电力电子8
实验八基于Matlab的三相逆变电路仿真
班级学号172039312 姓名岑云伟
同组人员熊笑天
实验任务波形调试，波形分析
一、实验目的
1. 加深理解电力电子电路的工作原理。
2. 学会应用Matlab可视化仿真工具Simulink以及元器件的参数设置。
二、实验内容
应用Matlab可视化仿真工具Simulink对电力电子系统中的三相逆变电路进行参数设置并仿真。
三、实验步骤
1. 搭建电力电子系统仿真电路
图一、系统simlink仿真
2. 进行各个部分的参数设置
1）直流电源DC幅值设置为220V。
图二、直流电源属性设置
2）电容C设置属性中电容为10F，由于电阻不能设置为0，所以我设置尽可能小。
图三、电容属性设置
3）IGBT为默认设置，不需要修改。
4）触发信号使用Pulse Generator。因为三相逆变电路中同一相上下两个桥臂交替导电且每个桥臂导电角度为180°，各相开始导电的角度依次相差120°。通过修改Pulse Generator属性中的Phase delay实现每一相相差120°。
通过属性设置后实现6路出发信号，如下图（由于在一个示波器显示6路信号显示不清楚，所以我选择显示相邻两相的触发信号）：
3. 仿真结果及分析 1）电阻型负载
理论上，每一相负载的电压如图五，且最大值为2/3倍的输入电压，
已知设置的
图四、相邻两相的触发信号波形
图五、电阻负载电压波形图六、电阻负载电流波形
输入电压为220V ，所以电压波形的最大值为146.7V ，仿真结果与理论一致。
因为是电阻型负载，所以每一相电流波形与电压波形一致，且由于设置的负载电阻阻值为50Ω，所以电流波形的幅值为2.93A ，根据示波器显示理论与仿真结果一致。
2）阻感型负载
理论上，阻感型负载的电压波形与电阻型的电压波形是相同的，理论与仿真结果一致。对于阻感型负载的电流来说，由于负载是电感型的，所以会抑制电流的变化如图8显示，因此理论与仿真结果一致。
四、实验体会
通过此次仿真实验，首先对于三相逆变电路有了一个更深层次的理解，并且同时也又提升了自己分析电路的能力。同时，通过此次实验，再一次学习了matlab 语言以及simlink 仿真，对于日后自动控制原理的学习有了一个辅助工具。最后，本次实验也让我了解到网络上有很多的知识来提升自己的能力，成为更好。
实验五评价（百分制）
学生自我评价： 实验日期：
教师签字：
预习得分：
得分：
图八、电感型负载电流波形
图七、电感型负载电压波形
电力电子技术知识点
（供学生平时课程学习、复习用，●为重点） 第一章绪论 1.电力电子技术：信息电子技术----信息处理，包括：模拟电子技术、数字电子技术 电力电子技术----电力的变换与控制 2. ●电力电子技术是实现电能转换和控制，能进行电压电流的变换、频率的变换及相 数的变换。 第二章电力电子器件 1.电力电子器件分类：不可控器件：电力二极管 可控器件：全控器件----门极可关断晶闸管GTO电力晶体管GTR 场效应管电力PMOSFET绝缘栅双极晶体管IGBT及其他器件 ☆半控器件----晶闸管●阳极A阴极K 门极G 2.晶闸管 1）●导通：当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触电电流的情况晶闸管才能开通。 ●关断：外加电压和外电路作用是流过晶闸管的电流降到接近于零 ●导通条件：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流 ●维持导通条件：阳极电流大于维持电流 当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才会开通。 当晶闸管导通，门极失去作用。 ●主要参数：额定电压、额定电流的计算，元件选择 第三章 ●整流电路 1.电路分类：单相----单相半波可控整流电路单相整流电路、桥式（全控、半控）、单相全波可控整流电路单相桥式（全控、半控）整流电路 三相----半波、●桥式（●全控、半控） 2.负载：电阻、电感、●电感+电阻、电容、●反电势 3.电路结构不同、负载不同●输出波形不同●电压计算公式不同
单相电路 1.●变压器的作用：变压、隔离、抑制高次谐波（三相、原副边星/三角形接法） 2.●不同负载下，整流输出电压波形特点 1）电阻电压、电流波形相同 2）电感电压电流不相同、电流不连续，存在续流问题 3）反电势停止导电角 3.●二极管的续流作用 1）防止整流输出电压下降 2）防止失控 4.●保持电流连续●串续流电抗器，●计算公式 5.电压、电流波形绘制，电压、电流参数计算公式 三相电路 1.共阴极接法、共阳极接法 2.触发角ā的确定 3.宽脉冲、双窄脉冲 4.●电压、电流波形绘制●电压、电流参数计算公式 5.变压器漏抗对整流电流的影响●换相重叠角产生原因计算方法 6.整流电路的谐波和功率因数 ●逆变电路 1.●逆变条件●电路极性●逆变波形 2.●逆变失败原因器件触发电路交流电源换向裕量 3.●防止逆变失败的措施 4.●最小逆变角的确定 触发电路 1.●触发电路组成 2.工作原理 3.触发电路定相 第四章逆变电路
电力电子技术答案第五版(全)
电子电力课后习题答案 第一章电力电子器件 1.1 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：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U AK >0且U GK >0 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。 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 I m ，试计算各波形的电流平均值I d1 、I d2 、I d3 与电流有效值I 1 、I 2 、I 3 。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I 1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I 2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t c) I d3= ?= 2 Im 4 1 ) ( Im 2 1π ω π t d I 3= Im 2 1 ) ( Im 2 1 2 2= ?t dω π π 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I d1、I d2 、I d3 各为多 少?这时，相应的电流最大值I m1、I m2 、I m3 各为多少? 解：额定电流I T(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) I m1 35 . 329 4767 .0 ≈ ≈ I A, I d1 ≈0.2717I m1 ≈89.48A
电力电子技术第四版课后题答案第八章
