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第一章思考题与练习

1、解释晶闸管型号规格KP200-7E的意义。

2、晶闸管的导通条件是什么？ 栅极撤极信号对晶闸管导通后是否有影响？ 晶闸管导通后流过的电流取决于什么？ 导通后负载两端的电压是多少？ 晶闸管的关断条件是什么？ 关机后阳极和阴极两端的电压取决于什么？

3、在图1-15所示电路中使用型号为KP100-3、保持电流IH=4mA的晶闸管是否合理？ 为什么？ （不考虑电压和电流余量）

图1-15 问题3示意图

4、图1-16中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，假设最大值为IM，试计算各图中电流的平均值和有效值。

5、画出图1-17所示电路负载电阻Rd两端的电压波形？

6、双向晶闸管的额定电流参数是如何定义的？ 如果将额定电流为100A的双向晶闸管换成普通晶闸管反并联，那么普通晶闸管的额定电流是多少？

7、解释图1-18所示电路的工作原理，并指出双向晶闸管的触发方法。

8、图1-19是由程控管组成的电池充电电路，说明了电路的工作原理。

图1-16 问题图4

图1-17 问题5

图1-18 问题图7

图1-19 第8题

第二章思考题与练习

1、讲解GTO的开通和关断原理。 它与普通晶闸管有何不同？

2、GTO的主要参数有哪些？ 这些参数中哪些与普通晶闸管相同？ 有什么不同？

3、GTO的关断损耗是多少？ 过大的关断损耗会对GTO产生什么影响？ 如何降低关断损耗？

4、简述大功率晶体管GTR与小信号晶体管的异同。

5、哪些因素可能导致GTR二次击穿？ 可以采取什么措施来预防呢？

6. 图 2-34 显示了一个 NPN 功率晶体管。 在下列偏置条件下，GTR工作在输出特性曲线的哪个区间？

a) UBE=-1V，UCB≈20V，UCE=20V；

b) UBE=1V，UCB≈－20V，UCE=10V；

c) UBE=1V，UCB=-1V，UCE=1V；

d) UBE=1V，UCB=-1V，UCE<1V。

7、达林顿管GTR与单管GTR的主要区别是什么？图2-34 问题6

8、在富士FVR-G5变频器中，使用的型号为6DI50C-050

(500V,50A)大功率晶振模块，试分析各管允许工作电压和电流通过？

9、功率MOSFET的极间电容是多少？ 输入电容、输出电容、反馈电容和极间电容之间有什么关系？

10、“功率MOSFET的栅极是绝缘的，是压控器件，其栅极驱动功率为零。” 这个说法正确吗？ 为什么？

11. 什么是安全工作区？ 功率MOSFET安全工作区的三种情况是什么？ 尝试分别解释它们。

12、解释一下功率场效应管的结构特点，它是如何解决高压大电流问题的？

13、MCT和IGCT管结构有什么特点？

14、SIT管的结构特点和工作原理是什么？

15.解释SITH的开闭机制。 为什么说SITH在高频应用领域有绝对优势呢？

16. SIT和SITH有什么异同？

17. PIC的一般功能是什么？ 它的主要结构类型有哪些？

18、请收集目前生产IPM模块的大型厂商的产品型号及其实现的容量、性能等参数。

第三章思考题与练习

1、描述一下GTO栅极控制电路的基本结构？ 关断控制受哪些电路参数影响？

2、画出GTO门控信号的推荐波形。 使用这样的波形来控制GTO的开通和关断有什么好处呢？

3. GTO 的栅极驱动类型有哪两种？ 分别说明其电路的基本组成。

4、GTR在通断状态下的驱动电路一般应满足哪些要求？

5、图3-29是一个实用的GTR驱动电路，采用正负双电源供电。 当ui为高电平时，GTR开启； 当 ui 为低电平时，GTR 关闭。 试分析该电路的工作原理； 解释一下VD3、V4在电路中的主要作用是什么？

