电力电子技术-第五版(王兆安刘进军)课后详细答案.pdf

1、电力电子技术第五版电力电子技术第五版 机械工业出版社机械工业出版社课后习题答案课后习题答案第二章第二章 电力电子器件电力电子器件1.使晶闸管导通的条件是什么？使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：施加触发电流（脉冲）。或：uAK0 且且 uGK0。2.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？为关断？答：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答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流

2、大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。通的最小电流，即维持电流。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。流以下，便可使导通的晶闸管关断。3.图图 1-43 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波各波形的电流最大值均为形的电流最大值均为 Im，试计算各波形的电流平均值，试计算各波形的电流平均值 Id1、Id2、Id3与电流有效值与

3、电流有效值 I1、I2、I3。0022244254a)b)c)图1-430图图 1-43晶闸管导电波形晶闸管导电波形解：解：a)Id1=214)(sinttdIm=2mI(122)0.2717 ImI1=42)()sin(21tdtIm=2mI21430.4767 Imb)Id2=14)(sinttdIm=mI(122)0.5434 ImI2=42)()sin(1tdtIm=22mI21430.6741Imc)Id3=2120)(tdIm=41Im2I3=202)(21tdIm=21Im4.上题中如果不考虑安全裕量上题中如果不考虑安全裕量,问问 100A 的晶闸管能送出的平均的晶闸管能送出的平

4、均电流电流 Id1、Id2、Id3各为多少？这时各为多少？这时，相应的电流最大值相应的电流最大值 Im1、Im2、Im3各为多少各为多少?解：额定电流解：额定电流 IT(AV)=100A 的晶闸管，允许的电流有效值的晶闸管，允许的电流有效值 I=157A，由上题计算结果知由上题计算结果知a)Im14767.0I329.35，Id10.2717 Im189.48b)Im26741.0I232.90,Id20.5434 Im2126.56c)Im3=2 I=314,Id3=41Im3=78.55.GTO 和普通晶闸管同为和普通晶闸管同为 PNPN 结构结构，为什么为什么 GTO 能够自关能够自关断

5、断，而普通晶闸管不能而普通晶闸管不能？答答：GTO 和普通晶闸管同为和普通晶闸管同为 PNPN 结构结构，由由 P1N1P2和和 N1P2N2构成构成两个晶体管两个晶体管 V1、V2,分别具有共基极电流增益分别具有共基极电流增益1和和2，由普通晶闸，由普通晶闸管的分析可得，管的分析可得，1+2=1 是器件临界导通的条件。是器件临界导通的条件。1+21，两个，两个等效晶体管过饱和而导通；等效晶体管过饱和而导通；1+21，不能维持饱和导通而关断，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

6、面有以下几点不同：与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：1)GTO 在设计时在设计时2较大较大，这样晶体管这样晶体管 V2控制灵敏控制灵敏，易于易于 GTO关断；关断；2)GTO 导通时的导通时的1+2更接近于更接近于 1，普通晶闸管，普通晶闸管1+21.15，而而 GTO 则为则为1+21.05，GTO 的饱和程度不深的饱和程度不深，接近于临界饱和接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；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多元集成结构使每个 GTO 元阴极面积很小，门极和阴极间元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短的距离大为缩短，使得使得 P2极区所谓

7、的横向电阻很小极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极从而使从门极抽出较大的电流成为可能。抽出较大的电流成为可能。6.如何防止电力如何防止电力 MOSFET 因静电感应应起的损坏？因静电感应应起的损坏？答：电力答：电力 MOSFET 的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。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的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰当栅极开路时极易受静电干扰3而充上超过而充上超过20 的击穿电压，所以为防止的击穿电压，所以为防止 MOSFET 因静电感应而因静电感应而引起的损坏，应注意以下几点：引起的损坏，应注意以下几点：一般在不用时将

8、其三个电极短接；一般在不用时将其三个电极短接；装配时人体装配时人体、工作台工作台、电烙铁必须接地电烙铁必须接地，测试时所有仪器外测试时所有仪器外壳必须接地；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。漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。7.IGBT、GTR、GTO 和电力和电力 MOSFET 的驱动电路各有什么特的驱动电路各有什么特点？点？答答：IGBT 驱动电路的特点是驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT是电压驱动型器件，是电压驱动

