电力电子作业答案

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第二章习题答案

2. 使晶闸管导通的条件是什么？

答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或者UAK >0且UGK>0

3. 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。

4. 图2-27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

解Id1=214Imsin(t)

:a)

Im2(1)0.2717Im22

I1=

1Im312(Imsint)d(wt)0.4767Im24242

b) Id2=

1Im2Imsintd(wt)(1)0.5434Im422

I2=

12Im312(Imsint)d(wt)0.6741Im4242121Imd(t)Im024 c) Id3= I3=

1221Imd(t)Im0225. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐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IT(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) Im10.4767329.35A, Id10.2717Im189.48A

b) Im2Id20.5434Im2126.56A

c) Im3=2I=314

Im378.5 Id3=146. GTO和普通晶闸管同为PNPN结构,为什么

I232.90A,0.6741

GTO能够自关断,而普通晶闸管不能?

答:GTO和普通晶阐管同为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1和2，由普通晶阐管的分析可得，121是器件临界导通 的条件。12＞112＜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：

l)GTO在设计时2较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断;

2)GTO导通时12的更接近于l,普通晶闸管121.5,而GTO则为12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。

11. 试列举你所知道的电力电子器件，并从不同角度对这些电力电子器件进行分类，目前常用的

全控型电力电子器件有哪些？

答: 电力二极管及其派生器件；晶闸管及其派生器件；GTO/GTR/电力MOSFET/IGBT等 ①. 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：

不可控器件：电力二极管及其派生器件 半控型器件：晶闸管及其派生器件

全控型器件：GTO/GTR/电力MOSFET/IGBT等

②按照驱动电路信号的性质，分为两类： 电流驱动型: 晶闸管及其派生器件/GTO/GTR等

电压驱动型：电力MOSFET/IGBT等 ③按照驱动信号的波形（电力二极管除外） 脉冲触发型：晶闸管及其派生器件

电平控制型：GTO/GTR/电力MOSFET/IGBT等

④按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：

单极型器件：电力MOSFET、肖特基势垒二极管等

双极型器件：电力二极管/GTO/GTR/等

复合型器件：电力MOSFET/IGBT等 目前小功率场合使用电力MOSFET，中等功率使用IGBT，大功率场合使用晶闸管或GTO

第三章习题答案

3.1 .单相半波可控整流电路对电感负载供电,Z =20mH,U2=100V,求当0时和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:

diL2Usint dtd2考虑到初始条件：当t0时id=0可解方程：

Id＝2U2（1－cost）L

Id122U2（1－cost）d(t)02L2U222.51(A)LUd与Id的波形如下图：

当a=60时,在U2的正半周期60~180期间, 晶闸管导通使电惑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的一个周期中60~300期间，以下微分方程成立：

diL2Usint dtd2考虑到初始条件：当t60时id=0可解方程得：

id=

其平均值为

Id=

132U212U2(cost)d(t)＝11.25（A)23L22L52U21（－cost)dt2

此时Ud与id的波形如下图：

3.3 单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2,L

=30时,

要求:①作出Ud、Id、和I2的波形; ②求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2;

③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解:①Ud、Id、和I2的波形;如下图:

②输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2分别为

Ud=0.9U2cos=0.9×100×cos30＝77.97（V）

Id＝Ud/R=77.97/2=38.99(A) I2=Id=38.99(A) ③晶闸管承受的最大反向电压为:

2U2=100

2=141.4(V)

-

考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为: UN=(2~3)141.4=283~424(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:

IVT=Id/2=27.57(A) 晶闸管的额定电流为:

IN=(1.5~2)27.57/1.57=26~35(A)‘

具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 3.5. 单相桥式全控整流电路,U2 =100V（200）负载R=2,L值极大,反电势E=60V（100）当45时,要求:

①作出Ud、Id和I2的波形;

②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;

③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解:①Ud、Id和I2的波形如下图:

0×

×

②整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次测电流有效值I分别为:

Ud=0.9U2cos=O.9×100×cos30=77.97(V)

Id=(Ud一E)/R=(77.97一60)/2=9(A)

I2=Id=9(A) ③晶闸管承受的最大反向电压为:

2U2=1002=141.4(V)

流过每个晶闸管的电流的有效值为: IVT=Id/2=6.36(A) 故晶闸管的额定电压为: UN=(2~3)141.4=283~424(V)

晶闸管的额定电流为:

×

IN=(1.5~2)6.36/1.57=6~8(A)

×

晶闸管额定电压和电流的具体敢值可按

晶闸管产品系列参数选取。

3.6.晶闸管串联的单相半控桥(桥中VT1、VT2为晶闸管),电路如图3-12所示,U2=100V电阻电感负载, R=20,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的波形如下图:

负载电压的平均值为: Ud=

131cos()367.59(V)2U2sintd(t)0.9U22

负载电流的平均值为: Id=Ud/R=67.52/2=33.75(A)

流过晶闸管VTl、VT2的电流有效值为: IVT=为:

IVD=

3.ll.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: ①画出Ud, Id和IVT1的波形; ②计算Ud、Id、IdT和IVT 解: ①Ud, Id和IVT1的波形如下图:

2Id31Id319.49(A)

流过二极管VD3、VD4的电流有效值

=27.56(A)

②Ud、Id、IdT和IVT分别如下

Ud=1.17U2cos=1.17×100×cos60=58.5(V)

IdUd/R=58.5/5=11.7(A) IdvT=Id/3=11.7/3=3.9(A)

IVT=Id/3=6.755(A) 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: ①画出Ud, Id和IVT1的波形 ②计算Ud、Id、IdT和IVT 解:①Ud, Id和IVT1的波形如下:

＝

②Ud、Id、IdT和IVT分别如下

Ud=2.34U2cos=2.34×100×cos60=117(V)

Id=Ud/R=117/5=23.4(A) IDVT =Id/3=23.4/3=7.8(A) IVT=Id/3=23.4/3=13.51(A)