6、《功率MOSFET管和IGBT管的栅极绝缘是电压控制器件，其栅极驱动功率为零》。 这个说法正确吗？ 为什么？

7、功率MOSFET的栅极驱动电路有什么要求？

8、功率MOSFET的栅极驱动电路主要有哪两种形式？ 分别画出电路。

图3-29问题5图片 图3-30问题12图片

9、晶闸管过电压、过电流的原因有哪些？ 分别应采取哪些防护措施？

10、为什么要对功率MOSFET管进行静电防护？ 静电防护措施有哪些？

11、功率MOSFET元器件运行时应采取哪些保护措施？

12、图3-30为部分实用电路，试说明：

(1)图中R、C、VD的作用及其工作原理是什么？

(2)画出门极驱动电路与IGBT的连线。

13、GTR缓冲电路的作用是什么？ 缓冲电路形式有哪些？

14、GTO为什么要设置缓冲电路？ 解释缓冲电路的工作原理。

15、图3-31所示电路称为有源馈能缓冲电路。 它们都是靠有源器件（SMPS的意思是开关电源）来实现能量回馈。 图中的电容CS、CO电感Ls和二极管VD0都与无源缓冲电路中的作用相同。 试分别讨论一下两种电路的馈能原理？

图 3-31 有源馈能缓冲电路

a) 开启缓冲电路 b) 关闭缓冲电路

16、晶闸管串并联使用时应注意什么？

17. 指出图 3-32 中的保护元件有哪些？ 它们的名称和作用是什么？

（温馨提示：①硒整流管串联形成的“硒堆”可吸收较大的过电压能量，但体积较大，反伏安特性较差，可用压敏电阻代替，仍可在较旧的转换器中可以看到。）

图 3-32 图 17

第4章思考题与练习

1、在可控整流电路中，如果负载是纯电阻，电阻上的平均电压与平均电流的乘积是否等于负载消耗的功率？ 为什么？

2. 电阻负载要求可调直流平均电压Ud = 0 ~ 24V，负载电流Id = 30A。 它们分别由220V交流电网供电，经整流变压器降压后由变压器的60V二次侧电压供电。 采用单相半波可控整流电路，说明是否满足要求？ 并比较两种供电方案的晶闸管导通角、晶闸管的额定电压和电流、电源和整流变压器二次侧的功率因数、电源所需的容量。 两种供电方案哪个合理？

3、图4-41是用于中小型发电机的单相半波晶闸管自激磁路。 L是励磁绕组。 发电机满载时，相电压为220V，要求励磁电压为45V。 励磁绕组内阻为4Ω，电感为0.2H，求满足励磁要求时晶闸管的导通角、流过晶闸管和续流二极管的电流的平均值和有效值.图4-41 问题3

4.画出单相半波可控整流电路，当α=60°时，ud、iT、uT在以下五种情况下的波形

1）阻性负载；

2）大感性负载不接续流二极管；

3）大感性负载接续流二极管；

4）反电动势负载不与平波电抗器串联；

5）反电动势负载与平波电抗器串联，接续流二极管。

5、单相全控桥式整流电路，感性负载大。 已知：U=220V； R=4Ω。 试求：当α=60°时，计算负载两端和续流二极管前后的Ud、IdT、IdD和IT、ID值； 画出ud、iT、uT的波形； 选择晶闸管的类型。

6、单相半控桥式电路给直流电机的电枢供电，串联一个大电感的平波电抗器Ld，电枢电阻为0.2Ω，单相交流电压为220V输入。 试画出α=90°时ud、iT、iD、uT的波形； 并问：负载电流为50A时电机的IdT、IT、IdD、ID和反电动势E分别是多少？

7、对于图4-42所示的可控整流电路，试画出α=60°时ud、iT、iD、uT的波形； 如果u2=220V，R=5Ω。 尝试计算和选择晶闸管和二极管的类型。

图4-42 第7题图片 图4-43 第8题图片

8、两个晶闸管串联的单相半控桥式整流电路如图4-43所示。 负载为大电感，内阻为5Ω，电源电压u2=100sinωt。 尝试绘制ud、iT、iD的波形； 与共阴极接法的单相半控桥式电路比较说明异同。

9、对于三相半波可控整流电路的阻性负载，如果触发脉冲出现在自然换向点之前15°，试画触发脉冲宽度为10°和20°时的输出电压ud波形分别分析电路工作是否正常？

10、对于三相半波可控整流电路的大感性负载，电感内阻为10Ω，不接续流二极管。 负载电压要求Ud=220V，绘制α=45°时ud、iT3、uT3波形； 整流变压器副边相电压U2和满足负载要求的整流变压器容量S1、S2的有效值。

11、对于三相半波整流电路，如果U相的触发脉冲丢失，试画出α=60°和大感性负载时的ud、iT5、uT3波形。

12、对于三相半波可控整流电路，负载为直流电动机串接足够大的平波电抗器和续流二极管。 U2=220V，电机在额定负载下运行，额定电流为40A，电枢回路总电阻为0.2Ω，试求α=时Ud、IdT、IT、IdD和反电动势E的值60°。 绘制ud、iT1、uT1波形。

