接电流控制。

直接电流控制中，首先求得交流输入电流指令值，再引入交流电流反馈，经过比较进行跟踪控制，使输入电流跟踪指令值变化。因为引入了交流电流反馈而称为直接电流控制。

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第7章 软开关技术

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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的体积和重量？为什么提高关频率可以减小变压器的体积和重量？

答：高频化可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效的降低装置的体积和重量。使装置小型化、轻量化是高频化的意义所在。提高开关频率，周期变短，可使滤除开关频率中谐波的电感和电容的参数变小，从而减轻了滤波器的体积和重量；对于变压器来说，当输入电压为正弦波时，U4.44fNBS，当频率提高时，可减小N、S参数值，从而减小了变压器的体积和重量。

7.2 软开关电路可以分为哪儿类？其典型拓扑分别是什么样子的？各有什么特点？

答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路。

准谐振电路：准谐振电路中电压或电流的波形为正弦波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式。

零电压开关谐振电路的基本开关单元 零电流开关谐振电路的基本开关单元

零开关PWM电路：这类电路中引入辅助开关来控制谐振的开始时刻，谐振仅发生于开关过程前后，此电路的电压和电流基本上是方波，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。

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零电压开关PWM电路的基本开关单元 零电流开关PWM电路的基本开关单元

零转换PWM电路：这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功率的交换被消减到最小。

零电压开关PWM电路的基本开关单元 零电流开关PWM电路的基本开关单元

7.3 在移相全桥零电压开关PWM电路中，如果没有谐振电感Lr，电路的工作状态将发生哪些变化，哪些开关仍是软开关，哪些开关将成为硬开关？

答：如果没有谐振电感Lr ，电路中的电容Csl 、Cs2与电感仍可构成谐振电路，而电容Cs3 、Cs4将无法与Lr构成谐振回路，这样,S3 、S4将变为硬开关，S1 、S2仍为软开关。

7.4 在零电压转换PWM电路中，辅助开关Sl和二极管ⅤDl是软开关还是硬开关，为什么？

答：在Sl开通时，Usl不等于零；在Sl关断时，其上电流也不为零，因此Sl为硬开关。由于电感Lr的存在，Sl开通时的电流上升率受到限制，降低了Sl的开通损耗。由于电感Lr的存在，使ⅤDl的电流逐步下降到零，自然关断，因此ⅤDl为软开关。

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第8章 组合变流电路

8.l 什么是组合变流电路？

答：组合变流电路是将某儿种基本的变流电路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC）组合起来，以实现一定新功能的变流电路。

8.2 试阐明图8-1间接交流变流电路的工作原理，并说明该电路有何局限性。 答：间接交流变流电路是先将交流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流电，图8-1所示的是不能再生反馈电力的电压型间接交流变流电路。该电路中整流部分采用的是不可控整流，它和电容器之间的直流电压和直流电流极性不变，只能由电源向直流电路输送功率，而不能由直流电路向电源反馈电力，这是它的一个局限。图中逆变电路的能量是可以双向流动的，若负载能量反馈到中间直流电路，导致电容电压升高。由于该能量无法反馈回交流电源，故电容只能承坦少量的反馈能量，这是它的另一个局限。

8.3 试分析图8-2间接交流变流电路的工作原理，并说明其局限性。

答：图8-2是带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路，它是在图8-1的基础上，在中间直流电容两端并联一个由电力晶体管Vo和能耗电阻Ro组成的泵升电压限制电路。

当泵升电压超过一定数值时，使Ⅴo导通，把从负载反馈的能量消耗在Ro上。其局限性是：当负载为交流电动机，并且要求电动机频繁快速加减速时，电路中消耗的能量较多，能耗电阻Ro也需要较大功率，反馈的能量都消耗在电阻上，不能得到利用。

8.4 试说明图8-3间接交流变流电路是如何实现负载能量回馈的。

答：图8-3为利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路，它增加了一套变流电路，使其工作于有源逆变状态。当负载回馈能量时，中间直流电压上升，使不可控整流电路停止工作，可控变流器工作于有源逆变状态，中间直流电压极性不变，而电流反向，通过可控变流器将电能反馈回电网。

8.5 何为双PWM电路？其优点是什么？

答：双PWM电路中，整流电路和逆变电路都采用PWM控制，可以使电路的输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，中间直流电路的电压可调。当负载为电动机时，可工作在电动运行状态，也可工作在再生制动状态；通过改变输出交流电压的相序可使电动机正转或反转。因此，可实现电动机四象限运行。