电力电子技术第四版课后题答案第八章 第8章组合变流电路 1. 什么是组合变流电路？ 答：组合变流电路是将某几种基本的变流电路（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。 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，在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，故电容只能承担少量的反馈能量，这是它的另一个局限。 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V0和能耗电阻R0组成的泵升电压限制电路。当泵升电压超过一定数值时，使V0导通，把从负载反馈的能量消耗在R0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R0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。 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。 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 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。 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。
电力电子技术 第2至第8章作业 答案
第2至第8章作业 第2章 电力电子器件 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，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：U AK >0且U GK >0。 2. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 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。 3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 4. 图1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I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 π4π4π25π4a)b)c)图1-43 图1 晶闸管导电波形
7. 晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？ 答：（1）触发信号应有足够的功率。 （2）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 第3章整流电路 1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0°和60°时的负载电流I d，并画出u d与i d波形。
2．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d、i d、和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，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。
3．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当a=30°时，要求： ①作出u d、i d和i2的波形； ②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2； ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 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。
电力电子技术重点王兆安第五版打印版
第1章绪论 1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。 2 电力变换的种类 （1）交流变直流AC-DC：整流 （2）直流变交流DC-AC：逆变 （3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现（4）交流变交流AC-AC：一般称作交流电力控制 3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。 第2章电力电子器件 1 电力电子器件与主电路的关系 （1）主电路：指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。 2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗。 3 电力电子系统基本组成与工作原理 （1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。 （2）检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。 （4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。 4 电力电子器件的分类 根据控制信号所控制的程度分类 （1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。如SCR晶闸管。 （2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。如GTO、GTR、MOSFET 和IGBT。 （3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。如电力二极管。 根据驱动信号的性质分类 （1）电流型器件：通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如SCR、GTO、GTR。（2）电压型器件：通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如MOSFET、IGBT。 根据器件内部载流子参与导电的情况分类 （1）单极型器件：内部由一种载流子参与导电的器件。如MOSFET。 （2）双极型器件：由电子和空穴两种载流子参数导电的器件。如SCR、GTO、GTR。（3）复合型器件：有单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。如IGBT。 5 半控型器件—晶闸管SCR 将器件N1、P2半导体取倾斜截面，则晶闸管变成V1-PNP 和V2-NPN两个晶体管。 晶闸管的导通工作原理 （1）当AK间加正向电压A E，晶闸管不能导通，主要是中间存在反向PN结。 （2）当GK间加正向电压G E，NPN晶体管基极存在驱动电流G I，NPN晶体管导通，产生集电极电流2c I。 （3）集电极电流2c I构成PNP的基极驱动电流，PNP导通，进一步放大产生PNP集电极电流1c I。 （4）1c I与G I构成NPN的驱动电流，继续上述过程，形成强烈的负反馈，这样NPN和PNP两个晶体管完全饱和，晶闸管导通。 2.3.1.4.3 晶闸管是半控型器件的原因 （1）晶闸管导通后撤掉外部门极电流G I，但是NPN基极仍然存在电流，由PNP集电极电流1c I供给，电流已经形成强烈正反馈，因此晶闸管继续维持导通。 （2）因此，晶闸管的门极电流只能触发控制其导通而不能控制其关断。 2.3.1.4.4 晶闸管的关断工作原理 满足下面条件，晶闸管才能关断： （1）去掉AK间正向电压； （2）AK间加反向电压； （3）设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。 2.3.2.1.1 晶闸管正常工作时的静态特性 （1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 （2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。 （3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。 （4）若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。 2.4.1.1 GTO的结构 （1）GTO与普通晶闸管的相同点：是PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。 （2）GTO与普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件，其内部包含数十个甚至数百个供阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极在器件内部并联在一起，正是这种特殊结构才能实现门极关断作用。 2.4.1.2 GTO的静态特性 （1）当GTO承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 （2）当GTO承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情
电力电子技术(王兆安第五版)课后习题全部答案
电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区，也称漂移区。低掺杂N 区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 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，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 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。 要使晶闸由导通变为关断， 可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4 图2-27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I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 21 4≈+= ?πωπ π π t I 1=Im 4767.021 432Im )()sin (Im 21 4 2≈+= ? π?π ππ wt d t b) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 1 4 =+= ? wt d t ππ ?π I 2=Im 6741.021 432Im 2)()sin (Im 14 2≈+= ? π?π π π wt d t c) I d3=? = 20 Im 41)(Im 21 π ωπ t d I 3=Im 21)(Im 21 20 2= ? t d ωπ π 2-5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I d1、I d2、I d3各为多少?这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解：额定电流I T(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) I m1 35 .3294767.0≈≈ I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A
电力电子技术第五版第二章答案
电力电子技术第五版课后习题答案 第二章电力电子器件 2. 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，并在门极施加触发电 流（脉冲）。或：U AK >0且U GK >0。 3. 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。 要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管 的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶 闸管关断。 4. 图2-27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 解：a) I di =丄 jmsin ，td(，t)=5 (2 1) 0.27仃 I m 2冗 4 2冗 2 5. 上题中如果不考虑安全裕量，问100A 的晶闸管能送出的平均电流I di 、I d2、 I d3各为多少？这时，相应的电流最大值 I m1 > I m2 > I m3 解：额定电流I T （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) I m1 0.4767 329.35, I d1 0.27 仃 I m1 89.48 b) c) "=J 舟 /(泾：n^t)2 d( 补充题：SOA 的构成？ 答：功率晶体管的SOA 由四部分组成。 1) 集电极最大允许电流I eM 2) 基极开路，集电极—发射极之间的最高允许电压U (BR)ceo 3) 晶体管集电极最大允许功率损耗P CM 4) 二次击穿电流水平I S/B 功率场效应管的SOA 由三部分组成 1) 漏—源击穿电压U (BR)DS 2) 等功耗线P DM 3) 最大允许漏极电流I DM 8-5图8-5中晶体管的β可在8~40间选择。R C =11Ω，电源电压E C =200V ，基极输入电压U B =10V 。如果U CES =1.0V 和U BES =1.5V 。求：（a ）过驱动系数ODF=5时R B 的值；（b ）强制β值；（c ）晶体管功率损耗P C 。 c 截止区 饱和区 (a) (b)(c)解：30)1(=β取 Ω =??? ??=== -=-=== = =-= -= =8.2603.05.855 .110603.03009 .1809.18110 .12000.1b b bS b b b bes b b CS bs C CES C CS CES R R i i ODF R R U U i A i i A R U E ，i U β 时 W I U P I I cs ces C b CS f 09.1809.180.1)3(68.25.809 .18)2(=?===?? ? ??== β强制电流增益 8-9电路总电流为20A ，用两个MOSFET 管并联分担，一个管子的U DS1=2.5V ，另一个是U DS2=3V 。