13、对于三相全控桥式整流电路的大感性负载，已知U2=100V，电感内阻为10Ω。 求出α=45°时Ud、Id、IdT和IT的值，画出ud、iT1、iu和uT1的电压电流波形。

14、如图4-44所示，由GTR组成的相位控制电路采用先进的相位角控制方法，求出Ud、Id与α=45°时流过GTR的电流的平均值，得出ud、iV1 , iu, uV1 电压和电流波形。

15、三相半控桥式整流电路感性负载大。 为了防止失控，连接了一个续流二极管。 已知：U2=120V，电感内阻为6Ω。 求：α=60°时的Ud、IdT、IT、IdD和ID，画出ud和iT1的波形。

16、直流电机由三相半波可控整流电路供电。 电机额定电压为220V； 额定电流为28A； 电动机的启动和制动电流不超过60A，要求负载电流下降到3A时继续。 U2＝220V 试选晶闸管的型号，计算电枢回路所需的电感量。

17、三相全控桥晶闸管-直流电机调速系统，电机额定电压220V，电流90A，转速1500r/min，功率17kW。 电枢回路总电阻为1Ω（电机电枢电阻按铜耗占电机额定损耗的1/2～2/3计算）全桥逆变电路参数，平波电抗器电感50mH ，电动机的制动电流限制在额定电流的2倍。 次之内。 尝试去找：

1）计算并选择晶闸管的型号。

2）写出第14题α=60°时负载电流连续段的机械图4-44

方程，并画出n=f(Id)的特性曲线。

3) 计算α=60°时电流不连续点n0和IdK的力学性能。

18.解释以下概念：矫正与待矫正、倒置与待倒置、主动倒置与被动倒置。

19、什么是有源逆变器？ 有源逆变器的工作原理是什么？

20.解释实现有源逆变器的条件。 为什么半控桥和负载侧带续流管的电路不能实现有源逆变？

21、逆变器出现故障的原因有哪些？ 为什么要限制最小反转角？

二十二、图4-45中，（a）工作在整流电机状态，图4-45第22题

(b) 工作在变频发电机状态。

① 标出Ud、E、id方向；

②解释E与Ud的关系；

③ 当α和β均为最小值30°时，表示α和β的相移范围。

23、试画出三相半波共阴极接法β=60°时晶闸管两端的ud和电压波形。

24.解释环流系统四象限运行的桥式反并联可逆电路的工作过程。 解释一下为什么这个回路要用四个循环电抗器？

25、什么是循环？ 试结合三相半波有源逆变电路解释不同α、β角时环流的大小？

26． 图4-46是绕线式异步电动机串级调速系统主电路原理图，是晶闸管有源逆变器应用的典型例子。 图中RF为频敏电阻，用于启动时限制启动电流； E20为转子开线电动势（转速n=0）； s 是电机的转差率。 系统中，转子相电动势sE20经三相整流桥（VD1～VD6）整流，输出直流整流电压Ud。 直流附加电压Udβ由逆变桥产生。

由此可得转子回路电压平衡方程

(4-53)

即（4-54）

式中：U d ——整流器输出电压；

Udβ——逆变器直流侧电压（即直流附加电动势Eβ）；

U21——逆变变压器次级相电压；

β——反转角；

R——转子直流回路等效总电阻。

根据式（4-51），在电机带额定负载的情况下，Id不变，改变β可以改变转差s，从而改变转速。 由于电机的转差功率通过转子整流器转换为直流电，再通过逆变器转换为交流电反馈回电网。 由于转子整流器不可控，转差功率只能从转子单向流出，转差功率不能流入转子，只能实现低于同步转速的电机运行和高于同步转速的再生制动运行比同步速度。 这种系统称为低同步串级调速系统。 如果三相整流桥也改为全控桥，则两组三相桥式整流器既可以​​整流工作，也可以逆变工作。 因此，通过控制两组电桥的工作状态，可以控制转差功率的流向，从而实现高于或低于同步转速的电动运行或再生制动运行。 这种系统称为超同步串级调速系统。 试分析超同步串级调速系统中如何控制两套全控桥实现高于或低于同步转速的电动运行或再生制动运行，及其转差功率流向？