8.6 什么是变频调速系统的恒压频比控制？

答：即对变频器的电压和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定。这样可维持电动机气隙磁通为额定值，使电动机不会因为频率变化而导致磁饱和和造成励磁电流增大，引起功率因数和效率的降低。

8.7 何为UPS？试说明图8-11所示UPS系统的工作原理。

答：UPS是指当交流输入电源发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受影响的装置，即不间断电源。图8-11为用柴油发电机作为后备电源的UPS其工作原理为：一旦市电停电，则蓄电池投入工作，同时起动油机，由油机代替市电向整流器供电，整流后再通过逆变器逆变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电广市电恢复正常后，再重新由市电供电。因为蓄电池只作为市电与油机之间的过渡，柴油发电机作为后备电源，所以此系统可保证长时间不间断供电。

8.8 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、最大电流和平均电流。 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的最大电压的情况如下表所示： 开关S 整流二极管VD1 N2N1U1 1U1 正激电路 N3N3 反激电路 U1N1N2U0 N2N1UiU0 第 42 页

8.9 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 N2N2 IId 开关S dUi 2NN11 整流二极管 ②半桥电路： 开关S 整流二极管 N2N1Ui Id 12Id 最大电压 Ui N22N1Ui 最大电流 N2N1Id 平均电流 N22N112Id Id Id ③推挽电路（变压器原边总匝数为2N1）： 最大电压 开关S 2Ui 整流二极管 N2N1Ui 最大电流 N2Id N1 Id 平均电流 N2Id 2N112Id 8.10 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，可公用一个电源，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。

8.11 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的最大电压、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 半桥整流 1 UmId 2Um Id 212Id Id 8.12 一台输出电压为5V、输出电流为20A的开关电源：

⑪ 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?

⑫ 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消耗是多少？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） 25CPF10 100 25 0.98V 快恢复二极管 3530CPQ035 30 30 0.64V 肖特基二极管 MOSFET IRFP048 60 70 0.018Ω 解：①总损耗为：412UdId4120.982039.2（W）

②采用全波整流时：

采用快恢复二极管时总损耗为：212UdId0.982019.6（W）

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采用肖特基二极管时总损耗为: 212UdId0.642012.8（W）

22采用同步整流电路时，总损耗为：2I2R2200.0187.2（W）

2

1. 电流源型逆变器的输出电流波形为 矩形波 。

2. 三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差 120°。

3. 将直流电能转换为交流电能又馈送回交流电网的逆变电路称为 有源 逆变器。 4. 电流型逆变器中间直流环节以 电感 贮能。

5.同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL_=(2～4)______IH。

6. 对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值 下降 。 7.晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是___静态均压_____措施。

8.三相全控桥式变流电路交流侧非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有______三角形和星形__二种方式。

9.抑制过电压的方法之一是用____储能元件____吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。 10. 控制角α与逆变角β之间的关系为 β=л-α 。 11.SPWM有两种调制方式：单极性和___双极性___调制。 12.逆变器可分为无源逆变器和__有源____逆变器两大类。

1、普通晶闸管内部有 两个 PN结,，外部有三个电极，分别是 阳极A 极 阴极K 极和 门极G 极。

2、晶闸管在其阳极与阴极之间加上 正向 电压的同时，门极上加上 触发 电压，晶闸管就导通。 3、、晶闸管的工作状态有正向 阻断 状态，正向 导通 状态和反向 阻断 状态。

4、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表示该器件的名称为 普通晶闸管 ，50表示 额定电流50A ，7表示 额定电压100V 。

5、只有当阳极电流小于 维持电流 电流时，晶闸管才会由导通转为截止。

6、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会 减小 。

7、按负载的性质不同，晶闸管可控整流电路的负载分为 电阻 性负载， 电感 性负载和 反电动势 负载三大类。

8、 当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会 减小 ，解决的办法就是

在负载的两端 并 接一个 续流二极管 。

9、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角 小 、电流波形不连续、呈 脉冲 状、电流的平均值 小 。要求管子的额定电流值要 大 些。 10、单结晶体管的内部一共有 一 个PN结，外部一共有3个电极，它们分别是 发射极E 极、 第一基极B1 极和 第二基极B2 极。

11、当单结晶体管的发射极电压高于 峰点 电压时就导通；低于 谷点 电压时就截止。

12、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压 同步 ，保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的 时刻 被触发，才能得到稳定的直流电压。