如用串联源极电阻（a ）R S1=0.3Ω，R S2=0.2Ω及（b ）R S1=R S2=0.5Ω来均流，求每个晶体管电流和两管漏极电流之差。 解：E ，U S DS =接地设 A R U E R U E S DS S DS 202 2 11=-+- （1）时Ω=Ω=2.0,3.021S S R R 202.03 3.05.2=-+-E E V E 2.5= A I A I D D 11,921== A I I D D 212-=-漏极电流差，12D D I I > （2）5.021==S S R R 205.03 5.05.2=-+-E E 75.7=E A I A I D D 5.9,5.1021== 班级姓名学号 第2/9章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三 部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、 半控型器件和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的 整流电路。其反向恢复时间较长，一般在5s以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5s以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶 闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通， 门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选 用时，一般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。晶闸管刚从断态转 入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10 微秒左右。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。17. 双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 电力电子技术第2至第8 章作业答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 第2至第8章作业 第2章电力电子器件 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，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：U AK>0且U GK>0。 2. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 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。 3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 4. 图1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I m，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 ππ π 4 π 4 π 2 5π 4 a)b)c) 图1-43 图1 晶闸管导电波形 7. 晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？ 答：（1）触发信号应有足够的功率。 （2）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 第3章整流电路 1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0°和60°时的负载电流I d，并画出u d与i d波形。 2．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d、i d、和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，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。 电力电子技术答案 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2.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，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 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。 要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4图2-27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I m ，试计算各波形的电流平均值I d1 、I d2 、I d3 与电流有效值I 1 、I 2 、I 3 。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I 1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ? π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I 2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ? π ? π π π wt d t c) I d3= ?= 2 Im 4 1 ) ( Im 2 1π ω π t d I 3= Im 2 1 ) ( Im 2 1 2 2= ?t dω π π 2-5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I d1、 I d2、I d3 各为多少?这时，相应的电流最大值I m1 、I m2 、I m3 各为多少? 解：额定电流I T(AV) =100A的晶闸管，允许的电流有效值I=157A,由上题计算 结果知 第6章 PWM 控制技术 1．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N 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π/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正弦规律变化的。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。 2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。 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 = m 5 m 2d sin U t t U ?