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电力电子技术.课后习题答案.南航.丁道宏

电力电子技术.课后习题答案.南航.丁道宏
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第一章

第1章 思考题与习题

1.1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U A 决定。 1.2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I A 减小,I A 下降到维持电流I H 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U A 决定。

1.3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I H 会减小,正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。

1.4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) I g =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。

1.5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gr rr q t t t +=。

1.6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。 1.7请简述光控晶闸管的有关特征。

答:光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管,在光的照射下,光电二极管电流增加,此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。

1.8型号为KP100-3,维持电流I H =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H A I mA K V

I <=Ω=

250100,所以不合理。

(b) 因为A V

I A 2010200=Ω

=, KP100的电流额定值为100A,裕量达5倍,太大

了。

(c )因为A V

I A 1501150=Ω

=

,大于额定值,所以不合理。 1.9 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I m ,试计算各图的电流平均值.电流有效值和波形系数。

解:图(a): I T(A V )=

π

21?

π

ωω0

)(sin t td I m =

π

m

I

I T =

?

π

ωωπ

2)()sin (21t d t I m =

2

m

I K f =

)

(AV T T I I =1.57

图题1.9

图(b): I T(A V )=

π

1

ωω0

)(sin t td I m =

π2I m I T =

?

π

ωωπ

2)()sin (1

t d t I m =

2

m I

K f =

)

(AV T T I I =1.11

图(c): I T(A V )=

π

1

?

ππ

ωω3

)(sin t td I m =

π

23I m I T =

?

ππ

ωωπ

3

2)()sin (1

t d t I m = I m

m I 63.08331≈+π

K f =

)

(AV T T I I =1.26

图(d): I T(A V )=

π

21?

ππ

ωω3

)(sin t td I m =

π

43I m I T =

?

ππ

ωωπ

3

2)()sin (21t d t I m = I m

m I 52.06361≈+π

K f =

)

(AV T T I I =1.78

图(e): I T(A V )=

π

21

?

40

)(π

ωt d I m =

8

m

I I T =

?

40

2

)(21π

ωπ

t d I m =

2

2m I

K f =

)

(AV T T I I =2.83

图(f): I T(A V )=

π

21

?

20

)(π

ωt d I m =

4m

I I T =

?

20

2

)(21π

ωπ

t d I m =

2

m

I K f =

)

(AV T T I I =2

1.10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)(AV T I ?=1.57?100A , I T(A V) = 100 A

(b)图波形系数为1.11,则有: 1.11)(AV T I ?=1.57?100A , I T(A V)=141.4A (c)图波形系数为1.26,则有: 1.26)(AV T I ?=1.57?100A , I T(A V)=124.6A (d)图波形系数为1.78,则有: 1.78)(AV T I ?=1.57?100A , I T(A V)=88.2A (e)图波形系数为2.83,则有: 2.83)(AV T I ?=1.57?100A, I T(A V)=55.5A (f)图波形系数为2,则有: 2)(AV T I ?=1.57?100A , I T(A V)=78.5A 1.11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V U V T 7.06.0<<。

1.12

1.12所示,试画出负载R d 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:

1.13在图题1.13中,若要使用单次脉冲触发晶闸管T 导通,门极触发信号(触发电压

为脉冲)的宽度最小应为多少微秒(设晶闸管的擎住电流I L =15mA )?

图题1.13

解:由题意可得晶闸管导通时的回路方程:E Ri dt

di L

A A

=+ 可解得 )1(τt

A e R E i --=, τ =R

L

=1

要维维持持晶闸管导通,)(t i A 必须在擎住电流I L 以上,即

31015)1(5

.050

--?≥-t e s t μ150101506=?≥-, 所以脉冲宽度必须大于150μs。

1.14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K f =2.22时,通过晶闸管的有效电流为100A ,考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

U T =220?2≈?2622V, 取600V (2)因为K f =2.22, 取两倍的裕量,则:

2I T(A V)A 10022.2?≥

得: I T(A V)=111(A) 取100A 。

图题1.14

1.15 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U CE 渐增大电压定额BU CEO 时,集电极电流I C 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U CE ,又不限制I C ,I C 上升到临界值时,U CE 突然下降,而I C 继续增大(负载效应),这个现象称为二次击穿。

1.16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P CM 以及二次击穿功率P SB ,I CM ,BU CEO 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U CE ,电流I C 限制界线所围成的区域。

1.17 GTR 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。 1.18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dt

du

和集电极电流变化率dt

di

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 。

1.19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。 1.20从结构上讲,功率MOS 管与VDMOS 管有何区别?

答:功率MOS 采用水平结构,器件的源极S ,栅极G 和漏极D 均被置于硅片的一侧,通态电阻大,性能差,硅片利用率低。VDMOS 采用二次扩散形式的P 形区的N +

型区在硅片表面的结深之差来形成极短的、可精确控制的沟道长度(1~3m )、制成垂直导电结构可以直接装漏极、电流容量大、集成度高。

1.21试说明VDMOS 的安全工作区。

答:VDMOS 的安全工作区分为:(1)正向偏置安全工作区,由漏电源通态电阻限制线,最大漏极电流限制线,最大功耗限制线,最大漏源电压限制线构成。(2)开关安全工作区:由最大峰值漏极电流I CM ,最大漏源击穿电压BU DS 最高结温I JM 所决定。(3)换向安全工作区:换向速度

dt

di

一定时,由漏极正向电压U DS 和二极管的正向电流的安全运行极限值I FM 决定。 1.22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。 1.23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U CEM 可达4500V ,IGBT 的最高允许结温T JM 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VDMOS 的1/10,输入阻抗与MOS 同。

1.24下表给出了1200V 和不同等级电流容量IGBT 管的栅极电阻推荐值。试说明为什么随着电流容量的增大,栅极电阻值相应减小?