13、晶体管触发电路的同步电压一般有 正弦波 同步电压和 锯齿波 电压。 14、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用 正弦波同步电压 与一个或几个 控制电压 的叠加，利用改变 控制电压 的大小，来实现移相控制。

15、在晶闸管两端并联的RC回路是用来防止 关断过电压 损坏晶闸管的。

16、为了防止雷电对晶闸管的损坏，可在整流变压器的一次线圈两端并接一个 硒堆或 压敏电阻 。

17、用来保护晶闸管过电流的熔断器叫 快速熔断器 。

7、晶闸管整流装置的功率因数定义为 交流 侧 有功功率 与 视在功率 之比。 8、晶闸管装置的容量愈大，则高次谐波 愈大 ，对电网的影响 愈大 。

9、在装置容量大的场合，为了保证电网电压稳定，需要有 无功功率 补偿，最常用的方法是在负载侧 并联电容 。

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1、某半导体器件的型号为KS50—7的，其中KS表示该器件的名称为 双向晶闸管 ，50表示 额定电流50A ，7表示 额定电压100V 。 2、某半导体器件的型号为KN 100 / 50 — 7，其中KN表示该器件的名称为 逆导晶闸管 100表示 晶闸管额定电流为100A ，50表示 二极管额定电流为50A ，7表示 额定电压100V 。

3、双向晶闸管的四种触发方式分别是 Ⅰ+ 、Ⅰ- 、 Ⅲ+ 和 Ⅲ- 。实际工作时尽量避免使用 Ⅲ+ 方式。

5、晶闸管整流装置的功率因数定义为 交流 侧 有功功率 与 视在功率 之比。 1、GTO的全称是 门极可关断晶闸管 ，图形符号为 ；GTR的全称是 大功率晶体管 ，图形符号为 ；P-MOSFET的全称是 功率场效应管 ，图形符号为 ；IGBT的全称是 绝缘门极晶体管 ，图形符号为 。

2、GTO的关断是靠门极加 负信号 出现门极 反向电流 来实现的。 3、大功率晶体管简称 GTR ，通常指耗散功率 1W 以上的晶体管。

4、功率场效应管是一种性能优良的电子器件，缺点是 电流不够大 和 耐压不够高 。

1、整流是把 交流 电变换为 直流 电的过程；逆变是把 直流 电变换为 交流 电的过程。

2、逆变电路分为 有源 逆变电路和 无源 逆变电路两种。 3、逆变角β与控制角α之间的关系为 α=π－β 。

4、逆变角β的起算点为对应相邻相 负半周 的交点往 左 度量。

5、当电源电压发生瞬时与直流侧电源 顺极性串 联，电路中会出现很大的短路电流流过晶闸管与负载，这称为 逆变失败 或 逆变颠覆 。

6、为了保证逆变器能正常工作，最小逆变角应为 30°～35° 。

7、由两套晶闸管组成的变流可逆装置中，每组晶闸管都有四种工作状态，分别是 待整流 状态、 整流 状态、 待逆变 状态和 逆变 状态。

8、将直流电源的恒定电压， 通过电子器件的开关控制，变换为可调的直流电压的装置称为 斩波 器。

9、反并联可逆电路常用的工作方式为 逻辑无环流 ， 有环流 以及 错位无环流 三种。在工业上得到广泛应用的是 逻辑无环流 方式。

10、采用接触器的可逆电路适用于对 快速性 要求不高、 容量 不大的场合。

11、某半导体器件的型号为KN 100 / 50 — 7，其中KN表示该器件的名称为 逆导晶闸管100表示 晶闸管额定电流为100A ，50表示 二极管额定电流、50A ，7表示 额定电压为100V 。

15、变频电路从变频过程可分为 交流—交流 变频和 交流—直流—交流 变频两大类。 16、脉宽调制变频电路的基本原理是：控制逆变器开关元件的 导通 和 关断 时间比，即调节 脉冲宽度 来控制逆变电压的大小和频率。

1、由普通晶闸管组成的直流斩波器通常有 定频调宽 式， 定宽调频 式和 调宽调频 式三种工作方式。

1、请在正确的空格内标出下面元件的简称：

电力晶体管 GTR ；可关断晶闸管GTO ；功率场效应晶体管 MOSFET ；绝缘栅双极型晶体管 IGBT ；IGBT是 MOSFET 和 GTR 的复合管。

2、晶闸管对触发脉冲的要求是 要有足够的驱动功率 、 触发脉冲前沿要陡幅值要高 和 触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。

