电力电子技术习题解答doc

电力电子技术习题解答最终修改日期：2019-12-21第1页共26页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（UAK0），并在门极施加触发电流（UGK0）。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IA没有达到晶闸管的擎住电流（IL）就去掉了触发脉冲，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Im，试计算各波形的电流平均值、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Id各为多少？0ti20ti20t2i0t2i0ti2/34/37/3/49/40ti2/49/45/4(a)(c)(e)(f)(d)(b)/37/3图1-32习题3附图解：（a）011sin()()20.318322mdammmIIItdtII220011(sin)()(1cos2)()2222mmamIIIItdttdt额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则2157314()mIA；平均值为：100mdaIIA。（b）012sin()()0.6366dbmmmIItdtII220011(sin)()(1cos2)()22mmbmIIIItdttdt额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则2157222()mIA；电力电子技术习题解答最终修改日期：2019-12-21第2页共26页平均值为：0.6366141.33()dbmIIA。（c）313sin()()0.47752dcmmmIItdtII22331113(sin)()(1cos2)()()0.6342238mcmmmIIItdttdtII额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则157247.56()0.6342mIA；平均值为：0.4775118.21()dcmIIA。（d）33113sin()()0.23872224mddmmmIIItdtII22331113(sin)()(1cos2)()()0.4485222238mdmmIIItdttdtI额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则157350.06()0.4485mIA；平均值为：0.238783.56()ddmIIA。（e）4011()0.125224demmmIIdtII2401()0.35362emmIIdtI额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则157444.00()0.3536mIA；平均值为：0.12555.5()demIIA。（f）4011()0.254dfmmmIIdtII2401()0.5fmmIIdtI额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则：157314()0.5mIA；平均值为：0.2531478.5()dfIA4、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P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益α1和α2，由普通晶闸管得分析可得，α1＋α2＝1是器件临界导通的条件。α1＋α21两个晶体管饱和导通；α1＋α21不能维持饱和导通而关断。GTO能关断，而普通晶闸管不能是因为GTO在结构和工艺上有以下几点不同：A多元集成结构使每个GTO元的阴极面积很小，门极和阴极的距离缩短，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。BGTO导通时α1＋α2更接近1，晶闸管α1＋α21.15，而GTO则为α1＋α2≈1.05，饱和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。CGTO在设计时，α2较大，晶体管V2控制灵敏，而α1很小，这样晶体管V1的集电极电流不大，易于从门极将电流抽出，从而使GTO关断。电力电子技术习题解答最终修改日期：2019-12-21第3页共26页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，一般适合于高频小功率场合IGBT开关速度高，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、电流容量不及GTO。电力电子技术习题解答最终修改日期：2019-12-21第4页共26页习题二1、单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0～100V连续可调，输出电压平均值为30V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αmin＝30°，（设降压变压器为理想变压器）。试求：（1）变压器二次侧电流有效值I2；（2）考虑安全裕量，选择晶闸管电压、电流定额；（3）作出α＝60°时，ud、id和变压器二次侧i2的波形。解：由题意可知负载电阻301.520ddURI欧，单相全控整流的直流输出电压为22(1cos)dUU直流输出电压最大平均值为100V，且此时的最小控制角为αmin＝30°，带入上式可求得2100119()21.866UV（1）22222sin1sin2sin2()79.3322UtUUIdtRRRαmin＝30°时，2maxsin6379.3378.18()2IA（2）晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为2max278.1855.28()222168.29()VTVTIIAUUV考虑3倍余量，选器件耐压为168×3＝500V；额定电流为(55.28/1.57)×3＝100A（3）ttt000i2udidΠ/3Π/32、试作出图2-7（第44页）所示的单相桥式半控整流电路带大电感负载，在α＝30°时的ud、id、iVT1、iVD4的波形。并计算此时输出电压和电流的平均值。解：电力电子技术习题解答最终修改日期：2019-12-21第5页共26页a)TabRL0b)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDu20udidId00000i2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDc)d)e)f)g)输出电压和电流的平均值分别为：d221cos0.90.842UUUd22d1cos0.90.842UUUIRRR3、单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，反电动势E＝60V，当α＝30°时，试求：（1）作出ud、id和i2的波形；（2）求整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及变压器二次侧电流有效值I2。解：整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及变压器二次侧电流有效值I2分别为：2230.9cos0.910077.94()277.94608.97()28.97()ddddUUVUEIARIIA电力电子技术习题解答最终修改日期：2019-12-21第6页共26页TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu20t0t0tudidi2tIdIdId00E4、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=4Ω，电源电压U2=220V，α=π/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21cos0.90.92200.75148.5()2148.537.125()4dddUUVUIAR（2）23137.125()21.43()233dVTdIIIdtA（3）2301()21.43()3dDdIIIdtA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α＝30°时的ud、iVT1、uVT1的波形。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。电力电子技术习题解答最终修改日期：2019-12-21第7页共26页abcTRLu2udidVT1VT2VT3udiauaubuc0tabcTRLu2udidVT1VT2VT3共阳极换相点共阴极换相点共阴极三相半波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α＝30°时的ud、iVT1、uVT1的波形如下图udiVT1iduca0t00tt0tuVT1ubauaubucuaubuc3006、三相半波可控整流电路带大电感性负载，α＝π/3，R=2Ω，U2=220V，试计算负载电流Id，并按裕量系数2确定晶闸管的额定电流和电压。解：21.17cos1.172200.5128.7()dUUV128.764.35()2ddUIAR22301()0.57737.13()23dVTddIIIdtIA按裕量系数2确定晶闸管的电流定额为：247.3050()1.57VTIA；电压定额为：26210771200()UV电力电子技术习题解答最终修改日期：2019-12-21第8页共26页7、三相桥式全控整流电路，U2＝100V，带阻感性负载，R＝5Ω，L值极大，当α＝60°，试求：（1）作出ud、id和iVT1的波形；（2）计算整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及流过晶闸管电流的平均值IdVT和有效值IVT；（3）求电源侧的功率因数；（4）估算晶闸管的电压、电流定额。解：（1）u2tttt0=p/3uduabuacubcubaucaucbuabuac000idiVT1uaubucucb（2）22.34cos2.341000.5117()dUUV11723.4()5ddUIAR7.8()3ddVTIIA13.51()3dVTIIA（3）由功率因数的定义知：11cos0.955cos0.955*0.5