PDF created with pdfFactory Pro trial version 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 42 1 PDF created with pdfFactory Pro trial version 2 I m31242pm 1 p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 uGK02. 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、Id2、Id3 与电流有效值I1、I2、I3。
0 2 04 4 5 2 0 24 2a) b) c)图 1-43 晶闸管导电波形解： a) Id1=1 p I mpI m sinwtd (wt ) =( 2 1 ) 0.2717 I2 42 2 I1=1 p 2p( I m sin wt) d (wt ) = I m 3 10.4767 Im2p 41 p2 4 2pI m 2b) Id2 =pI m sinwtd (wt ) =4 ( 1 ) 0.5434 Im2I2 =1 p 2p( I m sin wt) d (wt ) =0.6741Ip 41 p 1c) Id3= 2 I m d (wt ) = Im2 0 4 2 1I3 = 2 I m d (wt) = Im2p 02 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2 PDF created with pdfFactory Pro trial version 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Ia) Im1b) Im20.4767 I0.6741 329.35，Id1 0.2717 Im1 89.48232.90, Id2 0.5434 Im2 126.56 1c) Im3=2 I = 314, Id3=4Im3=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？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a1 和a2 ，由普通晶闸管的分析可得，a1 + a2 =1 是器件临界导通的条件。
a1 + a2 1，两个等效晶体管过饱和而导通；a1+ a2 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a2 较大，这样晶体管V2 控制灵敏，易于GTO 关断；2) GTO 导通时的a1 + a2 更接近于1，普通晶闸管a1 + a21.15，而GTO 则为a1+ a2条件；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3 PDF created with pdfFactory Pro trial version 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4 PDF created with pdfFactory Pro trial version 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： 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：L d idd t2U 2sin wt考虑到初始条件：当wt0 时 id0 可解方程得：id1 2pI2U 2 (1wL2U 2 (1coswt) coswt)d(wt)d2p 0= wL2U 2wL=22.51(A) ud 与 id 的波形如下图：u20 2 wtud0 2 wtid0 2 wt当60 时，在 u2 正半周期60 180 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180 300 期间释放， 因此在 u2 一个周期中60 300 期间以下微分方程成立：L d idd t2U 2sin wt考虑初始条件：当wt60 时 id0 可解方程得：i 2U 2 ( 1coswt)d wL 25 PDF created with pdfFactory Pro trial version 1 其平均值为5pI d p 32U 2 ( 1coswt)d(wt) =2U 2 =11.25(A)2p 3wL 22wL此时 ud 与 id 的波形如下图：u2+ +0 a wt ud+ +wt idwt2 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 其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
2U 2 ；当负载是电阻或电感时，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 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a 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)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6 PDF created with pdfFactory Pro trial version 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：u2O wt udaO wtidIdi2 Id aO wt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 cos0.93 1003 cos30 77.97（ V）IdUd / R77.97/ 2 38.99（A）I2Id 38.99（A）晶闸管承受的最大反向电压为：2 U2 100 2 141.4（V）考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN（ 23）3 141.4283424（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：IVTId2 27.57（A）晶闸管的额定电流为：IN（ 1.52）3 27.571.57 2635（ A）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
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解：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整流二极管在一周内承受的电压波形如下：7 PDF created with pdfFactory Pro trial version iu20 2 wtuVD20 wtuVD40 wt5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a=30 时，要求：作出 ud、id 和 i2 的。