3、多个晶闸管相并联时必须考虑 均流 的问题，解决的方法是 串专用均流电抗器。 4、在电流型逆变器中，输出电压波形为 正弦波 ，输出电流波形为 方波? 。

5、型号为KS100-8的元件表示 双向晶闸管 晶闸管、它的额定电压为 800V 伏、额定有效电流为 100A 。

6、180°导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在 同一桥臂 上的上、下二个元件之间进行；而120o导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在 不同桥臂上的元件之间进行的。

7、当温度降低时，晶闸管的触发电流会 增加 、正反向漏电流会 下降 ；当温度升高时，晶闸管的触发电流会 下降 、正反向漏电流会 增加 。

8、 在有环流逆变系统中，环流指的是只流经 ?逆变电源 、 逆变桥 而不流经 负载 的电流。环流可在电路中加 电抗器 来限制。为了减小环流一般采控用控制角α 大于 β的工作方式。

9、常用的过电流保护措施有 快速熔断器 、 串进线电抗器、 接入直流快速开关 、 控制快速移相使输出电压下降。（写出四种即可）

10、双向晶闸管的触发方式有 Ⅰ+、 Ⅰ-、 Ⅲ＋、 Ⅲ- 四种 。

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一、填空（30分）

1、双向晶闸管的图形符号是 ，三个电极分别是 第一阳极T1， 第二阳极T2 和 门极G ；双向晶闸管的的触发方式有 I+ 、 I- 、 III+ 、 III .。

2、单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 22U2 。三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 6U2 。（电源相电压为U2）

3、要使三相全控桥式整流电路正常工作，对晶闸管触发方法有两种，一是用 大于60º小于120º的宽脉冲 触发；二是用 脉冲前沿相差60º的双窄脉冲 触发。

4、在同步电压为锯齿波的触发电路中，锯齿波底宽可达 240º 度；实际移相才能达 0º-180 º 度。 5、异步电动机变频调速时，对定子频率的控制方式有 恒压频比控制、 转差劲频率控制 、 矢量控制 、 直接转矩控制 。

6、软开关电路种类很多，大致可分成 零电压 电路、 零电流 电路两大类。

7、变流电路常用的换流方式有 器件换流 、 电网换流 、 负载换流 、 强迫换流 四种。

8、逆变器环流指的是只流经 两组反并联的逆变桥 、而不流经 负载 的电流，环流可在电路中加 采用串联电抗器 来限制。

9、提高变流置的功率因数的常用方法有 减小触发角、增加整流相数、采用多组变流装置串联供电、设置补偿电容。

10、绝缘栅双极型晶体管是以 电力场效应晶体管栅极为栅极 作为栅极，以 以电力晶体管集电极和发射极 作为发射极与集电极复合而成。

1、普通晶闸管内部有两个PN结。 （×） 2、普通晶闸管外部有三个电极，分别是基极、发射极和集电极。 （×） 3、型号为KP50—7的半导体器件，是一个额定电流为50A的普通晶闸管。（） 4、只要让加在晶闸管两端的电压减小为零，晶闸管就会关断。 （×） 5、只要给门极加上触发电压，晶闸管就导通。 （×） 6、晶闸管加上阳极电压后，不给门极加触发电压，晶闸管也会导通。（√） 7、加在晶闸管门极上的触发电压，最高不得超过100V。 （×） 8、单向半控桥可控整流电路中，两只晶闸管采用的是“共阳”接法。（×） 9、晶闸管采用“共阴”接法或“共阳”接法都一样。 （×） 10、增大晶闸管整流装置的控制角α，输出直流电压的平均值会增大。（×） 11、在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安全。 （√） 12、为防止“关断过电压”损坏晶闸管，可在管子两端并接压敏电阻。（×） 13、雷击过电压可以用RC吸收回路来抑制。 （×） 14、硒堆发生过电压击穿后就不能再使用了。 （×） 15、晶闸管串联使用须采取“均压措施”。 （√） 16、为防止过电流，只须在晶闸管电路中接入快速熔断器即可。 （×） 17、快速熔断器必须与其它过电流保护措施同时使用。 （√） 18、晶闸管并联使用须采取“均压措施”。 （×） 22、在电路中接入单结晶体管时，若把b1、b2接反了，就会烧坏管子。（×） 23、单结晶体管组成的触发电路也可以用在双向晶闸管电路中。 （√） 24、单结晶体管组成的触发电路输出的脉冲比较窄。 （√）

