电力电子技术课后答案

1电力电子课后答案第二章2.2使晶闸管导通的条件是什么？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：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UAK0且UGK0；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。2.3图2-1中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，各波形的电流最大值均为mI，试计算各波形的电流平均值1dI、2dI、3dI与电流有效值1I、2I、3I，和它们的波形系数1fK，2fK，3fK。题图2.1晶闸管导电波形解：a)1dI=412sin()(1)0.27222mmmIItI1I=24131(sin)()0.482242mmmIItdwtI111/0.48/0.271.78fdmmKIIIIb)2dI=412sin()(1)0.5422mmmIItdwtI2I=242131(sin)()0.67242mmmIItdwtI222/0.67/0.541.24fdmmKIIIIc)3dI=2011()24mmIdtI3I=22011()22mmIdtI333/0.5/0.252fdmmKIIII2.4.如果上题中晶闸管的通态平均电流为100A，考虑晶闸管的安全裕量为1.5，问其允许通2过的平均电流和应的电流最大值各为多少?解：由上题计算结果知：（额定电流IT(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有效值I=157A）a)()111.571.57*10058.8()1.51.5*1.78TAVdfIIAK11/58.8/0.27217.78()mdfIIKAb)()221.571.57*10084.4()1.51.5*1.24TAVdfIIAK222/84.4/0.54156.30()mdfIIKAc)()331.571.57*10052.3()1.51.5*2TAVdfIIAK323/52.3/0.25209.2()mdfIIKA2.5.GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么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，121是器件临界导通的条件。121＞两个等效晶体管过饱和而导通；121＜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21的更接近于l，普通晶闸管5.121，而GTO则为05.121，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。2.11使用PowerMOSFET应该注意什么问题？.如何防止其因静电感应应起的损坏?答：电力MOSFET的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。MOSFET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±20的击穿电压所以为防止MOSFET因静电感应而引起的损坏，应注意以下几点：①一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。2.12试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。解：对ⅠGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的优缺点的比较如下表：器件优点缺点3IGBT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，电压，电流容量不及GTOGTR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GTO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MOSFET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10kW的电力电子装置第三章3.1具有续流二极管的单相半波相控整流电路，2220,7.5,UVRL值极大，当控制角为30和60时，要求：1)作出2,,dduii的波形；2)计算整流输出平均电压dU、输出电流dI、变压器二次测电流有效值2I；3)计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值；4)考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：30时：1)2,,dduii的波形如下页所示。2）整流输出平均电压dU2d22212sintdt(1cos)221cos1cos300.450.45*220*92.37()22UUUUV4输出电流dI：dd92.3712.32A7.5UIR＝（）变压器：2VTdd1/6dt12.32*7.95()2222I=IIIA3）晶闸管的电流平均值和有效值：dVTd/6*12.325.13()22IIAVTd()7.95()22I=IIA续流二极管的电流平均值和有效值：dVDRd/6*12.327.19()22IIA22VDRdd1/6d(t)12.32*9.41()222IIIA4）晶闸管承受的最大正反向峰值电压为：222*220311()TMUUV考虑2倍安全裕量，取晶闸管的额定电压为700V（电压低于100V时每100V为一个电压等级）。通过晶闸管的电流有效值为：VT7.95IA考虑1.5（～2）倍安全裕量，则：VTVT(AV)1.5(~2)*1.577.951.5(~2)*7.6(~10.1)()1.57IIA同理可得60时：2）整流输出平均电压d74.25()UV输出电流dI：d9.9AI（）变压器：VT5.72()2I=IA3）晶闸管的电流平均值和有效值：dVT3.3()IAVT5.72()2I=IA续流二极管的电流平均值和有效值：dVDR6.6()IAVDR8.08()IA4）晶闸管承受的最大正反向峰值电压为：222*220311()TMUUV考虑2倍安全裕量，故取晶闸管的额定电压为700Va)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdId?t1?t?t?t?t?t?tOOOOOO?-??+?b)iVDRiVDR5通过晶闸管的电流有效值为：VT5.72IA考虑1.5（～2）倍安全裕量，则：VT(AV)5.5~7.3()IA3.4.单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=20，L值极大，当=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、Id和变压器二次电流有效值I2分别为222212sincos0.9cos0.9*100*cos3077.94()dUUUtdtUV277.94(0.9.cos)38.97()2ddUUIARR238.97()dIIA③晶闸管承受的最大反向电压为：22141.4TMUUV考虑(2~3)倍安全裕量，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（可以取300V～500V）。流过晶闸管的电流有效值为：/227.55()VTdIIA晶闸管的额定电流为：()27.55(1.5~2)*(1.5~2)*(26.32~35.1)()1.571.57VTVTAVIIA具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。3.7.在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压Ud的波形。解：假设=0，当负载为电阻时，Ud的波形如下：u2TabRLu1u2i2VT1VT3VT2VT4udidOtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4a)6当负载为电感时，Ud的波形如下：3.10三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=50，L值极大，当＝60时，求：①画出,ddui和VT1i的波形；②计算dddVTUII、、和IVT解：①,ddui和VT1i的波形如下图所示：②dddVTUII、、和IVT分别为：263d22632sin()()1.17cos117*100*cos58.5()23UUwtdwtUV（）58.5/511.7()ddUIAR11*11.73.9()33dVTdIIA11*11.76.75()33VTdIIA73.11.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压Ud波形如何?如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响?答：假设VTl不能导通，整流电压波形如下：假设VT1被击穿而短路，则当晶闸管VT3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得VT3、VT5也可能分别被击穿。3.12三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载R=50，L值极大，当=60时，求：①画出,ddui和VT1i的波形②计算dddVTUII、、和IVT解：①,ddui和VT1i的波形如下：②dddVTUII、、和IVT分别为：23d22366sin()()2.34cos2.34*100*cos117()23UUwtdwtUV117/523.4()ddUIAR11*23.47.8()33dVTdIIA11*23.413.5()33VTdIIA3.13单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1，L=，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，当=60时，求ddUI、与的数值，并画出整流电压du的波形。8解：考虑LB时，有：2d22212sintdtcos0.9cosUUUU2d22212sintdt-cos-0.9cos-dddUUUUUUU…（1）dd2/BUXI＝…………………………………………（2）dd()/I=UER…………………………………………（3）3(2*50)*(0.5*10)0.157BBXwL………………（4）解（1）、（2）、（3）方程组得：2(0.9cos2)/(2)44.55()dBBURUXERXV0.455()dUV4.55()dIA由dB22coscos()IXU得：cos(60)0.4898(60)，则60.67600.67整流电压的波形图如下图所示：3.23什么是逆变失败?如何防止逆变失败?答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角等。