π ωω=50 2cos π ωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms) 2 = m 5 25 m 2d sin U t t U ω?ππ?=5 252 cos ππωt - =0.2500(rad)=0.7958(ms) 3 = m 535 2m 2d sin U t t U ω?ππ? =535 22 cos ππωt - =0.3090(rad)=0.9836(ms) 4 = m 545 3m 2d sin U t t U ω?ππ? = 2 =0.2500(rad)=0.7958(ms) 5 = m 5 4m 2d sin U t t U ω?π π?= 1 =0.0955(rad)=0.3040(ms) 3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别？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 控制方式。 第 2至第8章作业 第2章 电力电子器件 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，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：U AK >0且U GK >0。 2. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 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。 3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 4. 图1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I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 π ππ4π4π25π4a)b)c)图1-43 图1 晶闸管导电波形 7. 晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？ 答：（1）触发信号应有足够的功率。 （2）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 第3章整流电路 1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0°和60°时的负载电流I d，并画出u d与i d波形。 2．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d、i d、和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，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。 3．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当a=30°时，要求： ①作出u d、i d和i2的波形； ②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2； ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 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。 《电力电子技术》试题(1) 一、填空（30分） 1、双向晶闸管的图形符号是 ，三个电极分别是 ， 和 ；双向晶闸管的的触发方式有 、 、 、 .。 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 。三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 。（电源相电压为U 2） 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 触发；二是用 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 度；实际移相才能达 度。 5、异步电动机变频调速时，对定子频率的控制方式有 、 、 、 。 6、软开关电路种类很多，大致可分成 电路、 电路两大类。 7、变流电路常用的换流方式有 、 、 、 四种。 8、逆变器环流指的是只流经 、 而不流经 的电流，环流可在电路中加 来限制。 9、提高变流置的功率因数的常用方法有 、 、 。 10、绝缘栅双极型晶体管是以 作为栅极，以 作为发射极与集电极复合而成。 三、选择题（每题2分 10分） 1、α为 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。 2、晶闸管触发电路中，若使控制电压U C =0，改变 的大小，使触发角α=90o，可使直流电机负载电压U d =0。达到调整移相控制围，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 、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 、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的最大移相围是( ) A 、90° B 、120° C 、150° D 、180° 四、问答题（20分） 1、 实现有源逆变必须满足哪些必不可少的条件？（6分） 2、根据对输出电压平均值进行控制的方法不同，直流斩波电路可有哪三种控制方式？并简述其控制原理。（7分） 3、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？（7分） 五、计算题（每题10分，20分） 1．在图示升压斩波电路中，已知E=50V ，负载电阻R=20Ω，L 值和C 值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs ，t on =25μs 时，计算输出电压平均值U 0，输出电流平均值I 0。 2、三相半波整流电路，如图所示：将变压器二次侧绕组等分为二段，接成曲折接法，每段绕组电压为100V 。试求： （1） 晶闸管承受的最大反压是多少？ （2） 变压器铁心有没有直流磁化？为什么？ 一、填空 1、 第一阳极T1，第二阳极T2，门极G ；I +，I -，III +，III -； 2、22U 2；6U 2。 3、大于60o小于120o的宽脉冲，脉冲前沿相差60o的双窄脉冲， 4、240o；0o—180o。 5、恒压频比控制、转差劲频率控制、矢量控制、直接转矩控制。 6、零电压、零电流 7、器件换流；电网换流；负载换流；强迫换流。 8、两组反并联的逆变桥；不流经负载；采用串联电抗器。 9、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、电力场效应晶体管栅极为栅极；以电力晶体管集电极和发射极 一、 选择题 电力电子技术第八章第九章部分课后习题答案(南航) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 补充题：SOA 的构成？ 