25、单结晶体管组成的触发电路不能很好地满足电感性或反电动势负载的要求。 （√）

1、在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安全。 （√） 2、为防止“关断过电压”损坏晶闸管，可在管子两端并接压敏电阻。（×） 3、雷击过电压可以用RC吸收回路来抑制。 （×） 4、硒堆发生过电压击穿后就不能再使用了。 （×） 5、晶闸管串联使用须采取“均压措施”。 （√） 6、为防止过电流，只须在晶闸管电路中接入快速熔断器即可。 （×） 7、快速熔断器必须与其它过电流保护措施同时使用。 （√） 8、晶闸管并联使用须采取“均压措施”。 （×） 9、在电路中接入单结晶体管时，若把b1、b2接反了，就会烧坏管子。（×） 10、单结晶体管组成的触发电路输出的脉冲比较窄。 （√）

11、单结晶体管组成的触发电路不能很好地满足电感性或反电动势负载的要求。 （√）

12、采用正弦波移相触发电路的可控整流电路工作稳定性较差。 （√）

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13、正弦波移相触发电路不会受电网电压的影响。 （×）

14、对低电压大电流的负载供电，应该用带平衡电抗器的双反星型可控整流装置。 （√）

15、晶闸管触发电路与主电路的同步，主要是通过同步变压器的不同结线方式来实现的 （√）

16、晶闸管装置的容量愈大，对电网的影响就愈小。 （×） 2、双向晶闸管的额定电流是用有效值来表示的。 （√） 3、普通单向晶闸管不能进行交流调压。 （×） 3、双向触发二极管中电流也只能单方向流动。 （×） 4、单结晶体管组成的触发电路也可以用在双向晶闸管电路中。 （√）

5、两只反并联的50A的普通晶闸管可以用一只额定电流为100A的双向晶闸管来替代。 （×）

1、大功率晶体管的放大倍数β都比较低。 （√） 2、工作温度升高，会导致GTR的寿命减短。 （√） 3、使用大功率晶体管时，必须要注意“二次击穿”问题。 （√） 4、同一支可关断晶闸管的门极开通电流和关断电流是一样大的。 （×） 5、电力晶体管的外部电极也是：集电极、基极和发射极。 （√） 6、实际使用电力晶体管时，必须要有电压电流缓冲保护措施。 （√） 7、同一支可关断晶闸管的门极开通电流比关断电流大。 （×） 8、电力场效应晶体管属于电流型控制元件。 （×） 9、绝缘栅双极型晶体管具有电力场效应晶体管和电力晶体管的优点。（√） 1、把交流电变成直流电的过程称为逆变。 （×）

2、应急电源中将直流电变为交流电供灯照明，其电路中发生的“逆变”称有源逆变。 （×）

3、晶闸管变流可逆装置中出现的“环流”是一种有害的不经过电动机的电流，必须想办法减少或将它去掉。 （√）

4、晶闸管变流装置会对电网电压波形产生畸变。 （√）

5、对低电压大电流的负载供电，应该用带平衡电抗器的双反星型可控整流装置。 （√）

6、晶闸管触发电路与主电路的同步，主要是通过同步变压器的不同结线方式来实现的 （√）

7、电源总是向外输出功率的。 （×） 8、晶闸管可控整流电路就是变流电路。 （×） 9、只要控制角α＞90°，变流器就可以实现逆变。 （×） 10、采用接触器的可逆电路适用于对快速性要求不高的场合。 （√） 11、逻辑控制无环流可逆电路的动态性能较差。 （√） 12、逻辑控制无环流可逆电路在运行过程中存在有死区。 （√） 13、晶闸管装置的容量愈大，对电网的影响就愈小。 （×）

14、采用晶体管的变流器，其成本比晶闸管变流器高。 （√）1、同一支可关断晶闸管的门极开通电流和关断电流是一样大的。 （×）

2、电力晶体管的外部电极也是：集电极、基极和发射极。 （√） 3、实际使用电力晶体管时，必须要有电压电流缓冲保护措施。 （√） 4、同一支可关断晶闸管的门极开通电流比关断电流大。 （×） 5、电力场效应晶体管属于电流型控制元件。 （×） 6、绝缘栅双极型晶体管具有电力场效应晶体管和电力晶体管的优点。（√）