图 4-46 图 26

第5章思考题与练习

1、在单结晶体管触发电路中，削波稳压管两端接一个大电容。 可控整流电路还能正常工作吗？ 为什么？

2、单结晶体管的自激振荡电路是根据什么单结晶体管的特性工作的？ 振荡频率的高低与哪些因素有关？

3、图5-21是单结晶体管分压比测量电路。 测量时，先按下常开按钮SB，调节50kΩ电位器使微安表指向100μA，然后松开按钮SB，再读取微安表指针值，除以100，即可得到单结管的分压比。 解释测量原理。

图5-21 第3题图片 图5-22 第5题图片

4、在分压比为0.6的单结晶体管组成的振荡电路中，若Ubb=20V，则峰值电压UP为多少？ 如果管子b2脚虚焊，b1脚正常，那么电容两端的电压是多少？

5、图5-22是由单结晶体管触发的单相半波可控整流电路。 试画出α=90°时①～③和Rd两端的电压波形。

6、图5-23为铅酸蓄电池充电电路。 图中稳压管用于保护单结三极管； R1和C1用于保护三极管。 当发生短路和存储地极性接错时，电路具有自动保护功能，试分析其工作原理。

7、图5-24为电机正反转定时控制电路，可用于均匀搅拌等需要定时正反转的机械装置上。 图 5-23 第 6 题

调整RPI（阻值220kΩ）可改变正向工作时间（约20μs）。 调整RP2（阻值220kΩ）可改变反向工作时间（约20μs）。 解释电路的工作原理。

图 5-24 问题 7

8、移相触发电路的基本组成部分有哪些？

9、锯齿波触发电路有什么优点？ 哪些元件参数决定了锯齿波的底部宽度？ 输出脉冲宽度如何调整？ 与单宽脉冲相比，双窄脉冲有何优势？

10.什么是同步？ 描述实现触发电路与主电路同步的步骤。

11、三相半波可控整流电路，阻性负载，要求移相范围0°~150°，主变压器为D，y1接线组，NPN管组成的锯齿波触发电路，考虑初锯齿波部分 为非线性留出 60° 余量。 尝试用图确定同步变压器的接线组别，完成电路连接。

12、对于三相全控桥式可控整流电路，电机负载可逆，要求移相范围为30°~150°。 主变压器为D，y11接线组采用NPN管组成的锯齿波触发电路。 考虑锯齿波 给初始阶段的非线性留出30°的余量。 尝试用图确定同步变压器的接线组别，完成电路连接。

13、图5-25是测量三相电源相序的电路。 当被测端子1、2、3所接三相电源的相序分别为U、V、W时，发光二极管较暗，否则发光二极管较暗。 梁，为什么？ 试着画个波形图，解释一下。

14、使用集成触发电路有什么优点？

15、微机数字触发电路一般用于哪些场合？ 讲解8031单片机数字触发电路的工作原理。 同步信号是如何获得的？ 控制角a的大小和脉宽是怎么得到的？ 图5-25 图13

第6章思考题与练习

1、以降压斩波器为例，简单说明斩波器具有直流变压器的作用；

2、根据问题2表格中各栏的要求，总结相关参数表达式并填表；

问题2表

参数表达式

斩波电路

占空比

k

输出和输入电压

UO/Ud

临界连续电流

ILB

输出电压纹波

ΔU0/UO

巴克

促进

3、尝试比较升降压斩波电路与库克电路的异同。

4.如图6-28所示，降压斩波电路，V在t=0时导通，t=t1时截止，t=t1+t2时再次导通，稍后重复上述过程，再试完成以下要求

(1) 求出输出电压的平均UO。 和有效值 U；

(2) 求出斩波器的输入功率Pi。

5.上述问题的斩波电路中，负载电阻R=10Ω，Us=220V，斩波开关导通时产生2V的压降UT，斩波频率为1KHz。 如果 k=0.5，尝试找到

(1) 平均输出电压UO和输出电压的有效值U；

(2) 斩波效率η=P0/Pi；

(3) 输出纹波电压的相对值。

6、图6-29电路中，如果电容C很大，负载上的纹波电压可以忽略，ton=toff=40μs 图6-28 问题4

(1)画出Id、IL和IC的稳态波形。

(2)计算稳态下直流电源给定的功率。

7、降压斩波电路如图6-3所示，输入电压为(27±10%)V，输出电压为15V，最大输出功率为120W，最小输出功率为10W。 轻载时关断时间为5μs，电路工作频率为30kHz。求：图6-29 第6题

