《电力电子技术》答案 王兆安主编第五版Word文档格式.docx

1、b）图 1-43 图1-43管导电波形c）解：Id1=1 msin td （ t） =I m（+ 1 ） 0.2717 ImI1=sin t） 2 d （t） =3+ 0.4767 ImId2 =+ 1 ） 0.5434 ImI2 = （ Isint） 2 d （t） =2 I m 0.6741I mId3=I m d （ t） =ImI3 =晶闸 I （ II m d （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 Id1、Id2、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 I T（AV） =100A 的晶闸管，允许

2、的电流有效值 I =157A，由上题计算结果知Im1 I0.4767 329.35，Id1 0.2717 Im1 89.48Im2 0.6741 232.90,Id2 0.5434 Im2 126.56Im3=2 I = 314,Im3=78.55. 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？GTO 和普通晶闸管同为 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 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

3、 + 2 1，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 + 2 1.15，而 GTO 则为 1 + 2 1.05，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。6. 如何防止电力 MOSF

4、ET 因静电感应应起的损坏？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： 一般在不用时将其三个电极短接； 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； 电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。7. IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 的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，

5、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。GTO 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 MOSFET 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。8. 全控型器件的缓冲电路的

6、主要作用是什么？试分析 RCD 缓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 缓冲电路中，各元件的作用是：开通时，Cs 经 Rs 放电，Rs 起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经 VDs 从 Cs 分流，使 du/dt 减小，抑制过电压。9. 试说明 IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 各自的优缺点。对 IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 的优缺点的比较如下表：器 件IGBTGTRGTO电 力MOSFET优 点开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低

7、，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低电压、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，不存在缺 点开 关 速 度 低 于 电 力MOSFET,电压，电流容量不及 GTO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的电力电子装置二次击穿问题第 3 章整流电路1. 单相半波可控整流电路对电

8、感负载供电，L20mH，U2100V，求当0和 60时的负载电流 Id，并画出 ud 与 id 波形。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 u2 的一个周期里，以下方程均成立：Ld idd t= 2U 2 sin t考虑到初始条件：当t0 时 id0 可解方程得：id =2U 2L（1 - cos t）I d =（1 - cos t）d（t）=22.51（A）ud 与 id 的波形如下图：u2 tudid当60时，在 u2 正半周期 6018

9、0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 180300期间释放，因此在 u2 一个周期中 60300期间以下微分方程成立：考虑初始条件：当t60时 id0 可解方程得：5其平均值为2U 2 1L 252L=11.25（A）此时 ud 与 id 的波形如下图：0 t2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：晶闸管承受的最大反向电压为 2 2U 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

10、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出电压和电流波形的情况。 以晶闸管 VT2 为例。当 VT1 导通时，晶闸管 VT2 通过 VT1 与 2 个变压器二次绕组并联，所以 VT2 承受的最大电压为 2 2U 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）期间无晶闸管导通，输出电压为 0；（）期间，单相全波电路中 VT1 导通，单相全控桥电路中 VT1、VT4 导通，输出电压均与电源电压 u2 相等；（）期间，均无晶闸管导通，输出电压为 0；（ 2

11、）期间，单相全波电路中 VT2 导通，单相全控桥电路中 VT2、VT3 导通，输出电压等于- u2。对于电感负载：（ ）期间，单相全波电路中 VT1 导通，单相全控桥电路中VT1、VT4 导通，输出电压均与电源电压 u2 相等；（ 2）期间，单相全波电路中 VT2 导通，单相全控桥电路中 VT2、VT3 导通，输出波形等于- u2。6（ - cos t）（ - cos t）d（t） =可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，则输出电流也相同。3单相桥式全控整流电路，U2100V，负载中 R2，L 值极大，当30时，要求：作出 ud、id、和 i2 的波形；求整流输出平均电压 Ud、电流

12、Id，变压器二次电流有效值 I2；考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。ud、id、和 i2 的波形如下图：Oi2Id输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次电流有效值 I2 分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97（V）IdUd /R77.97/238.99（A）I2Id 38.99（A）晶闸管承受的最大反向电压为：2 U2100 2 141.4（V）考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN（23）141.4283424（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：IVTId 2 27.57（A）晶闸管的额定电流为：IN（1.52）27.5

13、71.572635（A）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。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。7整流二极管在一周内承受的电压波形如下：uVD2uVD45单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中 R=2 ，L 值极大，反电势 E=60V，当=30时，要求： 作出 ud、id 和 i2 的波形； 求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值 I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。ud、id 和 i2 的波形如下图：整流输出平均

14、电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值 I2 分别为77.97（A）Id （UdE）/R（77.9760）/29（A）I2Id 9（A）流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVTId 2 6.36（A）故晶闸管的额定电压为：86.361.5768（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。6. 晶闸管串联的单相半控桥（桥中 VT1、VT2为晶闸管），电路如图 2-11 所示，U2=100V，电阻电感负载，R=2 ，L 值很大，当=60时求流过器件电流的有效值，并作出 ud、id、iVT、iD 的波形。ud、id、iVT、iD 的波形如下图：iVT1 OiVD2+ 负载电

15、压的平均值为：U d =2U 2 sin td（t） = 0.9U 21 + cos（ / 3）67.5（V）负载电流的平均值为：IdUdR67.52233.75（A）流过晶闸管 VT1、VT2 的电流有效值为：IVTId19.49（A）流过二极管 VD3、VD4 的电流有效值为：IVDId27.56（A）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 ud 的波形。假设 = 0 ，当负载为电阻时，ud 的波形如下：9uaubuc当负载为电感时，ud 的波形如下：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

16、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？ABCNna1b1c1c2a2b2图 2-60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

17、方向相反，故一周10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。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。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 18011三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5 ，L 值极大，当=60时，要求： 画出

18、 ud、id 和 iVT1 的波形； 计算 Ud、Id、IdT 和 IVT。ud、id 和 iVT1 的波形如下图：aiVTUd、Id、IdT 和 IVT 分别如下Ud1.17U2cos1.17cos6058.5（V）IdUdR58.5511.7（A）IdVTId311.733.9（A）IVTId 3 6.755（A）12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11u流电压 ud 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？假设 VT1 不能导通，整流电压 ud 波形如下：假设 VT1 被击穿而短路，则当晶闸管 VT3 或 VT5 导通时，将发生电源相间短路，使得