1、 在半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路出故障时会出现失控现象。 （ √ ）

2、 在用两组反并联晶闸管的可逆系统，使直流电动机实现四象限运行时，其中一组逆变器工作在整流状态，那么另一组就工作在逆变状态。 （ × ）

3、 晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。 （ × ） 4、 逆变角太大会造成逆变失败。 （ × ）

5、 并联谐振逆变器必须是略呈电容性电路。 （ √ ） 6、 给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。 （ × ）

7、 有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。 （ × ） 8、 在单相全控桥整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。 （ × ）

9、 在三相半波可控整流电路中，电路输出电压波形的脉动频率为300Hz。 （ × ）

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10、变频调速实际上是改变电动机内旋转磁场的速度达到改变输出转速的目的。? （ √ ）

1、 半控桥整流电路，大电感负载不加续流二极管，输出电压波形中没有负向面积。 ( √ )

2、采用两组反并联晶闸管的可逆系统，供直流电动机四象限运行时，其中一组逆变器工作在整流状态，那么另一组就工作在逆变状态。 （ × ）

3、晶闸管并联使用时，必须注意均压问题。 （ × ）

4、无源逆变指的是不需要逆变电源的逆变电路。 （ × ） 5、并联谐振逆变器必须是呈电容性电路。 （ √ ）

6、直流斩波电路只能实现降低输出直流电压的作用 （ × ）

7、无源逆变指的是把直流电能转变成交流电能回送给电网。 （ × ）

8、在三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反压为2倍相电压U2。 （ × ） 9、三相全控桥整流电路中，输出电压的脉动频率为150Hz。 （ × ） 10、变频调速实际是改变电动机内旋转磁场 1．在型号为KP10-12G中，数字12表示（C ）。

A.额定电压12V B.额定电流12A C.额定电压1200V D.额定电流1200A 2．下列电路中，不可以实现有源逆变的有（B ）。

A.三相半波可控整流电路 B.三相桥式半控整流电路

C.单相桥式可控整流电路 D.单相全波可控整流电路外接续流二极管 3.整流变压器漏抗对电路的影响有（B ）。

A.整流装置的功率因数降低 B.输出电压脉动减小 C.电流变化缓和 D.引起相间短路

4．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（ B） ①一次击穿 ②二次击穿 ③临界饱和 ④反向截止 5．逆导晶闸管是将大功率二极管与何种器件集成在一个管芯上而成(B )

①大功率三极管 ②逆阻型晶闸管 ③双向晶闸管 ④可关断晶闸管 6.已经导通了的晶闸管可被关断的条件是流过晶闸管的电流（① ） ①减小至维持电流IH以下 ②减小至擎住电流IL以下 ③减小至门极触发电流IG以下 ④减小至5A以下

7. 单相半波可控整流电路中，晶闸管可能承受的反向峰值电压为（② ）

①U2 ②2U2 ③22U2 ④6U2

8. 单相半控桥电感性负载电路中，在负载两端并联一个续流二极管的目的是（.④ ） ①增加晶闸管的导电能力 ②抑制温漂

③增加输出电压稳定性 ④防止失控现象的产生

9. 三相全控桥式变流电路工作于有源逆变状态，输出电压平均值Ud的表达式是（ .① ） ①Ud=- 2.34U2cosβ ②Ud=1.17U2cosβ ③Ud= 2.34U2cosβ ④Ud=-0.9U2cosβ

10. 若减小SPWM逆变器输出电压基波幅值，可采用的控制方法是（ ③ ） ①减小三角波频率 ②减小三角波幅度

③减小输入正弦控制电压幅值 ④减小输入正弦控制电压频率

11. 单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是( D ) A.90° B.120° C.150° D.180° 12. 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 )

A.0°～90° B.0°～180° C.90°～180° D.180°～360° 13. 当晶闸管串联时，为实现动态均压，可在各个晶闸管两端并联( D ) A. R B. L C. C D. RC

14.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( B ) A.导通状态 B.关断状态 C.饱和状态 D.不定 15.三相半波可控整流电路的自然换相点是( B )

A.交流相电压的过零点 B.本相相电压与相邻相电压正半周的交点处

C.比三相不控整流电路的自然换相点超前30°D.比三相不控整流电路的自然换相点滞后60° 16. 单结晶体管同步振荡触发电路中，改变Re能实现（ A ）。 A．移相 B．同步 C．增大脉冲宽度 D．增大脉冲幅值

