电力电子技术答案第五版

电子电力课后习题答案

第一章电力电子器件

1、1使晶闸管导通得条件就就是什么？

答：使晶闸管导通得条件就就是:晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或者UAK>0且UGK>0

1、2维持晶闸管导通得条件就就是什么?怎样才能使晶同管由导通变为关断？

答：维持晶闸管导通得条件就就是使晶闸管得电流大手能保持晶闸管导通得敢小电流，即

维持电流。

1、3图1-43中阴影部分为晶间管处于通态区间得电流波形，各波形得电流最大值均为

Im,试计算各波形得电流平均值Idl、Q、L与电流有效值11、I2>13。

J：]；(Imsin勿)2d(八”)=竽'+：«0.4767Im

-PlmsinG77J(M7)=号(-^

十1)=0.54341m

Id2=工

J；(ImsinM2d(1W)«0.6741Im

]"1

——PImd(cot)=—Im

c)Id3二24Jo4

iA.1

—=-Im

h=

1、4、上题中如果不考虑安全裕量，问100A得晶阐管能送出得平均电流%、3、3各为多

少?这时，相应得电流最大值1、1m2、L各为多少?

解:额定电流IT（AV）=100A得品闸管，允许得电流有效值I=157A,由上题计算结果知

«--—«329.35

a)Iml0.4767A,L产0、27171m产89、48A

b)l:备T232.90Ay0.5434212656A

"3=78.5

c)Ln3=2I=3141/3=4

1、5、GTO和普通晶网管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断，而普通晶间管不

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VI、V

2,分别具有共基极电流增益和。2,由普通晶阐管得分析可得,0+。2=1就就是器件临界导

通得条件。。1+02>1两个等效晶体管过饱和而导通；2Vl不能维持饱和导通而关断。

GTO之所以能够自行关断，而普通品闸管不能，就就是因为GTO与普通晶闸管在设

计和工艺方面有以下几点不同：

1)GTO在设计时。2较大，这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断；

2)GTO导通时M得更接近于1,普通晶闸管al+a2N1.5,而GTO则为

al2kl.05,GTO得饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件;

3)多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小，门极和阴极间得距离大为缩短，使

得P2极区所谓得横向电阻很小,从而使从门极抽出较大得电流成为可能。

1、6、如何防止电力MOSFET因静电感应应起得损坏？

答:电力MOSFET得栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。M()SFET得输入电容就就

是低泄漏电容，当栅极开路时机多受静电干扰而充上超过±20得击穿电压，所以为防止MOSF

ET因静电感应而引起得损坏，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电路也栅、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也路等措施吸收过电压。

1、7、IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET得驱动电路■各有什么特点?

答:IGBT驱动电路得特点就就是：驱动电路具有较小得输出电阻，1GBT就就是电压驱

动型器件,IGBT得驱动多采用专用得混合集成驱动器。

GTR驱动也路得特点就就是:驱动电路提供得驱动电流有足够陡得前沿,并有一定得过

冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗；关断叱驱动电路能提供幅值足够大得反向息极驱动

电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。

GTO驱动电路得特点就就是：GTO要求其驱动电路提供得驱动也流得前沿应有足

够得幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极也流，幅值和

陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门板反偏电路三部分。

电力MOSFET驱动电路得特点:要求驱动也路具有较小得输入电阻，驱动功率小工电

路简单。

1、8、全控型器件得缓冲电路得主要作用就就是什么？试分析RCD缓冲电路中各元件得

作用。

答：全控型器件缓冲电路得主要作用就就是抑制器件得内因过电压，du/dt或过电流和

di/dt,,减小器件得开关损耗。

RCD缓冲电路中，各元件得作用就就是:开通时,Cs经Rs放电,Rs起到限制放电电流得

作用；关断时，负载电流经VDs从Cs分流，使du/dt减小，抑制过也压。

1、9、试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自得优续点。

解：对IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET得优缺点得比较如下表:

器件优点缺点

iGBT开关速度高，开关损开关速度低于电力

耗小，具有耐脉冲电流冲MOSFET,电压,电流容

击得能力，通态压降较低，量不及GTO。

输入阻抗高，为也压驱动，

驱动功率小。

GTR时压高，电流大，开关开关速度低,为电流

特性好，通流能力强，饱和驱动，所需驱动功率大，驱

压降低。动电路复杂，存在二次击

穿问题。

GTO电压、电流容量大，电流关断增益很小，

适用于大功率场合，具有关断时门极负脉冲电流

业导调制效应，其通流能大,开关速度低，驱动功率

力很强。大，驱动也路复杂,开关频

率低。

也力MOSFET开关速度快,输入阻电流容量小，耐压低，

抗高，热稳定性好,所需驱一般只适用于功率不超

动功率小且驱动电路简过1OkW得业力包子装

单，工作频率高，不存在二置。

次击穿问题。

1、10什么就就是晶间管得额定电流?

答:晶闸管得额定电流就就就是她得通态平均电流，国标规定：就就是晶闸管在环境温度为

4O'C和规定得冷却状态下，稳定结温不超过额定结温所允许得最大工频正弦半波电流得平均

值。

1、11为什么要限制晶闸管断电电压上升律du/dt?

答:正向电压在阻断状态下，反向结J2相当得一个电容加在晶间管两端电压上升率过大，就

会有过大得充也也流，此电流流过J3,起到触发电流得作用，易使晶闸管误触发，所以要限制du

/dto

1、12、为什么要限制晶闸管导通电流上升率di/dt?

答:在品闸管导通开始时刻，若电流上升过快，会有较大得电流集中在门集附近得小区域内，

虽然平均也流没有超过额定值,但在小得区域内局部过热而损以了晶闸管，所以要限制通态di/

dtc

1、13电力电子器件工作时产生过电压得原因及防止措施有哪些？

答:产生原因：

1、由分闸、合闸产生得操作过电压；

2、雷击引起得雷击过也压；

3、晶闸管或与全控型器件反并联得续流二极管换相过程中产生得换相电压。

措施：

压敏电阻,交流侧RC抑制也略，直流侧RC控制电路,直流侧RC抑制也路，变压器屏蔽层,

避雷器，器件关断过也压RC抑制也路。

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,00V,求当。=。°时和600时

得负载电流1击并画出5与Id波形。

解:a=0°时，在也源也压5得正半周期晶闸管导通时，负载母感I.储能，在晶闸管开始导通

时刻，负载电流为零。在电源电压U2得负半周期，负载电感L释放能量，晶闸管继续导通。因此，

在电源电压U?得一个周期中下列方程成立：

L四"=6uzsincot

dt

考虑到初始条件：当函=。时i产0可解方程：

I.=^^2(1—COS6(X)

d(nL

142V7T,、

I.-——----------(1—cosrzx)d(<y/)

d24J。江

=y^=2251(A)

coL

Ud与Id得波形如下图:

当a=60。时，在U2得正半周期60°〜18(r期间，晶闸管导通使电感L储能，也感L储

P

藏得能量在U2负半周期180〜300°期间释放,因此在U2得一个周期中60。~30岁期间,下列微

分方程成立：

乙色_=V2(/2sincot

dt

考虑到初始条件:当函=60。时后0可解方程得：

收2/1、

i产力2

其平均值为

工卢虫店d-cosC)=2^=11.25(A)

―coL22oL

J-J

此时Ud与id得波形如下图：

2、2图1为具有变压器中心抽头得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:

