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《电力电子技术》第五版机械工业出版社课后习题答案课后习题答案课后习题答案课后习题答案第二章电力电子器件1.1.1.1.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：uuuuAKAKAKAK0000且uuuuGKGKGKGK0000。2.2.2.2.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。3.3.3.3.图1-431-431-431-43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IIIImmmm，试计算各波形的电流平均值IIIId1d1d1d1、IIIId2d2d2d2、IIIId3d3d3d3与电流有效值IIII1111、IIII2222、IIII3333。002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图1-431-431-431-43晶闸管导电波形解：a)a)a)a)IIIId1d1d1d1====π21∫ππωω4)(sinttdIm====π2mI((((122+))))≈0.27170.27170.27170.2717IIIImmmmIIII1111====∫ππωωπ42)()sin(21tdtIm====2mIπ2143+≈0.47670.47670.47670.4767IIIImmmmb)b)b)b)IIIId2d2d2d2====π1∫ππωω4)(sinttdIm====πmI((((122+))))≈0.54340.54340.54340.5434IIIImmmm2IIII2222====∫ππωωπ42)()sin(1tdtIm====22mIπ2143+≈0.67410.67410.67410.6741IIIIc)c)c)c)IIIId3d3d3d3====π21∫20)(πωtdIm====41IIIImmmmIIII3333====∫202)(21πωπtdIm====21IIIImmmm4.4.4.4.上题中如果不考虑安全裕量,,,,问100A100A100A100A的晶闸管能送出的平均电流IIIId1d1d1d1、IIIId2d2d2d2、IIIId3d3d3d3各为多少？这时，相应的电流最大值IIIIm1m1m1m1、IIIIm2m2m2m2、IIIIm3m3m3m3各为多少????解：额定电流IIIIT(AV)T(AV)T(AV)T(AV)=100A=100A=100A=100A的晶闸管，允许的电流有效值IIII=157A=157A=157A=157A，由上题计算结果知a)a)a)a)IIIIm1m1m1m1≈4767.0I≈329.35329.35329.35329.35，IIIId1d1d1d1≈0.27170.27170.27170.2717IIIIm1m1m1m1≈89.4889.4889.4889.48b)b)b)b)IIIIm2m2m2m2≈6741.0I≈232.90,232.90,232.90,232.90,IIIId2d2d2d2≈0.54340.54340.54340.5434IIIIm2m2m2m2≈126.56126.56126.56126.56c)c)c)c)IIIIm3m3m3m3=2=2=2=2IIII====314,314,314,314,IIIId3d3d3d3====41IIIIm3m3m3m3=78.5=78.5=78.5=78.55.5.5.5.GTOGTOGTOGTO和普通晶闸管同为PNPNPNPNPNPNPNPN结构，为什么GTOGTOGTOGTO能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTOGTOGTOGTO和普通晶闸管同为PNPNPNPNPNPNPNPN结构，由PPPP1111NNNN1111PPPP2222和NNNN1111PPPP2222NNNN2222构成两个晶体管VVVV1111、VVVV2222,,,,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α++++2α=1=1=1=1是器件临界导通的条件。1α++++2α＞1111，两个等效晶体管过饱和而导通；1α++++2α＜1111，不能维持饱和导通而关断。GTOGTOGTOGTO之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTOGTOGTOGTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：1)1)1)1)GTOGTOGTOGTO在设计时2α较大，这样晶体管VVVV2222控制灵敏，易于GTOGTOGTOGTO关断；2)2)2)2)GTOGTOGTOGTO导通时的1α++++2α更接近于1111，普通晶闸管1α++++2α≥1.151.151.151.15，而GTOGTOGTOGTO则为1α++++2α≈1.051.051.051.05，GTOGTOGTOGTO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)3)3)3)多元集成结构使每个GTOGTOGTOGTO元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得PPPP2222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。6.6.6.6.如何防止电力MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET因静电感应应起的损坏？答：电力MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET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±20202020的击穿电压，所以为防止MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET因静电感应而引起的损坏，应注意以下几点：3①一般在不用时将其三个电极短接；②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；③电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高④漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。7.7.7.7.IGBTIGBTIGBTIGBT、GTRGTRGTRGTR、GTOGTOGTOGTO和电力MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET的驱动电路各有什么特点？答：IGBTIGBTIGBTIGBT驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，IGBTIGBTIGBTIGBT是电压驱动型器件，IGBTIGBTIGBTIGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。GTRGTRGTRGTR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。GTOGTOGTOGTO驱动电路的特点是：GTOGTOGTOGTO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MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET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。8.8.8.8.全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RCDRCDRCDRCD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，dddduuuu/d/d/d/dtttt或过电流和ddddiiii/d/d/d/dtttt，减小器件的开关损耗。RCDRCDRCDRCD缓冲电路中，各元件的作用是：开通时，CCCCssss经RRRRssss放电，RRRRssss起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经VDVDVDVDssss从CCCCssss分流，使dddduuuu/d/d/d/dtttt减小，抑制过电压。9.9.9.9.试说明IGBTIGBTIGBTIGBT、GTRGTRGTRGTR、GTOGTOGTOGTO和电力MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET各自的优缺点。解：对IGBTIGBTIGBTIGBT、GTRGTRGTRGTR、GTOGTOGTOGTO和电力MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET的优缺点的比较如下表：器件优点缺点IGBTIGBTIGBTIGBT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,MOSFET,MOSFET,MOSFET,电压，电流容量不及GTOGTOGTOGTOGTRGTRGTRGTR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4GTOGTOGTOGTO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MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET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10k10k10k10kWWWW的电力电子装置5第3章整流电路1.1.1.1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，LLLL＝20mH20mH20mH20mH，UUUU2222＝100V100V100V100V，求当α＝0000°°°°和60606060°°°°时的负载电流IIIIdddd，并画出uuuudddd与iiiidddd波形。解：α＝0000°°°°时，在电源电压uuuu2222的正半周期晶闸管导通时，负载电感LLLL储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压uuuu2222的负半周期，负载电感LLLL释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压uuuu2222的一个周期里，以下方程均成立：tUtiLωsin2dd2d=考虑到初始条件：当ωωωωtttt＝0000时iiiidddd＝0000可解方程得：)cos1(22dtLUiωω−=∫−=πωωωπ202d)(d)cos1(221ttLUI====LUω22=22.51(A)=22.51(A)=22.51(A)=22.51(A)uuuudddd与iiiidddd的波形如下图：0π2πωtu20π2πωt0π2πωtud0π2πωtid当α＝60606060°时，在uuuu2222正半周期60606060°°°°~180~180~180~180°°°°期间晶闸管导通使电感LLLL储能，电感LLLL储藏的能量在uuuu2222负半周期180180180180°°°°~300~300~300~300°°°°期间释放，因此在uuuu2222一个周期中60606060°°°°~300~300~300~300°°°°期间以下微分方程成立：tUtiLωsin2dd2d=考虑初始条件：当ωωωωtttt＝60606060°°°°时iiiidddd＝0000可解方程得：6)cos21(22dtLUiωω−=其平均值为)(d)cos21(2213532dttLUIωωωπππ−=∫====LUω222=11.25(A)=11.25(A)=11.25(A)=11.25(A)此时uuuudddd与iiiidddd的波形如下图：ωtudid++ωtωtu20α++2222．图2-92-92-92-9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：①晶闸管承受的最大反向电压为222222U；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。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