17.在大电感负载三相全控桥中，当α=90°时，整流电路的输出是( B ) A.U2 B.0 C .1.414U2 D.1.732U2

18. 降压斩波电路中，已知电源电压Ud=16V,负载电压U0=12V,斩波周期T=4ms，则开通时间Tab=（ ③ ）

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①1ms ②2ms ③3ms ④4ms

1、晶闸管内部有（C ）PN结。A 一个， B 二个， C 三个， D 四个

2、单结晶体管内部有（A）个PN结。A 一个， B 二个， C 三个， D 四个 3、晶闸管可控整流电路中的控制角α减小，则输出的电压平均值会（B）。 A 不变， B 增大， C 减小。

4、单相半波可控整流电路输出直流电压的平均值等于整流前交流电压的（ ）倍。 A 1， B 0.5， C 0.45， D 0.9.

5、单相桥式可控整流电路输出直流电压的平均值等于整流前交流电压的（ ）倍。 A 1， B 0.5， C 0.45， D 0.9.

7、为了让晶闸管可控整流电感性负载电路正常工作，应在电路中接入（B）。 A 三极管， B 续流二极管， C 保险丝。

8、晶闸管可整流电路中直流端的蓄电池或直流电动机应该属于（C）负载。 A 电阻性， B 电感性， C 反电动势。

9、直流电动机由晶闸管供电与由直流发电机供电相比较，其机械特性（C）。 A 一样， B 要硬一些， C 要软一些。

10、带平衡电抗器的双反星型可控整流电路适用于（A）负载。 A 大电流， B 高电压， C 电动机。

11、晶闸管在电路中的门极正向偏压（B）愈好。A 愈大， B 愈小， C 不变 12、晶闸管两端并联一个RC电路的作用是（C ）。

A 分流， B 降压， C 过电压保护， D 过电流保护。 13、压敏电阻在晶闸管整流电路中主要是用来（C ）。

A 分流， B 降压， C 过电压保护， D 过电流保护。

14、变压器一次侧接入压敏电阻的目的是为了防止（C）对晶闸管的损坏。 A 关断过电压， B 交流侧操作过电压， C 交流侧浪涌。 15、晶闸管变流装置的功率因数比较（B ）。A 高， B 低， C 好。

16、晶闸管变流器接直流电动机的拖动系统中，当电动机在轻载状况下，电枢电流较小时，变流器输出电流是（B）的。A 连续， B 断续， C 不变。

18、普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（C）来表示的。 A 有效值 B 最大赛值 C 平均值

20、普通的单相半控桥可整流装置中一共用了（A）晶闸管。 A 一只， B 二只， C 三只， D 四只。

1、三相可控整流与单相可控整流相比较，输出直流电压的纹波系数（B）。 A 三相的大， B 单相的大， C一样大。

2、为了让晶闸管可控整流电感性负载电路正常工作，应在电路中接入（B）。 A 三极管， B 续流二极管， C 保险丝。

3、晶闸管可整流电路中直流端的蓄电池或直流电动机应该属于（C）负载。 A 电阻性， B 电感性， C 反电动势。

4、直流电动机由晶闸管供电与由直流发电机供电相比较，其机械特性（C）。 A 一样， B 要硬一些， C 要软一些。

5、带平衡电抗器的双反星型可控整流电路适用于（A）负载。 A 大电流， B 高电压， C 电动机。

6、晶闸管在电路中的门极正向偏压（B）愈好。A 愈大， B 愈小， C 不变 7、晶闸管两端并联一个RC电路的作用是（C ）。

A 分流， B 降压， C 过电压保护， D 过电流保护。 8、压敏电阻在晶闸管整流电路中主要是用来（C ）。

A 分流， B 降压， C 过电压保护， D 过电流保护。

9、变压器一次侧接入压敏电阻的目的是为了防止（C）对晶闸管的损坏。 A 关断过电压， B 交流侧操作过电压， C 交流侧浪涌。 10、晶闸管变流装置的功率因数比较（B ）。A 高， B 低， C 好。

11、晶闸管变流器接直流电动机的拖动系统中，当电动机在轻载状况下，电枢电流较小时，变流器输出电流是（B）的。A 连续， B 断续， C 不变。

12、脉冲变压器传递的是（C ）电压。A 直流， B 正弦波， C 脉冲波。 13、普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（C）来表示的。 A 有效值 B 最大赛值 C 平均值

