《《电力电子技术》习题答案(第五版王兆安刘进军主编)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《电力电子技术》习题答案(第五版王兆安刘进军主编)（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第 2 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：u AK0 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、I d2、I
2、 d3 与电流有效值 I1、I 2、I 3。0 02 22 44 254a) b) c)图 1-430图 1-43 晶闸管导电波形解：a) Id1= = ( ) 0.2717 Im214)(sintdIm2mI1I1= = 0.4767 Im42i(t4b) Id2 = = ( ) 0.5434 Im 4)(sintdIm mI1I2 = = 0.6741I42i(1t243c) Id3= = Im120)(tdIm1I3 = = Imt4. 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、I d2、I d3 各为多少？这时，相应的电流最大值 Im1、I m2、I m
3、3 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) Im1 329.35， Id1 0.2717 Im1 89.48476.0b) Im2 232.90, Id2 0.5434 Im2 126.561c) Im3=2 I = 314, Id3= Im3=78.54125. 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、V 2,分别具有共基极电流增益 和 ，由普通晶闸管的分析可得，
4、+ =1 是器件临界导12 通的条件。 + 1，两个等效晶体管过饱和而导通； + 1，不能维持饱和导通2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 较大，这样晶体管 V2 控制灵敏，易于 GTO 关断；22) GTO 导通时的 + 更接近于 1，普通晶闸管 + 1.15，而 GTO 则为 +1 1211.05，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2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
5、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？答：IGBT 驱动电
6、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
7、有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。38. 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/d t 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，C s 经 Rs 放电，R s 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表：器 件 优 点 缺 点IG
8、BT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
9、不超过10kW 的电力电子装置第 3 章 整流电路3单相桥式全控整流电路，U 2100V ，负载中 R2，L 值极大，当 30时，要求：作出 ud、i d、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；解：u d、i d、和 i2 的波形如下图：4u2O tO tO tudidi2O tIdId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 U 2 cos0.9100cos3077.97（V）IdU d /R77.97/238.99（A）I2I d 38.99（A ）5单相桥式全控整流电路，U 2=100V，负载中 R=2，L
10、 值极大，反电势 E=60V，当 =30时，要求： 作出 ud、i d 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。解：u d、i d 和 i2 的波形如下图：u2O tO tO tudidi2O tIdIdId 整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值 I2 分别为Ud0.9 U 2 cos0.9100cos3077.97(A)Id (U dE )/R(77.9760)/29(A)I2I d 9(A)晶闸管承受的最大反向电压为：U2100 141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值
11、为：IVTI d 6.36（A）5故晶闸管的额定电压为：UN(23)141.4283424 （ V）晶闸管的额定电流为：IN(1.52)6.361.5768（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。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？答：假设 VT1 不能导通，整流电压 ud 波形如下：udO t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 VT3、 VT5 也可能分别被击穿。13三相桥式全控整流电路，U 2=1
12、00V，带电阻电感负载，R =5，L 值极大，当=60时，要求： 画出 ud、i d 和 iVT1 的波形； 计算 Ud、I d、I dT 和 IVT。解：u d、i d 和 iVT1 的波形如下： = 60u2uduabuacubcubaucaucbuabuacua ub ucO tt1O tidtO tOiVT1U d、I d、I dT 和 IVT 分别如下Ud2.34 U2cos2.34100cos60117（V）IdU dR117523.4（A）6IDVTI d323.437.8（A）IVT Id 23.4 13.51 （A ）30单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分
13、别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 180，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 90。三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 120，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 90。第 4 章 逆变电路1无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。2换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有 4 种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全
14、控型器件采用此换流方式。电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流 3 种方式。 第 5 章 直流-直流变流电路1简述图 5-1a 所示的降压斩波电路工作原理。答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让 V 导通一段时间 ton，由电源 E 向L、R、M 供电，在此期间，u
15、 oE。然后使 V 关断一段时间 toff，此时电感 L 通过二极管VD 向 R 和 M 供电，u o0。一个周期内的平均电压 Uo 。输出电压小于ofn电源电压，起到降压的作用。2在图 5-1a 所示的降压斩波电路中，已知 E=200V，R=10，L 值极大，EM=30V，T=50s,t on=20s,计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。解：由于 L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为Uo= = =80(V)Ttn5027输出电流平均值为Io = = =5(A)REUM-10384简述图 5-2a 所示升压斩波电路的基本工作原理。答：假设电路中电感 L 值很大，电容 C 值也很大。当 V 处于通态时，电源 E 向电感 L 充电，充电电流基本恒定为 I1，同时电容 C 上的电压向负载 R 供电，因 C 值很大，基本保持输出电压为恒值 Uo。设 V 处于通态的时间为 ton，此阶段电感 L 上积蓄的能量为
