电力电子技术习题解答

《电力电子技术》习题及解答1晶闸管的导通条件是什么?导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压UA决定。2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流IA减小，IA下降到维持电流IH以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压UA决定。3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流IH会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1)Ig=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1)阳极电压上升率du/dt过高；(3)结温过高。15请简述晶闸管的关断时间定义。答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。即grrrqttt。6试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。7型号为KP100-3，维持电流IH=4mA的晶闸管，使用在图题1.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答：（a）因为HAImAKVI250100，所以不合理。(b)因为AVIA2010200,KP100的电流额定值为100Ａ，裕量达５倍，太大了。（c）因为AVIA1501150，大于额定值，所以不合理。8图题1.9中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试计算各图的电流平均值．电流有效值和波形系数。解：图(a)：IT(AV)=210)(sinttdIm=mIIT=02)()sin(21tdtIm=2mI2Kf=)(AVTTII=1.57图题1．9图(b)：IT(AV)=10)(sinttdIm=2ImIT=02)()sin(1tdtIm=2mIKf=)(AVTTII=1.11图(c)：IT(AV)=13)(sinttdIm=23ImIT=32)()sin(1tdtIm=ImmI63.08331Kf=)(AVTTII=1.26图(d)：IT(AV)=213)(sinttdIm=43Im3IT=32)()sin(21tdtIm=ImmI52.06361Kf=)(AVTTII=1.78图(e)：IT(AV)=2140)(tdIm=8mIIT=402)(21tdIm=22mIKf=)(AVTTII=2.83图(f)：IT(AV)=2120)(tdIm=4mIIT=202)(21tdIm=2mIKf=)(AVTTII=29上题中，如不考虑安全裕量，问额定电流100A的晶闸管允许流过的平均电流分别是多少?解：(a)图波形系数为1.57，则有：1.57)(AVTI=1.57100A,IT(AV)=100A(b)图波形系数为1.11，则有：1.11)(AVTI=1.57100A,IT(AV)=141.4A(c)图波形系数为1.26，则有：1.26)(AVTI=1.57100A,IT(AV)=124.6A(d)图波形系数为1.78，则有：1.78)(AVTI=1.57100A,IT(AV)=88.2A(e)图波形系数为2.83，则有：2.83)(AVTI=1.57100A,IT(AV)=55.5A4(f)图波形系数为2，则有：2)(AVTI=1.57100A,IT(AV)=78.5A10某晶闸管型号规格为KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?解：KP代表普通型晶闸管，200代表其晶闸管的额定电流为200A，8代表晶闸管的正反向峰值电压为800V，D代表通态平均压降为VUVT7.06.0。11如图题1.12所示，试画出负载Rd上的电压波形(不考虑管子的导通压降)。图题1.12解：其波形如下图所示：12单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题1.14所示，交流电源电压有效值为220V。(1)考虑安全余量，应如何选取晶闸管的额定电压？(2)若当电流的波形系数为Kf=2.22时，通过晶闸管的有效电流为100A，考5虑晶闸管的安全余量，应如何选择晶闸管的额定电流？解：（1）考虑安全余量,取实际工作电压的2倍UT=22022622V,取600V（2）因为Kf=2.22,取两倍的裕量，则：2IT(AV)A10022.2得：IT(AV)=111(A)取100A。图题1.1413什么叫GTR的一次击穿?什么叫GTR的二次击穿?答：处于工作状态的GTR，当其集电极反偏电压UCE渐增大电压定额BUCEO时，集电极电流IC急剧增大（雪崩击穿），但此时集电极的电压基本保持不变，这叫一次击穿。发生一次击穿时，如果继续增大UCE，又不限制IC，IC上升到临界值时，UCE突然下降，而IC继续增大（负载效应），这个现象称为二次击穿。14怎样确定GTR的安全工作区SOA?答：安全工作区是指在输出特性曲线图上GTR能够安全运行的电流、电压的极限范围。按基极偏量分类可分为：正偏安全工作区FBSOA和反偏安全工作区RBSOA。正偏工作区又叫开通工作区，它是基极正向偏量条件下由GTR的最大允许集电极功耗PCM以及二次击穿功率PSB，ICM，BUCEO四条限制线所围成的区域。反偏安全工作区又称为GTR的关断安全工作区，它表示在反向偏置状态下GTR关断过程中电压UCE，6电流IC限制界线所围成的区域。15GTR对基极驱动电路的要求是什么？答：要求如下：（1）提供合适的正反向基流以保证GTR可靠导通与关断，（2）实现主电路与控制电路隔离，（3）自动保护功能，以便在故障发生时快速自动切除驱动信号避免损坏GTR。（4）电路尽可能简单，工作稳定可靠，抗干扰能力强。16在大功率GTR组成的开关电路中为什么要加缓冲电路?答：缓冲电路可以使GTR在开通中的集电极电流缓升，关断中的集电极电压缓升，避免了GTR同时承受高电压、大电流。