完整版电力电子技术王兆安第五版课后习题全部答案.docx

1、完整版电力电子技术王兆安第五版课后习题全部答案电力电子技术2-1 与信息电子电路中的二极管对比，电力二极管拥有如何的构造特色才使得其拥有耐受高压和大电流的能力？答： 1.电力二极管多数采纳垂直导电构造，使得硅片中经过电流的有效面积增大，明显提升了二极管的通流能力。2.电力二极管在 P 区和 N 区之间多了一层低混杂 N 区，也称漂移区。低混杂 N 区因为混杂浓度低而靠近于无混杂的纯半导体资料即本征半导体，因为混杂浓度低，低混杂 N 区就能够承受很高的电压而不被击穿。2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管蒙受正朝阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲） 。或： uAK

2、0 且 uGK0。2-3. 保持晶闸管导通的条件是什么？如何才能使晶闸管由导通变成关断？答：保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， 即保持电流。 要使晶闸由导通变成关断， 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靠近于零的某一数值以下，即降到保持电流以下，即可使导通的晶闸管关断。2-4 图 2-27 中暗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 I m ，试计算各波形的电流均匀值 I d1、I d2、 I d3 与电流有效值 I 1、I 2、I 3。14 Im sin (t)Im (21)0.2717 Im解： a)I d1222=1

3、(Im sint )2 d (wt )Im31I 1=242421Im sintd (wt )Im (21)0.5434 Imb)Id2=4221(Im sint ) 2 d (wt)2 Im31I2=424212 Im d (t )1 Imc)I d3= 20412 Im 2 d (t )1 ImI3=2022-5 上题中假如不考虑安全裕量,问 100A 的晶阐管能送出的均匀电流 I d1、I d2、I d3 各为多少 ?这时，相应的电流最大值 Im1、 I、 Im3各为多少 ?m2解：额定电流 IT(AV) =100A 的晶闸管，同意的电流有效值I=157A,由上题计算结果知1Ia)I m

4、1Id1m1A,I232.90 A,0.5434 I m2126.56 Ab)I m2Id2c)I m3=2I=3141 I m3Id3= 42-6 GTO 和一般晶闸管同为PNPN 构造 ,为何 GTO 能够自关断 ,而一般晶闸管不可以 ?答： GTO 和一般晶阐管同为PNPN 构造，由 P1N1P2 和 N1P2N2 构成两个晶体管 V1 、V2 ，分别拥有共基极电流增益1 和2 ，由一般晶阐管的剖析可得，12 1 是器件临界导通的条件。 1 21两个等效晶体管过饱和而导通；1 21 不可以保持饱和导通而关断。GTO 之所以能够自行关断，而一般晶闸管不可以，是因为GTO 与一般晶闸管在设计

5、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控制敏捷，易于 GTO 关断；2)GTO 导通时 12 的更靠近于 l ，一般晶闸管1 2 ，而 GTO 则为 12 1.05 ，GTO的饱和程度不深，靠近于临界饱和，这样为门极控制关断供给了有益条件；3)多元集成构造使每个 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，进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对比， 电力二极管拥有如何的构造特色才使得它拥有耐受高电压电流的能力？答1.电力二极管多数采纳垂直导电构造，使得硅片中经过电流的有效面积增大，

6、明显提升了二极管的通流能力。2.电力二极管在 P 区和 N 区之间多了一层低混杂 N 区，也称漂移区。低混杂 N 区因为混杂浓度低而靠近于无混杂的纯半导体资料即本征半导体，因为混杂浓度低，低混杂 N 区就能够承受很高的电压而不被击穿。2-8 试剖析 IGBT 和电力 MOSFET 在内部构造和开关特征上的相像与不同之处IGBT 比电力 MOSFET 在反面多一个 P 型层， IGBT 开关速度小，开关消耗少拥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，热稳固性好。所需驱动功率小且驱动电路简单

7、，工作频次高，不存在二次击穿问题。IGBT 驱动电路的特色是 :驱动电路拥有较小的输出电阻， GBT 是电压驱动型器件， IGBT的驱动多采纳专用的混淆集成驱动器。 电力 MOSFET 驱动电路的特色：要求驱动电路拥有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。2-11 目前常用的全控型电力电子器件有哪些？答：门极可关断晶闸管 , 电力晶闸管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管。3-1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电， L 20mH ，U2 100V，求当 0 和 60 时的负载电流 Id ，并画出 ud 与 id 波形。解： 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，