14、普通的单相半控桥可整流装置中一共用了（A）晶闸管。

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A 一只， B 二只， C 三只， D 四只。 15、三相全控桥整流装置中一共用了（B）晶闸管。 A 三只， B 六只， C 九只。

16、双向晶闸管是用于交流电路中的，其外部有（C）电极。 A 一个， B 两个， C 三个， D 四个。

17、若可控整流电路的功率大于4kW，宜采用（C ）整流电路。 A 单相半波可控 B 单相全波可控 C 三相可控

18、三相可控整流与单相可控整流相比较，输出直流电压的纹波系数（B）。 A 三相的大， B 单相的大， C一样大。

1、双向晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（A）来表示的。 A 有效值 B 最大值 C 平均值

2、双向晶闸管是用于交流电路中的，其外部有（C）电极。 A 一个， B 两个， C 三个， D 四个。 3、双向晶闸管的四种触发方式中，灵敏度最低的是（C）。 A、 Ⅰ+， B、 Ⅰ-， C、 Ⅲ+， D、 Ⅲ-。 1、比较而言，下列半导体器件中性能最好的是（ ）。 GTR B、 MOSFET C、、IGBT

2、比较而言，下列半导体器件中输入阻抗最小的是（ ）。 A、GTR B、MOSFET C、IGBT

3、比较而言，下列半导体器件中输入阻抗最大的是（ ）。 A、GTR B、 MOSFET C、、IGBT

4、能采用快速熔断器作为过电流保护的半导体器件是（ ）。 A、GTO B、GTR C、IGBT。

5、比较而言，下列半导体器件中开关速度最快的是（ ）、最慢的是（ ）。 A、GTO B、GTR C、MOSFET

6、下列半导体器件中属于电流型控制器件的是。 （A ） A、GTR B、 MOSFET C、、IGBT。

7、下列电力电子器件中属于全控型器件的是（）。 A、KP50-7 B、3DD15C C、ZP100-10

1、下列不可以实现逆变的电路是（）式晶闸管电路。 A 单相全波， B 三相半控桥， C三相全控桥 2、变流器必须工作在α（）区域，才能进行逆变。

A ＞90°， B ＞0°， C ＜90°， D ＝0°。 3、为了保证逆变能正常工作，变流器的逆变角不得小于（）。 A 5°， B 15°， C 20°， D 30°。 4、串联谐振式逆变器属于（ ）逆变器。 A 电压型 B 电流型 C 电阻型 5、并联谐振式逆变器属于（ ）逆变器。 A 电压型 B 电流型 C 电阻型 1、串联谐振式逆变器属于（ ）逆变器。 A 电压型 B 电流型 C 电阻型 2、并联谐振式逆变器属于（ ）逆变器。

A 电压型 B 电流型 C 电阻型1、单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差 A 度。 A、180°， B、60°， c、360°， D、120°

2、α为 C 度时，三相半波可控整流电路，电阻性负载输出的电压波形，处于连续和断续的临界状态。 A，0度， B，60度， C，30度， D，120度，

3、晶闸管触发电路中，若改变 B 的大小，则输出脉冲产生相位移动，达到移相控制的目的。 A、同步电压， B、控制电压， C、脉冲变压器变比。 4、可实现有源逆变的电路为 A 。

A、三相半波可控整流电路， B、三相半控桥整流桥电路， C、单相全控桥接续流二极管电路， D、单相半控桥整流电路。

5、在一般可逆电路中，最小逆变角βmin选在下面那一种范围合理 A 。 A、30o-35o， B、10o-15o， C、0o-10o， D、0o。 1、α为 B 度时，三相桥式全控整流电路，带电阻性负载，输出电压波形处于连续和断续的临界状态。 A、0度。B、60度。C、30度。D、120度。

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2、晶闸管触发电路中，若使控制电压UC=0，改变 C 的大小，使触发角α=90º，可使直流电机负载电压Ud=0。达到调整移相控制范围，实现整流、逆变的控制要求。 A、 同步电压， B、控制电压， C、偏移调正电压。 3、能够实现有源逆变的电路为 A 。

A、三相半波可控整流电路， B、三相半控整流桥电路， C、单相全控桥接续流二极管电路， D、单相桥式全控整流电路。 4、如某晶闸管的正向阻断重复峰值电压为745V，反向重复峰值电压为825V，则该晶闸管的额定电压应为（ A D）

A、700V B、750V C、800V D、850V

5、单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是( D ) A、90° B、120° C、150° D、180°

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