另一方面，缓冲电路也可以使GTR的集电极电压变化率dtdu和集电极电流变化率dtdi得到有效值抑制，减小开关损耗和防止高压击穿和硅片局部过热熔通而损坏GTR。17与GTR相比功率MOS管有何优缺点?答：GTR是电流型器件，功率MOS是电压型器件，与GTR相比，功率MOS管的工作速度快，开关频率高，驱动功率小且驱动电路简单，无二次击穿问题，安全工作区宽，并且输入阻抗可达几十兆欧。但功率MOS的缺点有：电流容量低，承受反向电压小。18试简述功率场效应管在应用中的注意事项。答：（1）过电流保护，（2）过电压保护，（3）过热保护，（4）防静电。19与GTR、VDMOS相比，IGBT管有何特点?答：IGBT的开关速度快，其开关时间是同容量GTR的1/10，IGBT电流容量大，是同容量MOS的10倍；与VDMOS、GTR相比，IGBT的耐压可以做得很高，最大允许电压UCEM可达4500V，IGBT的最高允许结温TJM为150℃，而且IGBT的通态压降在室温和最高结温之间变化很小，具有良好的温度特性；通态压降是同一耐压规格7VDMOS的1/10，输入阻抗与MOS同。20在SCR、GTR、IGBT、GTO、MOSFET、IGCT及MCT器件中，哪些器件可以承受反向电压？哪些可以用作静态交流开关？答：SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT都可承受反向电压。SCR可以用作静态开关。21试说明有关功率MOSFET驱动电路的特点。答：功率MOSFET驱动电路的特点是：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。22什么是整流？它与逆变有何区别？答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变，它是对应于整流的逆向过程。23单相半波可控整流电路中，如果：(1)晶闸管门极不加触发脉冲；(2)晶闸管内部短路；(3)晶闸管内部断开；试分析上述三种情况负载两端电压ud和晶闸管两端电压uT的波形。答：（1）负载两端电压为0，晶闸管上电压波形与U2相同；（2）负载两端电压为U2，晶闸管上的电压为0；（3）负载两端电压为0，晶闸管上的电压为U2。824某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些?答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。由于具有电感，当其电流增大时，在电感上会产生感应电动势，抑制电流增加。电阻性负载时整流输出电流的峰值大些，在流过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额定电流大一些的管子。25某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。解：设α=0，T2被烧坏，如下图：926相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的Ud与Id的乘积是否等于负载有功功率，为什么?带大电感负载时，负载电阻Rd上的Ud与Id的乘积是否等于负载有功功率，为什么?答：相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的平均功率dddIUP不等于负载有功功率UIP。因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流Ud与Id外还有谐波分量,,21UU和,,21II，负载上有功功率为22212PPPPddddIUP。相控整流电路带大电感负载时，虽然Ud存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻Rd上的Ud与Id的乘积等于负载有功功率。27某电阻性负载，Rd=50Ω,要求Ud在0~600V可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算：(1)晶闸管额定电压、电流值；(2)连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6A／mm2)；(3)负载电阻上消耗的最大功率。解：（1）单相半波0时,VUUd133345.060045.02,ARUIddd1250600晶闸管的最大电流有效值AIIdT8.1857.1晶闸管额定电流为IT(AV)57.1TI12(A)晶闸管承受最大电压为22UURM=1885V取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V和30A。10所选导线截面积为213.368.18mmJIS负载电阻上最大功率kWRIPTR7.172（2）单相全控桥0时,VUUd6679.06009.02,ARUIddd1250600负载电流有效值AIId3.1311.1(Kf=1.11)晶闸管的额定电流为IT(AV)57.1TI6(A)IT=2I晶闸管承受最大电压为22UURM=1885V取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V和20A。所选导线截面积为222.263.13mmJIS负载电阻上最大功率kWRIPR9.8228整流变压器二次侧中间抽头的双半波相控整流电路如图题2.8所示。(1)说明整流变压器有无直流磁化问题?(2)分别画出电阻性负载和大电感负载在α=60°时的输出电压Ud、电流id的波形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知U2=220V，分别计算其输出直流电压值Ud。（3）画出电阻性负载α=60°时晶闸管两端的电压uT波形，说明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少?11图题2.8解：（1）因为在一个周期内变压器磁通增量为零，所以没有直流磁化。（2）其波形如下图所示，与单相全控桥式整流电路相同。电阻性负载：VUUd5.1482)60cos1(2209.02cos19.002感性负载：VUUd99cos9.02(3)其波形如下图所示，晶闸管承受的最