电力电子作业答案内容.doc

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>03. 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，I 2，I 3解:a) Id1= Im271.0)(2Im)(sinI214 tI1= I46.3I)(i(I4wtdb) Id2= I5.0)12(I)(sinIm14 tI2= Im6741.43Im)(i(I42 wtdc) Id3= 20I41)(I1tI3= Im2)(I20td5. 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a) Im1 A, Id1 0.2717Im1 89.48A35.29476.0Ib) Im2 Id2 ,01AA56.12Im543.0c) Im3=2I=314 Id3= 786. 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 和 ，由普通晶阐管的分析可得， 是器件临界导12 12通 的条件。 两个等效晶体管过饱和而导通； 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 较大,这样晶体管 V2 控制灵敏,易于 GTO 关断;22)GTO 导通时 的更接近于 l,普通晶闸管 ,而 GTO 则为15.12，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05.12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. 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 时和 时的06负载电流 Id,并画出 Ud 与 Id 波形。解: 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0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: tUdtiLsin2考虑到初始条件：当 时 id=0 可解方程：0t）（ tcos1I20 )(dtLU1Id）（)(5.AUd 与 Id 的波形如下图：当 a= 时,在 U2 的正半周期 期间, 晶闸管导通使电惑 L 储能,电感 L 储藏606018的能量在 U2 负半周期 期间释放,因此在 U2 的一个周期中 期间，以183 603下微分方程成立： tUdtiLsin2考虑到初始条件：当 时 id=0 可解方程得：60tid= )cos21tdtU（其平均值为Id= 35 22 )5.1L)(cos1(1 AtL（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 值极大 当 = 时,30要求:作出 Ud、Id、和 I2 的波形;求整流输出平均电压 Ud、电流 Id,变压器二次电流有效值 I2;考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。解:Ud、Id、和 I2 的波形;如下图 :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×cos 77.97（V）30IdUd/R=77.97/2=38.99(A)I2=Id=38.99(A)晶闸管承受的最大反向电压为:U2=100 =141.4(V) -2考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为:UN=(23)×141.4=283424(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/ =27.57(A) 2晶闸管的额定电流为:IN=(1.52)×27.57/1.57=2635(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 时,要求:045作出 Ud、Id 和 I2 的波形 ;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;考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。解:Ud、Id 和 I2 的波形如下图: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×cos =77.97(V)30Id=(Ud 一 E)/R=(77.97 一 60)/2=9(A)I2=Id=9(A)晶闸管承受的最大反向电压为:U2=100 =141.4(V)流过每个晶闸管的电流的有效值为:IVT=Id/ =6.36(A)2故晶闸管的额定电压为:UN=(23)×141.4=283424(V)晶闸管的额定电流为:IN=(1.52)×6.36/1.57=68(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,U 2=100V 电阻电感负载, R=20,L 值很大,当 = 时求流过器件电流的有效值,并作出 Ud、Id、I VT,ID 的60波形。解: Ud、Id、I VT,ID 的波形如下图:负载电压的平均值为:Ud= )(59.672)3cos(19.0)(sin213 VUtdU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= 19.49(A)d31流过二极管 VD3、VD4 的电流有效值为:IVD= =27.56(A)d323.ll.三相半波可控整流电路,U 2=100V,带电阻电感负载,R=5 ,L 值极大,当 时,要求:60画出 Ud, Id 和 IVT1 的波形 ;计算 Ud、I d、I dT 和 IVT解: Ud, Id 和 IVT1 的波形如下图:U d、I d、I dT 和 IVT 分别如下Ud=1.17U2cos =1.17×100×cos =58.5(V)60Id Ud/R=58.5/5=11.7(A)IdvT=Id/3=11.7/3=3.9(A)IVT=Id/ =6.755(A)33.13.三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 = 时,要60求:画出 Ud, Id 和 IVT1 的波形计算 Ud、Id、IdT 和 IVT解:Ud, Id 和 IVT1 的波形如下:Ud、Id、IdT 和 IVT 分别如下Ud=2.34U2cos =2.34×100×cos =117(V)60Id=Ud/R=117/5=23.4(A)IDVT =Id/3=23.4/3=7.8(A)IVT=Id/ =23.4/ =13.51(A)3