电力电子技术课后答案

电力电子课后答案 第二章

2.2 使晶闸管导通的条件是什么？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： 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；

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。 2.3图2-1中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，各波形的电流最大值均为m I ， 试计算各波形的电流平均值1d I 、2d I 、3d I 与电流有效值1I 、2I 、3I ，和它们的波形系数1f K ，2f K ，3f K 。

题图2.1 晶闸管导电波形

解： a) 1d I =

4

1

2sin()(1)0.27222

m m m I I t I π

π

ωπ

π=

+≈? 1I 24

131(sin )()0.4822

42m m m I I t d wt I ππ

?π

π

=

+≈?

111/0.48/0.27 1.78f d m m K I I I I ===

b) 2d I =412

sin ()(1)0.542m m m I I td wt I ππ?=+=∏?

2I 24

21

31(sin )()0.67242m

m m I I t d wt I π

π

?π

π

=

+≈? 222/0.67/0.54 1.24f d m m K I I I I ===

c) 3d I =

20

1

1()24

m m I d t I π

ωπ

=

?

3I 220

1

1()22

m m I d t I π

ωπ

=

?

333/0.5/0.252f d m m K I I I I ===

2.4. 如果上题中晶闸管的通态平均电流为100A ，考虑晶闸管的安全裕量为1.5，问其允许通过的平均电流和应的电流最大值各为多少?

解：由上题计算结果知：

（额定电流I T(AV)=100A 的晶闸管，允许的电流有效值I=157A ） a)

()11

1.57 1.57*100

58.8()1.5 1.5*1.78

T AV d f I I A K =

=

=

11/58.8/0.27217.78()m d f I I K A ===

b)

()22

1.57 1.57*100

84.4()1.5 1.5*1.24

T AV d f I I A K =

=

=

222/84.4/0.54156.30()m d f I I K A ===

c)

()33

1.57 1.57*100

52.3()1.5 1.5*2

T AV d f I I A K =

=

=

323/52.3/0.25209.2()m d f I I K A ===

2.5.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1α和2α，由普通晶阐管的分析可得，121=+αα是器件临界导通 的条件。1

21＞αα+两个等效晶体管过饱和而导通；121＜αα+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不同：

l) GTO 在设计时2α较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO 关断;

2) GTO 导通时21αα+的更接近于l ，普通晶闸管5.121≥+αα，而GTO 则为05.121≈+αα，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;

3)多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小， 门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小， 从而使从门极抽出较大的电流成为可能。

2.11使用Power MOSFET 应该注意什么问题？.如何防止其因静电感应应起的损坏? 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±20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。 2.12 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

IGBT

开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击开关速度低于电力MOSFET ，电压，电流容量

第三章

3.1 具有续流二极管的单相半波相控整流电路，

2

220,7.5,

U V R

==ΩL值极大，当控制角α为30?和60?时，要求：

1)作出

2

,,

d d

u i i的波形；

2)计算整流输出平均电压

d

U、输出电流

d

I、变压器二次测电流有效值

2

I；

3)计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值；

4)考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：30

α=?时：

1)

2

,,

d d

u i i的波形如下页所示。

2）整流输出平均电压

d

U

2

d2

2

1

sin td t(1cos)

22

1cos1cos30

0.450.45*220*92.37()

22

U

U V

π

α

ωωα

ππ

α

==+

++?

===

?

输出电流

d

I：d

d

92.37

12.32A

7.5

U

I

R

==＝（）

变压器：

VT

7.95()

2

I=I I A

====

3）晶闸管的电流平均值和有效值：

dVT d /6*12.32 5.13()22I I A παππππ

--===

VT ()7.95()2I =I I A == 续流二极管的电流平均值和有效值：

dVDR d /6

*12.327.19()22I I A παππππ

++===

VDR

9.41()I I A =

=== 4）晶闸管承受的最大正反向峰值电压为：

2311()TM U V ===

考虑2倍安全裕量，取晶闸管的额定电压为700V （电压低于100V 时每100V 为一个电压

等级）。

通过晶闸管的电流有效值为：VT 7.95I A =

考虑1.5（～2）倍安全裕量，则：

VT

VT(AV) 1.5(~2)*1.57

7.95

1.5(~2)*7.6(~10.1)()

1.57

I

I A ===

同理可得60α=?时：

2） 整流输出平均电压d 74.25()U V =

输出电流d I ：d 9.9A I =（）

变压器：

VT 5.72()2I =I A =

3）晶闸管的电流平均值和有效值：

dVT 3.3()I A =

VT 5.72()2I =I A =

续流二极管的电流平均值和有效值：

dVDR 6.6()I A =

VDR 8.08()I A =

4）晶闸管承受的最大正反向峰值电压为：2311()TM U V ===

考虑2倍安全裕量，故取晶闸管的额定电压为700V 通过晶闸管的电流有效值为：VT 5.72I A =

考虑1.5（～2）倍安全裕量，则： VT(AV) 5.5~7.3()I A =

3.4 .单相桥式全控整流电路，U 2=100V ，负载中R =20Ω，L 值极大，当α=?30时， 要求：

①作出U d 、I d 和I 2的波形;

a)

b)

i

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I 2; ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解： ① U d 、I d 和I 2的波形如下图：

② 输出平均电压U d 、I d 和变压器二次电流有效值I 2分别为

2

2221

2sin

cos 0.9cos 0.9*100*cos3077.94()

d U U U td t U V πα

α

ωωααπ

+=

=

==?=?

277.94(0.9.cos )38.97()2

d d U U I A R R α==

== 238.97()d I I A ==

③晶闸管承受的最大反向电压为： 22141.4TM U U V == 考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为： U N =(2~3)×141.4=283~424(V)

具体数值可按晶闸管产品系列参数选取（可以取300V ～500V ）。 流过晶闸管的电流有效值为：

/ 2 27.55()VT d I I A == 晶闸管的额定电流为： ()27.55

(1.5~2)*

(1.5~2)*(26.32~35.1) ()1.57 1.57

VT VT AV I I A === 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

3.7.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U d 的波形。

解：假设α=?0，当负载为电阻时， U d 的波形如下：

当负载为电感时，U d 的波形如下：

2

T

a

b

R

L

u 1

u 2

i 2

V T 1

V T 3

V T 2

V T 4

u d

i d

O

ωt

O

ωt

O

ωt u d i d

i 2

b)

O ωt

O

ωt

u VT

1,4O

ωt

O

ωt I d

I d

I d I d

I d

i VT 2,3i VT 1,4

a)

3.10三相半波可控整流电路，U 2=100V ，带电阻电感负载，R =50Ω，L 值极大，当α＝?60时，求： ①画出,d d u i 和VT1i 的波形；②计算d d dVT U I I 、、和I VT

解： ①,d d u i 和VT1i 的波形如下图所示：

② d d dVT U I I 、、和I VT 分别为：

263

d 2263

2sin()()1.17cos 117*100*cos

58.5()23

U U wt d wt U V ππαπ

α

π

απ

+++=

===?（）

58.5/511.7()d

d U I A R

=

== 11

*11.7 3.9()33

dVT d I I A ===

*11.7 6.75()33

VT d I I A =

== 3.11.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U d 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VTl 不能导通，整流电压波形如下：