答：功率晶体管的SOA 由四部分组成。 1) 集电极最大允许电流I eM 2) 基极开路，集电极—发射极之间的最高允许电压U (BR)ceo 3) 晶体管集电极最大允许功率损耗P CM 4) 二次击穿电流水平I S/B 功率场效应管的SOA 由三部分组成 1) 漏—源击穿电压U (BR)DS 2) 等功耗线P DM 3) 最大允许漏极电流I DM 8-5图8-5中晶体管的β可在8~40间选择。R C =11Ω，电源电压E C =200V ，基极输入电压U B =10V 。如果U CES =1.0V 和U BES =1.5V 。求：（a ）过驱动系数ODF=5时R B 的值；（b ）强制β值；（c ）晶体管功率损耗P C 。 c 截止区 饱和区 (a) (b)(c)解：30)1(=β取 Ω =??? ? ?===-= -=== = =-=-= =8.2603.05.855.110603.030 09 .1809.1811 .12000.1b b bS b b b bes b b CS bs C CES C CS CES R R i i ODF R R U U i A i i A R U E ，i U β时 W I U P I I cs ces C b CS f 09.1809.180.1)3(68.25.809 .18)2(=?===?? ? ??== β强制电流增益 8-9电路总电流为20A ，用两个MOSFET 管并联分担，一个管子的U DS1=2.5V ，另一个是U DS2=3V 。如用串联源极电阻（a ）R S1=0.3Ω，R S2=0.2Ω及（b ）R S1=R S2=0.5Ω来均流，求每个晶体管电流和两管漏极电流之差。 解：E ，U S DS =接地设 A R U E R U E S DS S DS 202 2 11=-+- （1）时Ω=Ω=2.0,3.021S S R R 202.03 3.05.2=-+-E E V E 2.5= A I A I D D 11,921== A I I D D 212-=-漏极电流差，12D D I I > （2）5.021==S S R R 205.03 5.05.2=-+-E E 75.7=E A I A I D D 5.9,5.1021== A I I D D 112=-漏极电流差，21D D I I > 补充题：①IGBT 的SOA 构成？ 答：IGBT 的正偏安全工作区与场效应晶体管相似，由I CM 、U (BR)ceo 和等功耗线决定的。由于IGBT 含有GTR 的特性，在某些情况下也会出现二次击穿的问题。 电力电子技术第五版课后习题及答案 第二章电力电子器件 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2.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，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3.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。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4图2-27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Imπ4π4π25π4a)b)c)图1-43 图2-27晶闸管导电波形 解：a)I d1=π21ππωω4 )(sin t td I m=π2m I(122+)≈0.2717I m I1=π π ωωπ42)()sin(21 t d t I m=2m Iπ 2143+≈0.4767I m b)I d2= π1ππωω4)(sin t td I m=πm I(122+)≈0.5434I m I 2=ππωωπ42)()sin(1t d t I m=2 2m Iπ2143+≈0.6741I m c)I d3=π2120)(πωt d I m=4 1I m I3=2 02)(21πωπt d I m=2 1I m2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解：额定电流I T(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)I m1≈4767 .0I≈329.35，I d1≈0.2717I m1≈89.48 2/16b)I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434I m2≈126.56c)I m3=2I=314, I d3=41 补充题：SOA 的构成 答：功率晶体管的SOA 由四部分组成。 1) 集电极最大允许电流I eM 2) 基极开路，集电极—发射极之间的最高允许电压U (BR)ceo 3) 晶体管集电极最大允许功率损耗P CM 4) 二次击穿电流水平I S/B 功率场效应管的SOA 由三部分组成 1) 漏—源击穿电压U (BR)DS 2) 等功耗线P DM 3) 最大允许漏极电流I DM 8-5图8-5中晶体管的β可在8~40间选择。R C =11Ω，电源电压E C =200V ，基极输入电压U B =10V 。如果U CES =和U BES =。求：（a ）过驱动系数ODF=5时R B 的值；（b ）强制β值；（c ）晶体管功率损耗P C 。 c 截止区 饱和区 (a) (b)(c)解：30)1(=β取 Ω =??? ??=== -=-=== = =-= -= =8.2603.05.855 .110603.03009 .1809.18110 .12000.1b b bS b b b bes b b CS bs C CES C CS CES R R i i ODF R R U U i A i i A R U E ，i U β 时 W I U P I I cs ces C b CS f 09.1809.180.1)3(68.25.809 .18)2(=?===?? ? ??== β强制电流增益 8-9电路总电流为20A ，用两个MOSFET 管并联分担，一个管子的U DS1=，另一个是U DS2=3V 。如用串联源极电阻（a ）R S1=Ω，R S2=Ω及（b ）R S1=R S2=Ω来均流，求每个晶体管电流和两管漏极电流之差。 解：E ，U S DS =接地设 A R U E R U E S DS S DS 202 2 11=-+- （1）时Ω=Ω=2.0,3.021S S R R 202.03 3.05.2=-+-E E V E 2.5= A I A I D D 11,921== A I I D D 212-=-漏极电流差，12D D I I > （2）5.021==S S R R 205.03 5.05.2=-+-E E 75.7=E A I A I D D 5.9,5.1021== A I I D D 112=-漏极电流差，21D D I I >电力电子技术第八章第九章部分课后知识题目解析(南航)
电力电子技术第2章习题-答案
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