9、型器件，IGBT 的驱动多采用专用的混合集成驱动器。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。截止电压，以加速关断速度。GTO 驱动电路的特点是：驱动电路的特点是：GTO 要求其驱动电路提供的驱动电要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的

10、幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加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。分。电力电力 MOSFET 驱动电路的特点驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入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。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？试分析全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析 RCD

11、 缓缓冲电路中各元件的作用。冲电路中各元件的作用。答：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，答：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 或过电流和或过电流和 di/dt，减小器件的开关损耗。，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，缓冲电路中，各元件的作用是：开通时，Cs经经 Rs放电，放电，Rs起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经 VDs从从 Cs分流分流，使使 du/dt 减小，抑制过电压。减小，抑制过电压。9.试说明试说明 IGBT、GTR、GTO 和电力和电力 MOSFET 各

12、自的优缺点各自的优缺点。解：对解：对 IGBT、GTR、GTO 和电力和电力 MOSFET 的优缺点的比较如下的优缺点的比较如下表：表：器器件件优优点点缺缺点点IGBT开关速度高，开关损耗开关速度高，开关损耗 开关速度低于电开关速度低于电力力4小，具有耐脉冲电流冲小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小压驱动，驱动功率小MOSFET,电压电压，电流电流容量不及容量不及 GTOGTR耐压高，电流大，开关耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，特性好，通流能力强，饱和压降低饱和压降低开关速度低开关速度低，为电流为电流驱动

13、驱动，所需驱动功率所需驱动功率大，驱动电路复杂大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题存在二次击穿问题GTO电压、电流容量大，适电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流电导调制效应，其通流能力很强能力很强电流关断增益很小电流关断增益很小，关断时门极负脉冲关断时门极负脉冲电流大，开关速度电流大，开关速度低低，驱动功率大驱动功率大，驱驱动电路复杂动电路复杂，开关频开关频率低率低电电力力MOSFET开关速度快，输入阻抗开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不简单，工作频率高，不存在二次击

14、穿问题存在二次击穿问题电流容量小，耐压电流容量小，耐压低低，一般只适用于功一般只适用于功率不超率不超过过 10kW 的电的电力电子装置力电子装置5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，单相半波可控整流电路对电感负载供电，L20mH，U2100V，求当，求当0 和和 60 时的负载电流时的负载电流 Id，并画出，并画出 ud与与 id波形。波形。解解：0 时时，在电源电压在电源电压 u2的正半周期晶闸管导通时的正半周期晶闸管导通时，负载电负载电感感L 储能储能，在晶闸管开始导通时刻在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零负载电流为零。在电源电压在电源电压 u2的的负半周期，负载电感

15、负半周期，负载电感 L 释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压电压 u2的一个周期里，以下方程均成立：的一个周期里，以下方程均成立：tUtiLsin2dd2d考虑到初始条件：当考虑到初始条件：当 t0 时时 id0 可解方程得：可解方程得：)cos1(22dtLUi202d)(d)cos1(221ttLUI=LU22=22.51(A)ud与与 id的波形如下图：的波形如下图：02tu202t02tud02tid当当60时时，在在 u2正半周期正半周期 60 180 期间晶闸管导通使电期间晶闸管导通使电感感L 储能，电感储能，电感 L 储藏的能量在储藏的

16、能量在 u2负半周期负半周期 180 300 期间释放，因期间释放，因此在此在 u2一个周期中一个周期中 60 300 期间以下微分方程成立：期间以下微分方程成立：tUtiLsin2dd2d6考虑初始条件：当考虑初始条件：当 t60 时时 id0 可解方程得：可解方程得：)cos21(22dtLUi其平均值为其平均值为)(d)cos21(2213532dttLUI=LU222=11.25(A)此时此时 ud与与 id的波形如下图：的波形如下图：tudid+ttu20+2图图 2-9 为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：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晶闸管承受的最大反向电压为电压为 222U；当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波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。形与单相全控桥时相同。答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有答：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。直流磁化的问题。因为单相全