8、在晶闸管开始导通时辰，负载电流为零。在电源电压u2 的负半周期，负载电感L 开释能量，晶闸管持续导通。所以，在电源电压 u2 的一个周期里，以下方程均建立：d id2U 2 sintLd t考虑到初始条件：当t0时 i d 0 可解方程得： id2U2 (1cos t )L2I d122U2(1 cos t) d( t)2=2U2=22.51(A)Lud 与 id 的波形以下列图：u20 2 tud0 2 tid0 2 t当 60时，在 u2 正半周期 60 180 时期晶闸管导通使电感 L 储能，电感 L 储蓄的能量在 u2 负半周期 180 300 时期开释，所以在 u2 一个周期中 60

9、 300 时期以下微分方程建立：d id2U 2 sin tLd t考虑初始条件：当d2U 21t60 时 i 0可解方程得： id(cos t)L2其均匀值为 I d152U 212U 23(=11.25(A)cos t)d( t) =23L 22 L此时 ud 与 id 的波形以下列图：u2+ +0 tud+ +tidt3-2图 3-10 为拥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：晶闸管蒙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。答：拥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

10、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，其一个周期内的均匀电流为零，故不会有直流磁化的问题。以下剖析晶闸管蒙受最大反向电压及输出电压和电流波形的状况。 以晶闸管 VT 2 为例。当 VT 1 导通时，晶闸管 VT 2 经过 VT 1 与 2 个变压器二次绕组并联，所以 VT 2 蒙受的最大电压为 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，关于电阻负载：（0）时期无晶闸管导通，输出电压为 0；（）时期，单相全波电路中 VT 1 导通，单相全控桥电路中3VT 1、 VT 4 导通，输出电压均与电源电压 u

11、2 相等； ( )时期，均无晶闸管导通，输出电压为0；( 2)时期，单相全波电路中 VT 2 导通，单相全控桥电路中 VT 2、VT 3 导通，输出电压等于u2。关于电感负载：（ ）时期，单相全波电路中VT 1 导通，单相全控桥电路中VT 1、VT4导通，输出电压均与电源电压 u2 相等；（ ）时期，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中 VT 2、 22。VT3 导通，输出波形等于u可见，二者的输出电压相同，加到相同的负载上时，则输出电流也相同。3-3 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；求整流输出均匀

12、电压 Ud 、电流 Id ，变压器二次电流有效值 I2 ；考虑安全裕量，确立晶闸管的额定电压和额定电流。解： ud、i d、和 i2 的波形以下列图：u2O tudOti dIdtOI di 2Ot输出均匀电压 Ud 、电流 Id，变压器二次电流有效值I 2分别为Ud0.9 U2cos 0.9 100cos30 （ V ）I U/R（A ）ddI2I d （A ）晶闸管蒙受的最大反向电压为：2U21002 （V ）考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN（）（23283424 V详细数值可按晶闸管产品系列参数选用。流过晶闸管的电流有效值为： IVT Id2 （）晶闸管的额定电流为： IN （27

13、.57 A（） 1.521.572635 A详细数值可按晶闸管产品系列参数选用。3-4 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蒙受的电压波形。解：注意到二极管的特色：蒙受电压为正即导通。所以，二极管蒙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，沟通电源电压由晶闸管均衡。整流二极管在一周内蒙受的电压波形以下：u 20 2 tuVD20 tuVD40 t3-5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； 求整流输出均匀电压 Ud 、电流 Id ，变压器二次侧电流有效

14、值 I2；4 考虑安全裕量，确立晶闸管的额定电压和额定电流。解： ud、id 和 i2 的波形以下列图：u2OtudOtiIddOIdti2IdOt整流输出均匀电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值I2 分别为Ud0.9 U2 cos0.9 100cos30 77.97(A)Id (Ud E)/R60)/29(A)I 2 Id 9(A)晶闸管蒙受的最大反向电压为：2 U21002 （V ）流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT Id 2 （）故晶闸管的额定电压为： UN A(23)（）283424 V晶闸管的额定电流为： I N (1.52) 6.36 （A ）晶闸管额定电压和电流的详

