电力电子技术答案

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1、电力电子技术答案电力电子技术习题解答习题一1、晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管关断的条 件是什么，如何实现？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压（U 0），并在门极施加触发AK电流（U 0）。要使晶闸管由导通转为关断，可利用外加反向电压或由外电路作用使GK流过晶闸管的电流降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断2、有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？答：这是由于晶闸管的阳极电流I没有达到晶闸管的擎住电流（I ）就去掉了触发脉AL冲，这种情况下，晶闸管将自动返回阻断状态。在具体电路中，由于阳极电流上升到 擎住电流需要一定的时间（主要

2、由外电路结构决定），所以门极触发信号需要保证一 定的宽度。3、图1-32中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为I,试计算各波 m形的电流平均值、有效值。如不考虑安全裕量，额定电流100A的晶闸管，流过上述电 流波形时，允许流过的电流平均值I各为多少？d2n(a)2n兀/3兀 4k/32k 7k/3(c)兀/3k2k 7k/3(d)k/4兀2兀9k/4(e)0 k/4 k 5k/42k 9k/4rot(b)图1-32习题3附图解：(a) I =J 兀I sint)d(wt) =21 = m 0.3183Ida 2k 0m2k m kma(I sin t)2 d(rot) = J (1

3、-cos 2rot)d(rot)=m2 冗 0 22平均值为：I =m = 100 A。da 兀12(b) I = J 兀I sin(t)d(t) = I 0.6366I db 兀 o m兀 mi0mbI 2 f 1I(I sin rot )2 d (rot) = J (1-cos2rot)d (rot)= 冗 o 22额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则I =込x 157 222(A)；m平均值为： I = 0.63661 141.33(A)。dbm(c) I =丄JI sin(rot)d(rot)=彳i -0.4775Idc 兀 H mm3c3” 2 f 1(I si

4、n rot)2 d(rot) = m (1-cos 2rot)d(rot) = I m 230.63421m额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im =晟MW ；平均值为：I = 0.4775I 118.21(A)。dcm(d) I =丄Jdd 23I sin(rot)d(rot) = m3I4q 0.23871mdJ (1-cos 2rot )d (rot)23芒(3+于)0.4485Im额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则I =2xl57 = 314(A)；额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则I = 旦 q 350.06(A

5、);m 0.4485平均值为： I =0.2387I q83.56(A) 。ddm1 免1冗e) I = J 41 d (t) =I = 0.125Ide 2冗 0 m2冗 4 mmI 2d(rot) a 0.35361mm额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则I = 157 a 444.00(A);m 0.3536de平均值为： I = 0.125I = 55.5(A) 。m1(丑1兀(f) I = J 41 d(rot) =I = 0.25Idf 冗 0 mfI 2d(rot) = 0.5Imm额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则：Im = = 3

6、14(小平均值为：4 = 78.5( A)df4、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而GTO却可以？答：GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，由PNP和NPN构成两个晶体管V、V分别具1 1 2 1 2 2 1 2有共基极电流增益a和a ,由普通晶闸管得分析可得，a +a =1是器件临界导通1 2 1 2的条件a +a 1两个晶体管饱和导通；a +a 1.15，而GTO则为a +a心1.05,1 2 1 2 1 2饱和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。C GTO在设计时，a较大，晶体管V2控制灵敏，而a很小，这样晶体管V1的集电 21极电流不大，易于从门极将电流抽出，从而使GTO关

7、断。5、GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同?答：二者都是电流型驱动型器件，其开通和关断都要求有相应的触发脉冲，要求其触 发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。gtr要求在导通期间一直提供门极触发电流信 号，而GTO当器件导通后可以去掉门极触发电流信号；GTO的电流增益（尤其是关断电 流增益很小）小于GTR,无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度，其 对触发电流信号（尤其是关断门极负脉冲电流信号）的要求比GTR高。6、试比较GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异和各自的优缺点。答：见下表器件优点缺点GTR耐压高，电流大，开关特性 好，通流能