晶间管承受得最大反向电压为2行1；2；

当负载就就是电阻或电感时,其输出电压和电流得波形与单相全控桥时相同。

答:具有变压器中心抽头得单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化问题。因为单相

全波可控整流也路变压器二次侧绕组中，在正负半周上下绕组中得业流方向相反，波形对称，其

一个周期内得平均电流为零，故不存在直流磁化得问题。

以下分析品闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形得情况。

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承受得最大电压为2五5。

②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路得触发角。相同时，对于电阻负

载〜期间无晶闸管导通，输出包压为0;（a〜））期间，单相全波也路中VT1导通，单相

全控桥电路中VT1、VT4导通，输出电压均与电源也压5相等;（乃〜4+。）期间均无晶闸管导通,

输出电压为0;（乃〜2万）期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，

输出电压等于一U2。

对于电感负载：（a〜乃+。）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；（乃〜2乃+a）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,两者得输出电压相同，加到同样得负载上时,则输出电流也相同。

2、3、单相桥式全控整流电路，5=100V,负栽中R=20。工值极大，当。二30。时，要

求：

①作出Ud、■、和L得波形；

②求整流检出平均电压Ud、电流L,变压器二次电流有效值工

③考虑安全裕量,确定晶闸管得额定电压和额定电流。

解:①Ud、白、和k得波形如下图:

②输出平均电压Ud、电流Id、变压器二次电流有效值12分别为：

Ud=O、9U2cos»=0.9X1OOXcos30°=77.97(V)

Id=Ud/R=77>97/2=38、99(A)

I2=Id=38、99(A)

③晶闸管承受得最大反向也压为：

6U2=10。忘=141、4(V)

考虑安全裕量，晶闸管得额定电压为：

小二(2〜3)X141、4=283〜424(V)

具体数值可按晶闸管产品系列参数选取°

流过晶闸管得电流有效值为：

IXT=Id/6=27、57(A)

晶闸管得额定电流为：

卜二(1、5〜2)X27、57/1、57=26〜35(A)

艮体数值可按品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得电压波形。

解:注意到二极管得特点：承受也压为正即导通。因此,二极管承受得电压不会出现正得部

分。在电路中器件均不导通得阶段，交流电源电压由晶闸管平衡。整流二极管在一周内承受得电

压波形如下:

2、5、单相桥式全控整流电路口2=100丫,负载区=20。工值极大,反电势£二60丫，当仪=30°

时,要求：

①作出Ud、L和L得波形;；

②求整流输出平均电压Ud、电流L,变压器二次侧电流有效值12；

③考虑安全裕量,确定品间管得额定电压和预定电流°

解:①U』、Id和12得波形如下图：

②整流输出平均电压Ud、电流1八变压器二次测电流有效值1分别为：

U10、9U2cos^-CX9X100XCOS30°-77.97(V)

Id=(3一E)/R=(77、97-60)/2=9(A)

I2=Id=9(A)

③晶闸管承受得最大反向电压为:

V2U2=IO()V2=141.4(V)

流过每个晶闸管得电流有效值为：

IVT=1/亚=6、36(A)

故晶闸管得额定电压为：

U、=(2〜3)X141、4=283〜424(V)

晶闸管得额定电流为：

3(1、5〜2)X6、36/1、57=6-8(A)

晶闸管额定电压和也流得具体敢值可按晶闸管产品系列参数选取。

2、6、晶闸管串联得单相半控桥(桥中VT1、VT2为晶间管)，电路如图2所示,U2=100V电

阻电感负载,R=20JL值很大，当a=60。时求流过器件电流得有效值，并作出5、L、3、ID得

波形。

解：Ud、Id、hrID得波形如下图：

八/Ay

°riSV

Ww;

\/:、；/:'、

•••1

^,0II11,以

_I-------U__1_fd.A

01II13

EH枷-----1今

।la产

负载电压得平均值为

.l+cos(-)

—CV2t/,sina)id(0H)=0.95----=---6--7-.59(V)

5*-2

负载电流得平均值为

Id=Ud/R=67、52/2=33、75(A)

流过晶闸管VT1、VT2得也流有效值为

Ivr二V319、49(A)

流过二极管VD3、VD4得电流有效值为

二27、56(A)

2、7、在三相半波整流电路中，如果a相得触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负

载下整流电压Ud得波形。

解:假设。=0°,当负载为电阻时，5得波形如下:

2、8、三相半波整流电路，可以将整流变压器得二次绕组分为两段成为曲折接法，每段得电

动势相同，其分段布置及其矢量如图所示,此时线圈得绕组增加了一些，铜得用料约增加10%,问

变压器铁心就就是否被直流磁化，为什么？

图变压器二次绕阳得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a】C2对应得晶闸管导通时,2)得也流向下流,C3得电流向

上流；当ch对应得晶闸管导通时，。得电流向下流，b2得电流向上流;当b而对应得晶闸管导

通时,W得电流向下流/2得电流向上流;就变压器得一次绕组而言，每一周期中有两段时间(各为

12(T)为电流流过,流过得电流大小相等而方向相反，故一周期内流过得电流平均值为零，所以变

压器铁心不会被直流磁化。

2、9、三相半波整流电路得共阴极接法与共阳极接法小b两相得自然换相点就就是同一

点吗?如果不就就是，她们在相位上差多少度？

答:三相半波整流电路得共阴极接法与共阳极接法,a、b两相之间换相得得自然换相点不就

就是同一点。她们在相位上相差i8(r。

2、10、有两组三相半波可控整流电路，一组就就是其阴极接法，一组就就是共阳极接法,

如果她们得触发角都就就是。，那么共阴极组得触发脉冲与共阳极组得触发脉冲对同一相来说，

例如都就就是a相，在相位上差多少度？

答:相差180%

2、11、三相半波可控整流电路,5=100V,带电阻电感负载，R=50Q,L值极大，当々二60。

时,要求：

①画出Ud、■和得波形；

②计算Ud、Id、】dT和IvT。

解:①Ud、L和I\F得波形如下图:

②Ud、Id、Ln•和IVT分别如下

5=1、17U2cos«=1x17X100XCOS60°=58>5(V)

L尸U</R=58、5/5=11>7；A)

LIVT=L/3=11、7/3=3、9(A)

IVT=Id/V3=6.755(A)

12、在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶间管不能导通，此时得整流电压

Ud波形如何？如果有一个晶间管被击穿而短路，其她晶间管受什么影响？

答：假设VT1不能导通,整流电压波形如下：

假设VT1被击穿而短路，则当晶闸管\丁3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82二100%带电阻电感负栽1<二50。上值极大,当。二60。

时，要求：

①画出Ud、Id和IE得波形

②计算Ud、Id、IdT和IVT

Ud=2、34U2cos。=2、34X100Xcos60°=H7(V)

L=Ud/R=117/5=23、4(A)

IDVT=ITI/3=23、4/3=7、8(A)

yij'23、4/巧=13、51(A)

2、14、单相全控桥,反电动势阻感负载,R=1C,L=8,E=40V,U2=l00V^B=0^5Mh,

当。=60。时，求5、%与产得数值，并画出整流电压Ud得波形。

解：考虑LB时，有

5=0、9U2COS△U=2XBL/乃Ia=(Ud-E)/R

由方程组得

Ud=(TVRX0.9心cosa+2XBE)/(TTR+2XJ=44.55(V)

bUd=0.455(V)

Id=4、55(A)

又「

cosa-cos(a+/)=V2/t/Xl{1U2

cos(60+y)=0.4798

换相重叠角7=61.33。-60。=1.33

整流电压5得波形

2、15、三相半波可控整流电路,反电动势阻感负载,112=100工11=1。回=111111,求当々=30。

时、E=50V时Ud、1、/得值并作出Ud与IVTI和Im得波形。

解:考虑LB时，有：

a

5=1、17U2cos—Aud

△%=3XBId/2p

Id二(Ud-E)/R

解方程组得：

U产(成x1.17U2COS。+3XBE)/(2成+3XH)=94.63(V)

△11产6、7(V)

1产44、63(A)

又因为：

cos6T-cos(cr+/)=21dXu/V6(72

即得出

cos(30°+7)=0、752

换相重叠角

九=41.28°-30°=11.28°

Ud与I\F和I\T2得波形如下:

2、16、单相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有哪些次数将谐波？其中幅值最大得

就就是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数得谐波?其中主要得就就是哪几次？

答:单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有2I<（K=k2、3…）次谐波，其中幅值最

大得就就是2次谐波。变压器二次侧电流中含有2K+1（K=I、2,3……）次即奇次谐波，其中

主要得有3次、5次谐波。

2、17、三相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有哪些次数得谐波?其中幅值最大得就

就是哪一次?变压器二次侧电流中含有哪些次数得谐波？其中主要得就就是哪几次？

答:三相桥式全控整流电路得整流输出也压中含有6K（K=l、2、3……）次得谐波，其中幅值

最大得就就是6次谐波。变压器二次侧电流中含有6K+1（K=1、2、3……）次得谐波，其中主要得

就就是5、7次谐波。

2、18、试计算第2、3题中卜得3、5、7次谐波分量得有效值电及，I刀

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)

于就就是可得:

%=201J3兀=2A/2x38、99/34二11、7（A）

I25=/5万=2收*38、99/5乃=7、（）2（A）

=2也义38、99/7万=5、01（A）

2、19、带平衡电抗器得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:带平衡电抗器得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：

①三相桥式电路就就是两组三相半波电路串联，而双反星形电路就就是两组三相

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，双反星形电路得整流电压平均值U4就就是

三相桥式电路得1/2,而整流包流平均值L就就是三相桥式电路得2倍。

③在两种电路中，晶闸营得导通及触发脉冲得分配关系就就是一样得，整流电压5和

整流电流Id得波形形状一样。

2、20、整流电路多重化得主要目得就就是什么？

答:整流电路多重化得目得主要包括两个方面:一就就是可以使装竟总体得功率容量大，二

就就是能够减少整流装置所产生得谐波和无功功率对电网得干扰。

2、21、十二脉波、二十四脉波整流电路得整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数

得谐波？

答:12脉波电路整流电路得交流输入电流中含有11次、13次、23次、25次等即12K±1（K

=1,2,3、、、、）次谐波，整流输出电压中含有12、24等即12K（K=l,2,3、、、）次谐波。

24脉波整流电路得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，整流愉出电压中含有24、48等即24K（I<=1,2,3、、、）次谐波。

2、22、使变流器工作于有源逆变状态得条件就就是什么？

答:条件有二：

①直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管得导通方向一致：其值应大于变流电路直流侧得

平均电压;

7T

CC>—

②要求晶闸管得控制角2使Ud为负值。

2、23、什么就就是逆变失败?如何防止逆变失败？

答:逆变运行叱一旦发生换流失败，外接得直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使

变流器得输出平均电压和直流业动势变为顺向串联，由于逆变也路内阻很小，形成很大得短路电

流，称为逆变失败或逆变颠覆C

防止逆变夫败得方法有:采用精确可靠得触发电路，使用性能良好得晶闸管,保证交流电源

得质量，留出充足得换向裕量角P等。

2、24、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，要求得晶闸管移相范围分别就就是多少？

答：单相桥式全控整流电路,当负栽为电阻负载时,要求得品闸管移相范围就就是。〜18伊，

当负载为电感负载时，要求得晶闸管移相范围就就是0〜90。。

三相桥式全控整流旬路，当负载为包阻负载时，要求得晶匣管移相范围就就是0〜120P，当负

我为电感负载时,要求得晶闸管移相范围就就是0〜90。0

2、25、三相全控桥，电动机负载，要求可逆运行，整流变压器得接法就就是D/Y-5,采用N

PN锯齿波触发器，并附有滞后30°得R-C滤波器，决定晶闸管得同步电压和同步变压器得联

结形式。

答：(1)考虑踞齿波底宽240';