15、细数值可按晶闸管产品系列参数选用。3-6. 晶闸管串连的单相半控桥 （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。解： ud、 id、 iVT 、 iD 的波形以下列图：u2Otu dOtidI di VT1 OI dtOIdti VD2Ot负载电压的均匀值为： U d12U 2 sintd(t)0.9U 2 1cos(/ 3) （V）32负载电流的均匀值为： I d UdR67.52 2（ A ）流过晶闸管 VT 1、 VT 2 的电流有效

16、值为： I VT 1Id（A ）3流过二极管 VD 、 VD4的电流有效值为： IVDI （ A ）32 d33-7. 在三相半波整流电路中，假如a 相的触发脉冲消逝，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压 ud 的波形。解：假定0 ，当负载为电阻时， u 的波形以下：d5uaubucudOtuaubucudOtd的波形以下：当负载为电感时， uuaubucudOtuaubucudOt3- 8三相半波整流电路，能够将整流变压器的二次绕组分为两段成为波折接法，每段的电动势相同，其分段部署及其矢量如图 2-60 所示，此时线圈的绕组增添了一些，铜的用料约增添 10% ，问变压器死心能否被直流磁化

17、，为何？A B CCNnBNAabcc2111c1a2b2c2naa12b1b2图2-60图 2-60 变压器二次绕组的波折接法及其矢量图答：变压器死心不会被直流磁化。原由以下：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 的电流向下贱， c2 的电流向上流；当 c1b2 对应的晶闸管导通时， c1 的电流向下贱， b2 的电流向上流；当 b1a2 对应的晶闸管导通时， b1 的电流向下贱， 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均匀值为零，所以变压器死心不会被直流

18、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？假如不是，它们在相位上差多少度？答：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，假如它们a的触发角都是，那么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，比如都是相，在相位上差多少度？答：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=5 ， L 值极大，当=60时，要求：画出 ud、id 和 iVT1 的波形；计

19、算 Ud、 Id 、IdT 和 IVT 。6u2=30ubucuaO tud ua ub ucO ti VT 1OidO解： ud、id 和 iVT1 的波形以下列图： Ud、I d、I dT 和 IVT 分别以下 Ud2costt1.17 100cos60 （V）Id UdR58.5 5（ A）IdVT Id311.7 3.9（A ）IVT Id3 （A ）3-12在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，假如有一个晶闸管不可以导通，此时的整流电压 ud 波形如何？假如有一个晶闸管被击穿而短路，其余晶闸管受什么影响？答：假定 VT1 不可以导通，整流电压 ud 波形以下：udOt假定 VT1 被击

20、穿而短路，则当晶闸管3或 VT5导通时，将发生电源相间短路，使得3VT 5 也可能分别被击穿。VTVT 、3- 13三相桥式全控整流电路， U2=100V，带电阻电感负载， R=5 ， L 值极大，当=60时，要求： 画出 ud 、id 和 iVT1 的波形； 计算 Ud 、Id 、 IdT 和 IVT 。解： ud、id 和 iVT1 的波形以下：= 60ubucuua2t1tOuab u acubcubauca ucb uabuacudO ti dO ti VT 1O t Ud、I d、I dT 和 IVT 分别以下7Ud2 cos 100cos60 117（ V ）Id UdR 1175

21、（A ）IDVT Id33（ A）IVT Id3 3 （A ）3-14单相全控桥，反电动势阻感负载， R=1 ， L=， E=40V ， U2=100V， LB=0.5mH ，当 =60 时求 Ud 、 Id 与的数值，并画出整流电压 ud 的波形。解：考虑 LB 时，有：Ud2cos UdUd 2XBIdId（ UdE）R解方程组得：Ud（ 2cos2XBE）（R 2XB）（V ）Ud（V ）Id（A ）又cos cos() 22 I d X B U即得出cos( 60 ) 换流重叠角61.33 60 =1.33 最后，作出整流电压 Ud 的波形以下：u2O tudO t3-15三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，U2=100V ，R=1 ，L=，LB=1mH ，求当=30 时、 E=50V 时 Ud 、 Id 、的值并作出 ud 与 iVT1 和 iVT2 的波形。