8、力强，饱和压降低开关速度低，电流驱动型需要驱动功 率大，驱动电路复杂，存在2次击穿问 题GTO电压、电流容量很大，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，驱动功率很 大，驱动电路复杂，开关频率低MOSFET开关速度快，开关损耗小，工 作频率高，门极输入阻抗高， 热稳定性好，需要的驱动功率 小，驱动电路简单，没有2次 击穿问题电流容量小，耐压低，通态损耗较 大，一般适合于咼频小功率场合IGBT开关速度咼，开关损耗小，通 态压降低，电压、电流容量较 高。门极输入阻抗高，驱动功 率小，驱动电路简单开关速度不及电力MOSFET，电压

9、、电 流容量不及GTO。习题二1、单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0100V连续可调，输出电 压平均值为30 V时，负载电流平均值达到20A。系统采用220V的交流电压通过降压变 压器供电，且晶闸管的最小控制角a =30。，（设降压变压器为理想变压器）。试 min求：（1）变压器二次侧电流有效值I ;2（2）考虑安全裕量，选择晶闸管电压、电流定额；（3）作出a=60。时，u、i和变压器二次侧i的波形。d d 2解：由题意可知负载电阻R = Ud = 30 = 1.5欧，I 20d单相全控整流的直流输出电压为U二单 （1+ cos a）d兀直流输出电压最大平均值为100V，且此时

10、的最小控制角为a =30，带入上式min可求得U _1052 2 xl.866119(V)1)=A (云2血)2伽=53 +沁2 R 冗aRR 冗2冗a =30时，minc = 79332max 1兀 .兀兀 一 sin6 +3 = 78.18(A)冗2冗2）晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为VT78.1855.28(A)U =2U = 168.29(V)VT2考虑3倍余量，选器件耐压为168X3=500V；额定电流为（55.28/1.57）X3=100Au dr.T/I/ w t r 0X*XuX kZ人 7/ rh*L八t03）2、试作出图2-7 （第44页）所示的单相桥式半控整流电路

11、带大电感负载，在a=30。 时的u、i、i、i的波形。并计算此时输出电压和电流的平均值。d d VT1 VD4解：f)badcLId:1一i输出电压和电流的平均值分别为：U = 0.9U 1 + cs = 0.84Ud 2 2 2=0.9U 1 + cosa=0.843、单相桥式全控整流电路，U=100V，负载中R=2 , L值极大，反电动势E=60V,2当a=30。时，试求：(1) 作出u、i和i的波形；d d 2(2) 求整流输出电压平均值U、电流I,以及变压器二次侧电流有效值I。d d 2解：整流输出电压平均值U、电流I,以及变压器二次侧电流有效值I分别为:d d 2U = 0.9U c

12、os a = 0.9 xlQQ x77.94(V )U E 77.94 60d8.97(A)I = 8.97(A)id0i2+4、某一大电感负载采用单相半控桥式整流接有续流二极管的电路，负载电阻R=4Q, 电源电压U/220V, a = n/3，求：(1) 输出直流平均电压和输出直流平均电流；(2) 流过晶闸管(整流二极管)的电流有效值；(3) 流过续流二极管的电流有效值。解： (1)电路波形图见第2题1 半 cos aU = 0.9U = 0.9 X 220X 0.75 = 148.5(V)d 2 2148.5=37.125( A)2)I 37.125VT21.43(A)3)21.43(A)

13、5、三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同 一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？试作出共阳极接法的三相半波可控 的整流电路在a=30。时的u、i、u的波形。d VT1 VT1解：a、b两相的自然换相点不是同一点，它们在相位上差多少180度，见下图。共阴极三相半波id共阳极换相点a2 aVT idud共阳极三相半波共阳极接法的三相半波可控的整流电路在a=30。时的u、i、u的波形如下图d VT1 VT1uubaca6、三相半波可控整流电路带大电感性负载，a = n/3, R=2Q, U =220V,试计算负载2电流I，并按裕量系数2确定晶闸管的额定电流和电压。d解： U = 1.17U cos a = 1.17 x 220 x 0.5 = 128.7(V)d2128.7=64.35( A)RVT0.5771d 37.13(A)按裕量系数2确定晶闸管的电流定额为：备x2 - 4730 - 50(A)；电压定额为：冒6U2x 2 1077 1200(V)7、三相桥式全控整流电路，U=100V,带阻感性负载，R=5 , L值极大，当a =260，试求：