(2)信号Us，人与对应晶闸管阳极电压UA同相，同步信号Us,\超前对应晶闸管阳极电压

530°

(3)共阴极组：Y/Y-4、共阳极组:Y/Y-10

1X简述图3-b所示得降压斩波电路工作原理。

答:降压斩波器得原理就就是:在一个控制周期中，让V导通一段时间嚷。，由电源E向L、R、

M供电，在此期间,Uo=E。然后使V关断一段时间‘必，此时电感L通过二极管VD向R和M供

电,U0=0。一个周期内得平均电压.加输出电压小于电源电压，起到降压得作用。

2、在图3-1@所示得降压斩波电路中,已知£二200刈1＜二105£值微大，E二30V,T=50R,to

n=20HS,计算输出电压平均值U。,输出电流平均值I。。

解：由于L值极大，故负载电流连续,于就就是输出但压平均值为

4="=笥丝8叩）

输出如流平均值为

z=80-30=

0R10

3、在图3—1a所示得降压斩波电路中,E=100V»L=lmH,R=0、50,%=10V,采用脉宽调

制控制方式，T=2W,当L=5ps时,计算输出电压平均值“。,输出电流平均值,。，计算输出电流

得最大和最小值瞬时值并判断负我电流就就是否连续。当*=3即时,重新进行上述计算。

解：由题目已知条件可得：

班勒二(U0-E)”.

J幽=0.002

R0.5

当%=5小时有

p=_=0.01

3=0=0.0025

由于

册-1z，00025-1

--——=0.249>m

Z-le00,-l

所以输出电流连续。

4、简述图£2a所示升压斩波电路得基本工作原理。

答：假设包路中电感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充也,

充电电流基本恒定为小，同时电容C上得电压向负载R供电，因C值很大，辰本保持输出电压为恒

值4。设V处于通态得时间为此阶段电感L上积蓄得能量为E，%。当V处于断态时E

和己共同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态得时间为〃，则在此期间电感L

释放得能量为0。一玲/,tqff；当电路工作于稳态叱一个周期T中电感L积蓄得能量与释放得能

量相等，即:

化简得:

U。xE=—E

式中得T/%N1，输出电压高于也源电压，故称该电路为升压斩波电路。

5、在图3-2a所示得升压斩波电路中，已知E=50YL值和C值极大R=20C,采用脉宽调

制控制方式，当T=40网口=25RS时，计算揄出电压平均值0。,输出电流平均值,。。

解:输出电压平均值为:

T40

U。=—£=------x50=l33.3(H)

“40-25

输出电流平均值为:

%=2212=6.667(4)

0R20

6、试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路得基本原理，并比较其异同点。

答:升降压斩波电路得基本原理：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‘；，方向如图。3-4中所示。同时，电容C维持输出业压基本恒定并向负

载R供电。此后，使V关断，电感L中贮存得能量向负载释放，电流为iz,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两端电压人对时间得积分为零，即

"力=0

当V处于通态期间,％二E:而当V处于断态期间以"一”。。于就就是：

改变导通比］，输出也压既可以比业源也压高，也可以比包源也压低。当0<1<1/2时为降

压，当l/2〈avl时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。

Cuk斩波电路得层本原理:当V处于通态时,E—0—V回络和R—%_c—V回路分别流过

电流。当V处于断态时,£；一L「C一VO回路和R-L2.VD回路分别流过电流。输出电压得极性

与电源电压极性相反。该电路得等效电路如图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很大使包容也压此•得脉动足够小时。当开关S合到B点时,B点电压“8=o,A点

N

_u,+-a）

电压%:一七；相反，当S合到A点时,4=〃c/n=°M。因此B点电压得平均值为

〃上5E=UB=/U,

T（Uc为也容电压“C得平均值），又因业感L1得电压平均值为零，所以T。

U,、=_4Ucr

另一方面，A点得电压平均值为‘T，且G得电压平均值为零，按图3—5b中输出电压

u°=HUc

U。得极性，有T。于就就是可得出输出电压Uo与电源电压E得关系:

ttCt

U=^E=-^—E=-^—E

Q/T-J1-。

两个也路实现得功能就就是一致得，均可方使得实现升降压斩波。与升降压斩波电路相比,

Cuk斩波电路有一个明显得优点，其输入电源电流和输出负载电流都就就是连续得,且脉动很小,

有利于对输入、输出进行滤波。

7、试绘制Speic斩波电路和Zeta斩波电路得原理图，并推导其输入输出关系。

解：Sepic电路得原理图如下:

左V关断％期间

uLl=E-u0-ucl

盯2=一〃0

当电路工作于稳态时，也感L、L得也压平均值均为零，则下面得式子成立

5,”一劭。〃=°

由以上两式即可得出

在V导通口期间

〃口=E

i%=Eno

在V关断‘通期间

%=k

当也路工作稳定时，电感4、&得句压平均值为零，则下面得式子成立

Ej+"%/=。

(七一〃0一小儿”-〃(/组=。

由以上两式即可得出

8、分析图3-7a所示得电流可逆斩波电路，并结合图3-7b得波形，绘制出各个阶段电

流流通得路径并标明电流方向。

解：电流可逆斩波电路中，VI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%2构成升压斩波电路，把直流电动机得动能转变为电能反

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：

匕导通，电源向负载供电:

匕关断,VD,续流:

匕也导通，L上蓄能:

1扃FT

关断,乙2导通，向电源回馈能量

9、对于图18所示得桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态,试分析此时电

路得工作情况，并绘制相应得电流流通路径图，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构成得降压斩波电路工作，此时需要

V2保持导通，与V3和VD3构成得降压斩波电路相配合。

当V3导通时，也源向M供也，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:

VD,

VD

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得基本斩波也路,使得输入电

源电流和输出负载电流得脉动次数增加、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。

第4章交流电力控制电路和交交变频电路

4、1一台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，在々=0°时输出

功率为最大值，试求功率为最大输出功率得80%、50%时得开通角。。

解:a=O°时得偷出电压放大，为

j(V2(7isin<yr)=5

此时负载电流最大，为

汝,maxU।

lomax~R~~~R

因此最大输出功率为

Pn,ax=U<)maxIOmaX

输出功率为最大输出功率得80%时，有:

lh2

Pmax—U<,max【omax~iT

此时•

又由

sinlan-a

-----+-----

Uo=U.v2471

解得

。=60.54。

同理,输出功率为最大输出功率得50%时，有:

uo二代q

又由

sin2a1几一a

Uo=UjV2乃71

。=90°

4、2—单相交流调压器，电源为工频220V,阻感串联作为负载，其中R=0、5Q,L=2

mHo试求:①开通角a得变化范围；②负载电流得最大有效值;③最大输出功率及此时电源侧

得功率因数;④当a=p/2时，晶闸管电流有效值、晶闸管导通角和电源侧功率因数。

(oL2万x50x2x10-3

(P-arctan——-arctan=□1.□

解：⑴R0.5

所以51.5°<«<18(r

⑵a时，电流连续，业流最大且导通角q二p

U\=U

Uo__________220

==274A

ZJo.52+(2»x5Ox2xl(T3y

⑶P=UJo==220x274=60.3KW

7T

a--

(4)由公式SB。+6—6=siincr-(p)e卬"'当2时

cosQ-(p)=e…cos>

对上式q求导

1--

-sin(6>-^)=--------e咏cos。

tan9

则由5小(。-0)+852(6—0)=1得

31、

eg”(l+——)cos2^=l

tan~Q

0=-tan(pIntan(p=136

sinecosQa+e+6)

=123(A)

cos。

付既等尸弓M3

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得负载?为什么？

答::交流调压电路和交流调功电路得电路形式完全相同，二者得区别在于控制方式不同。

交流调压电路就就是在交流电源得每个周期对输出电压波形进行控制。而交流调功

电路就就是将负我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

得比值来调节负载所消耗得平均功率。

交流调压业路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机得软起

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得连续调节。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，高也压小电流可控直流电源就需要很多品闸管串联;同样，低电压大也流直流电

源需要很多晶闸管并联。这都就就是十分不合理得。采用交流调压电路在变压器一次侧调压,

其电压也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。这样得电路体积

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得控制对象。由于控制对象得时间常

数大,没有必