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1、目 录第 1 章 电力电子器件1第 2 章 整流电路4第 3 章 直流斩波电路20第 4 章 交流电力控制电路和交交变频电路26第 5 章 逆变电路31第 6 章 PWM 控制技术 35第 7 章 软开关技术40第 8 章 组合变流电路421第 1 章 电力电子器件1. 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 施加触发电流（脉冲）。或：uAK0 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 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 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
2、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。3. 图 1-43 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 I1、I2、I3。00222 4 4 25 4 a)b)c)图1-430图 1-43 晶闸管导电波形解：a) Id1=() 0.2717 Im214)(sinttdIm2mI122I1=0.4767 Im42)()sin(21tdtIm2mI 21 43b) Id2 =() 0.5434 Im14)(sinttdImmI122
3、I2 =0.6741I42)()sin(1tdtIm22mI 21 43mc) Id3= Im212 0)( tdIm41I3 = Im2 02)(21 tdIm2124. 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? 解：额定电流 I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值 I =157A，由上题计算结果知 a) Im1329.35，Id10.2717 Im189.484767. 0Ib) Im2232.90,Id20.5434 Im2126.566741. 0Ic)
4、 Im3=2 I = 314,Id3= Im3=78.5415. 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？ 答：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和，由普通晶闸12 管的分析可得，+=1 是器件临界导通的条件。+1，两个1212 等效晶体管过饱和而导通；+1，不能维持饱和导通而关断。12 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 在设计时较大，这样晶体管 V2控制灵敏，易于
5、GTO2 关断； 2) GTO 导通时的+更接近于 1，普通晶闸管+1.15，1212 而 GTO 则为+1.05，GTO 的饱和程度不深，接近于临界饱和，12 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 MOSFET 因静电感应应起的损坏？ 答：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
6、感应 而引起的损坏，应注意以下几点：3 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？ 答：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
7、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主要作用是什么？试分析 RCD 缓 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， du/dt 或过电流和 di/dt，减小器件的开关损
8、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。解：对 IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 的优缺点的比较如下4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 GTOGTR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
9、 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 存在二次击穿问题电流容量小，耐压 低，一般只适用于 功率不超过 10kW 的 电力电子装置5第 2 章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电， L20mH，U2100V，求当 0和 60时的负载电流 Id，并画出 ud与 id波形。 解：
10、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：tUtiLsin2dd2d考虑到初始条件：当t0 时 id0 可解方程得：)cos1 (22 dtLUi202 d)(d)cos1 (2 21ttLUI=22.51(A)LU 22ud与 id的波形如下图：02tu202t02tud02tid当 60时，在 u2正半周期 60180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，
11、因 此在 u2一个周期中 60300期间以下微分方程成立：tUtiLsin2dd2d考虑初始条件：当t60时 id0 可解方程得：6)cos21(22 dtLUi其平均值为=11.25(A)(d)cos21(2 213532 dttLUILU 222此时 ud与 id的波形如下图：tudid+ + +ttu20+ + +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：晶闸管承受的最大反 向电压为 2；当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的22U 波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 直流磁化的问
12、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。22U 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，7均无晶闸管导
13、通，输出电压为 0；( 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。 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 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。 解：ud、id、和 i2的波形如下图：u2OtOtOtudidi2OtIdId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： U2100141.4（V）22 考虑
