大学电力电子技术第五版王兆安刘进军课后题详解答案Word文档格式.docx
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~4b）
c）
图1-43图晶闸管导电波形
解：
Id1=2；
ImSin
td（哇牛1）
0.2717Im
"
1=j2-JZ"
OSt）=节
1
一0.4767Im
2
b）
1I.，2
Id2=-Imsintd（t）=』（-1）
n7n2
0.5434Im
|2=、1（ImSint）2d（t）=^
\42
0.6741I
1-1
|d3=2n02|md（t）=;
|m
02|m2d（
t）^!
4.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扁、Id2、Id3各为多少？
这时,
相应的电流最大值|m1、|m2、|m3各为多少？
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
|m1
0.4767
329.35，
|d10.2717|m189.48
|m2
232.90,
|d20.5434Im2126.56
0.6741
Im：
=2|=
314,
Id3=|m：
=78.5
5.GTO和普通晶闸管同为PNPN吉构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？
GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，由P1N1P2和NiBNb构成两个晶体管U、V2,分别具有共基极电流增益
1和2，由普通晶闸管的分析可得，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+2V1，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：
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导通时的1+2更接近于1，普通晶闸管1+21.15，而GTO则为1+21.05，
GTO勺饱和程度不深，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。
6.如何防止电力MOSFE因静电感应应起的损坏？
电力MOSFET勺栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。
MOSFET勺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。
7.IGBT、GTRGTO和电力MOSFET勺驱动电路各有什么特点？
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。
GTR驱动电路的特点是：
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。
GTC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MOSFEH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。
8.全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？
试分析RCDg冲电路中各元件的作用。
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，du/dt或过电流和di/dt，减小器件的开
关损耗。
RCD爰冲电路中，各元件的作用是：
开通时，C经R放电，R起到限制放电电流的作用；
关断时，
负载电流经VD从Cs分流，使du/dt减小，抑制过电压。
9.试说明IGBT、GTRGTC和电力MOSFET^自的优缺点。
对IGBT、GTRGTO和电力MOSFET勺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的能力，通态压降较低，
输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小
开关速度低于电力MOSFET电
压，电流容量不及GTO
GTR
耐压高，电流大，开关特性好，通流
能力强，饱和压降低
开关速度低，为电流驱动，所需
驱动功率大，驱动电路复杂，存
在二次击穿问题
GTO
电压、电流容量大，适用于大功率场
合，具有电导调制效应，其通流能力
很强
电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低
电力
MOSFET
开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问
电流容量小，耐压低，一般只适
用于功率不超过10kW的电力电
子装置
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=20mHU=100V,求当a=0和60时的负载电流Id
并画出Ud与id波形
a=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
的一个周期里，以下方程均成立:
考虑到初始条件：
当t=0时
id=0可解方程得:
id
旦（1cos
L
t）
Id
t）d（t）
旦=22.51（A）
Ud与id的波形如下图:
当0=60°
时，在U2正半周期60~180期间晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在U2负半
周期180~300期间释放，因此在上一个周期中60~300期间以下微分方程成立:
L%、2U2sint
dt
考虑初始条件：
当t=60时id=0可解方程得:
其平均值为
Id2
-2Uz（1cost）
L2
-2U2（1cost）d（t）^^U^=11.25（A）
此时Ud与id的波形如下图:
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2.2U2；
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。
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测绕组中，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岀电压和电流波形的情况。
1以晶闸管VT2为例。
当VT导通时，晶闸管VT2通过VT与2个变压器二次绕组并联，所以VT2承
受的最大电压为2,2U2。
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〜a）期
间无晶闸管导通，输出电压为0；
（a〜n）期间，单相全波电路中VT导通，单相全控桥电路中
VT、VT4
导通，输出电压均与电源电压U2相等；
（n〜n+a）期间，均无晶闸管导通，输出电压为0；
（
n）期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中Vt、VT3导通，输岀电压等于
屮。
对于电感负载：
（a〜n+a）期间，单相全波电路中VT导通，单相全控桥电路中VTi、VT4导通,
输出电压均与电源电压U2相等；
（n+a
n+a）期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路
中VT；
、VE导通，输岀波形等于
U2。
可见，两者的输岀电压相同，加到同样的负载上时，则输岀电流也相同。
30。
时，要求：
①作出山、
3•单相桥式全控整流电路，U2=100V,负载中R=2Q,L值极大，当aid、和i2的波形；
2求整流输岀平均电压U、电流Id，变压器二次电流有效值|2；
3考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
①5、id、和i2的波形如下图：
O*t
2输出平均电压Uh电流|d，变压器二次电流有效值|2分别为
U=0.9U2cosa=0.9X100Xcos30°
=77.97（V）
Id=U/R=77.97/2=38.99（A）
12=Id=38.99（A）
3晶闸管承受的最大反向电压为：
.一2沙=100.2=141.4（V）
考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：
UN=（2~3）X141.4=283〜424（V）
具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
流过晶闸管的电流有效值为：
Ivt=|d/2=27.57（A）
晶闸管的额定电流为：
In=（1.5~2）X27.57/1.57=26~35（A）
4•单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画岀整流二极管在一周内承受的电压波形。
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岀现正的部分。
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：
5•单相桥式全控整流电路，U2=100V,负载中R=2Q,L值极大，反电势E=60V,当=30时，要求:
1作出Ud、id和i2的波形；
2求整流输岀平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值|2；
①5、id和i2的波形如下图：
U2JL
O
Ud」L
\J<
t
oh
id+
1・
i2J
，dId
—
2整流输岀平均电压U、电流Id，变压器二次侧电流有效值12分别为
Ud=0.9U2cosa=0.9X100Xcos30°
=77.97（A）
Id=（Ud-E/R=（77.97—60）/2=9（A）
|2=Id=9（A）
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