(1)占空比k的变化范围；

(2)保证整个工作范围内连续电感电流的电感值；

(3)当输出纹波电压ΔU0=100mV时，求纹波电容值；

(4) 若电感的临界连续电流为4A，求电感值。

8.升压斩波电路如图6-9a所示。 输入电压为（27±10%）V，输出电压为50V，输出功率为750W，效率为95%，负载电阻R=0.05Ω。 求 (1) 最大占空比是多少？ (2)如果要求输出电压为60V，可以吗？ 为什么？

9. 对于如图 6-30 所示的升压稳压器，US=100V，R=50Ω，ton=80μs，

toff = 20μs，如果电感和电容的值设置的很大，id和负载电压的纹波可以忽略不计，电路工作在稳态。试完成如下要求

(1) 计算负载电压U0。

(2)画出u0和iC的波形。

(3)计算100V直流电源的输出功率。

图 6-30 第 9 题

第7章思考题与练习

1、交流稳压器通断控制和相位控制的优缺点是什么？ 用于什么负载？

2.

可编程逻辑控制器（PLC）输出模块中的输出电路如图7-25所示，分别由GTR、功率MOSFE和双向晶闸管组成。 他们可以传递什么信号？

图7-25 问题2示意图

3. 图 7-26 显示了 TRIAC 的零电压开关，说

可见，当VT1管的触发信号随机断开时，负载可以在电源电压波形的零交叉点附近接入电源； 当随机开启VT1管的触发信号时，负载可在电流过零点与电源断开。

4、双向晶闸管组成的单相功率调节电路采用

使用过零触发器，U2=220V，负载电阻R=1Ω，在控制设定周期TC内，使晶闸管导通0.3s，关断2s。试算： 图7-26 图3

(1) 输出电压的有效值；

(2) 假设晶闸管始终导通，负载消耗的平均功率和输送的功率。

(3)选择双向晶闸管型号。

5、220V/10kW电炉采用单相晶闸管交流调压。 现使其工作在功率为5kW的电路中。 试求电路供电侧的控制角α、工作电流和功率因数。

6、图7-27单相交流稳压电路全桥逆变电路参数，U 2 =220V，

L =5.516mH，R =1Ω，试求： 图7-27 第6题

(1) 控制角相移范围； (2)负载电流的最大有效值；

(3) 最大输出功率和功率因数； (4)画出负载电压和电流的波形。

7、将上题中的晶闸管换成GTO或GTR。 当α1=30°，α2=120°时，求出输出电压的有效值，画出输出电压和电流波形。

第8章思考题与练习

1、兑换方式有哪些？ 各有什么特点？

2、无源逆变电路和有源逆变电路有什么区别？

3、什么是电压源逆变电路？ 什么是电流源逆变电路？ 各有什么特点？

4、电压源逆变电路中反馈二极管的作用是什么？ 为什么电流源逆变电路中没有反馈二极管？

5、电压型AC-DC-AC逆变器采用二极管整流桥进行整流。 什么是输入功率因数？ 为什么？

6. 尝试讲解PWM控制的基本原理。

7. 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波形有几级？

8.什么是异步调制？ 什么是同步调制？ 各有什么特点？

9、什么是软开关？ 什么是硬开关？ 两者之间的主要区别是什么？

第10章思考题与练习

1、在高频开关电路中，为了降低开关损耗，提高开关频率，通常采用零电压开通、零电流关断的软开关技术。 在本章第一节的大功率开关电源中，如何实现软开关技术？

2、图9-2电源的主功率转换电路为电压型半桥逆变电路。 请改成全桥逆变电路。 如果采用全桥逆变电路，那么IGBT的脉宽调制信号应该如何改变呢？

3、请将图9-4中分立元件组成的IGBT管的驱动电路改为EXB841组成的集成驱动电路。

4、单相在线式不间断电源通常由哪些电路组成？ 试简要分析各电路的作用和工作原理。

5、UPS中IGBT的主要保护有哪些？ 当发生短路并被检测到时，有几种方法可以防止IGBT损坏？

*6. 请使用MATLAB语言的动态仿真工具（SIMULINK）的电力系统工具箱（Power System Blockset）搭建一个三相PWM逆变器主电路。 逆变器直流侧电压要求为110v，逆变电源装置选用IGBT模块，接阻感性负载，记录PWM驱动模块调制度为0.4和0.4时输出电压的波形。分别为 0.8。

注：逆变器直流侧电压可为110v~220v； PWM驱动模块中的调制信号采用50Hz正弦波，其调制度从0到1可调，对应输出电压幅值从0到最大，载波频率可选择12~24倍正弦波频率； IGBT模块采用默认模块参数。