电力电子技术王兆安第五版课后习题全部答案Word文件下载.docx
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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。
c）
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Im,试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值Il、I2、I3o
1
Im
2
4Imsin（
t）
（-
1）
0.2717Im
解：
a）
Id1-2
2
E1—
（Imsin
t）d（wt）
3
——0.4767Im
I
厂〔24
1—
\4
Imsin
td（wt）
Im（
1）0.5434Im
b）I
d2—
4
iIm
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z、血、
Id3各为多少？
这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3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
329.35
232.90代
a）I
m10.4767A,
Im20.6741
d20.5434Im2
d2
126.56A
-Im378.5
Im=—2I-314I
d3-4
2-6GTOffi普通晶闸管同为PNPN吉构,为什么GTC能够自关断,而普通晶闸管不能？
GH和普通晶阐管同为PNPN吉构，由P1N1P2和N1P2N2勾成两个晶体管V1、V2,
分别具有共基极电流增益1和2，由普通晶阐管的分析可得，121是器件临界导通的条件。
12>
1两个等效晶体管过饱和而导通；
12V1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GTC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2较大，这样晶体管V2控制
灵敏，易于GTC关断；
2）GTO导通时12的更接近于I，普通晶闸管
121.5，而GTO则为121.05，GTC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GTOS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。
2-7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它具有耐受高电压电流的能力？
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，显着提高了二极管的通流能力。
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
2-8试分析IGBT和电力MOSFET在内部结构和开关特性上的相似与不同之处
IGBT比电力MOSFET在背面多一个P型层，IGBT开关速度小，开关损耗少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，不存在二次击穿问题。
IGBT驱动电路的特点是：
驱动电路具有较小的输出电阻，1GBT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。
电力MOSFE驱动电路的特点：
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。
此时Ud与id的波形如下图：
3-2•图3-10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，其输岀电压和电流
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VTi导通时，晶闸管VT2通过VTi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，输岀电压为0;
（a~n）期间，单相全波电路中VTi导通，单相全控桥电路中VTi、VT4导通，输岀电压均与电源电压U2相等；
（n〜n+a）期间，均无晶闸管导通，输岀电压为0;
（n+a〜2n）期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输岀电压等于U2。
对于电感负载：
（a〜n+a）期间，单相全波电路中VTi导通，单相全控桥电路中VTi、VT4导通，输岀电压均与电源电压U2相等；
（n+a〜2n+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。
3-3•单相桥式全控整流电路，U2=i00V，负载中R=2Q,L值极大，当a=30°
寸，要求：
①
作岀Ud、id、和i2的波形；
2求整流输岀平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值12；
3考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
①Ud、id、和i2的波形如下图：
2输岀平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值|2分别为
Ud=U2COSa=xi00Xcos30o=（V）
Id=Ud/R=2=（A）
|2=Id=（A）
3晶闸管承受的最大反向电压为：
.2U2=1002=（V）
考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：
Un=（2~3）X=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=Id/.2=（A）
晶闸管的额定电流为：
In=（~2）X/=26〜35（A）
3-4•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。
解：
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出现正的部分。
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：
3-5•单相桥式全控整流电路，U2=i00V,负载中R=2Q，L值极大，反电势E=60V,当=30
时，要求：
作岀Ud、id和i2的波形；
1求整流输岀平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值12；
2考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
①Ud、id和i2的波形如下图：
2整流输岀平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值I2分别为
Ud=U2COSa=Xi00Xcos30°
=（A）
Id=（Ud—E）/R=—60）/2=9（A）
I2=Id=9（A）
2U2=i002=（V）
流过每个晶闸管的电流的有效值为：
Ivt=Id/2=（A）
故晶闸管的额定电压为：
Un=（2〜3）X=283〜424（V）
In=~2）X/=6~8（A）晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
2-11所示，U2=100V，电
Ud、id、ivT、iD的波形。
IVT=.Id=（A）
\3
IVD=、Id=（A）
:
3（
3-6.晶闸管串联的单相半控桥（桥中VT1、VT2为晶闸管），电路如图阻电感负载，R=2Q,L值很大，当=60时求流过器件电流的有效值，并作岀解：
Ud、id、ivt、iD的波形如下图：
负载电压的平均值为：
Ud1..2U2sintd（t）0.9U21COS（/3）=（V）
32
负载电流的平均值为：
Id=Ud/R=/2=（A）
流过晶闸管VT1、VT2的电流有效值为：
流过二极管VD3、VD4的电流有效值为:
3-7.在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘岀在电阻性负载和电感性负载下
整流电压Ud的波形。
假设0，当负载为电阻时，Ud的波形如下：
当负载为电感时，Ud的波形如下：
3-8.三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法，每段的电动
势相同，其分段布置及其矢量如图2-60所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增加10%，问
变压器铁心是否被直流磁化，为什么？
图2-60变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图
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a1C2对应的晶闸管导通
时，a1的电流向下流，C2的电流向上流；
当C1b2对应的晶闸管导通时，C1的电流向下流，b2的电流向上
流；
当b1a2对应的晶闸管导通时，b1的电流向下流，a2的电流向上流；
就变压器的一次绕组而言，每一
周期中有两段时间（各为120）由电流流过，流过的电流大小相等而方向相反，故一周期内流过的电流平均值为零，所以变压器铁心不会被直流磁化。
3-9.三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？
如
果不是，它们在相位上差多少度？
三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相之间
换相的的自然换相点不是同一点。
它们在相位上相差180°
3-10.有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是，那末共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，例如都是a相，在相位
上差多少度？
相差180°
。
3-11•三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Q，L值极大，当=60时，
要求：
画岀Ud、id和ivT1的波形；
计算Ud、Id、IdT和IvT。
VT3、VT5
=60时，
，当=60时
IdVT=Id/3=/3=（A）
IVT=Id/'
..3=（A
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