答:对一定值的集电极电流,栅极电阻增大栅极电路的时间常数相应增大,关断时栅压下降到关断门限电压的时间变长,于是IGBT 的关断损耗增大。因此,随着电流容量的增大,为了减小关断损耗,栅极电阻值相应减小。应当注意的是,太小的栅极电阻会使关断过程电

压变化加剧,在损耗允许的情况下,栅极电阻不使用宜太小。

1.25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。

1.26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。

1.27试述静电感应晶体管SIT的结构特点。

答:SIT采用垂直导电结构,沟道短而宽,适合于高电压,大电流的场合,其漏极电流具有负温度系数,可避免因温度升高而引起的恶性循环漏极电流通路上不存在PN结,一般不会发生热不稳定性和二次击穿现象,其安全工作区范围较宽,关断它需加10V的负栅极偏压U GS ,使其导通,可以加5~6V的正栅偏压+U GS,以降低器件的通态压降。

1.28试述静电感应晶闸管SITH的结构特点。

答:其结构在SIT的结构上再增加一个P+层形成了无胞结构。SITH的电导调制作用使它比SIT的通态电阻小,通态压降低,通态电流大,但因器件内有大量的存储电荷,其关断时间比SIT要慢,工作频率低。

1.29试述MOS控制晶闸管MCT的特点和使用范围。

答:MCT具有高电压,大电流,高载流密度,低通态压的特点,其通态压降只有GTR的1/3左右,硅片的单位面积连续电流密度在各种器件中是最高的,另外,MCT可承受极高的di/dt和du/dt。使得其保护电路简化,MCT的开关速度超过GTR,且开关损耗也小。

1.30缓冲电路的作用是什么?关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别,各自的功能是什么?

答:缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压du/dt或者过电流di/dt,减少器件的开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路是对du/dt抑制的电路,用于抑制器件的关断过电压和换相过电压,抑制du/dt,减小关断损耗。开通缓冲电路是对di/dt抑制的电路,用于抑制器件开通时的电流过冲和di/dt,减小器件的开通损耗。

第二章

2-1题图2-1为带有续流二极管的单相半波可控整流电路,大电感负载保证电流连续。试证明输出整流电压平均值2

cos 122α

π+=U U d ,并画出控制角为α时的输出整流电压u d 、

晶闸管承受电压u T 的波形。

解:

当U 2>0,当U g =0时,T 不导通。U T =U 2,U d =0

当有U g ,T 被导通时,续流二极管承受正向压降导通U d =U 2,U T =0 由波形知,输出整流电压平均值为

T

L u 1 u 2

D

R

u u

[]2

cos 12cos 221d sin 2212

22απ

ωπ

ωωπ

π

απ

α

+?

=

-=

=

?U t U t t U U d

2-2上题中,U 2=220V ,R=10Ω,要求输出整流电压平均值0~30V 连续可调。试求控制角α,导通角θ的变化范围,选择晶闸管定额并计算变压器次级容量。

解:[]2

cos 12cos 221d sin 221

2

22απ

ωπ

ωωππ

απ

α

+?

=

-=

=?U t U t t U U d

max 20α对应时,U =

2

cos 122020max

απ+?=

1cos max -=α ?=180max α

min 230α对应时,V U =

2

cos 1220230min

απ+?=

39.0cos min -=α ?=2.113min α

?=?=-?=?

?0180180180~2.113min max θααθα,,取的变化范围

?

=?=8.662.113max min θα,取

R

U Id I U d T παππαπ2222

-=

-=晶闸管流过电流有效值最大值为晶闸管承受正反间电压

的情况只考虑min α

A 2923.11030

3602.113180=?

??-?=

)(31.2842923.122022VA I U S =?==电源容量

选择晶闸管时留出裕量

V

U A I V V U :U

A ,A :I

RRM Tav RRM

Tav

1000,21000),(4.933~3.6222)3~2(2)(65.1~23.157

.12923

.1)

2~5.1(2==∴====选晶闸管定额取整得电压取整得电流

2-3具有变压器中心抽头的单相双半流可控整流电路如图所示

u1

ud

(1) 说明该变压器是否存在直流磁化问题?

(2) 试绘出α=45°时电阻性负载及大电感负载下,输出整流电压U d 、晶闸管承受

的电压U T 的波形。

解:变压器次级在电源电压的

分析:T 1T 2共阴,U 2正半周期α=45°,T 1导通,电流经①、T 1R 回到②,T 2不导通,U d =U 2,U 2过零,T 1关断,U d =0,U 2负半周期,T 2承受正向电压。

过零时T 1关断,T 2尚未开,则U T1承受U 2电压,T 2开后,U T2承受2U 2,又过零T 2关,T 1尚未触发,承受U 2。

电阻负载 在电感负载

U T2

U T1

i T2i T1id ud

u2

2-6题图2-6单相桥式全控整流电路大电感负载,已知U 2=100V ,R =10Ω,α=45°。 (1)负载端不接续流二极管D ,计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管电流有效值。 (2)负载端接续流二极管D ,计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管、续流二级管电流有效值。画出u d 、i d 、i T 、i D 及变压器次级电流i 2的波形。

解:(1)负载端不接续流二极管

u 2

u d

i T1、4

i T2、3

A I I I A

R U I V

U t td U U d d T d

d d 5.436.62

121236.61064

.6364.6345cos 1009.0cos 2

2)(sin 21

22=?===

==

==???≈==

?+ππαπ

ωωπ

π

αα

(2)负载端接续流二极管

T 1

T 2 L i d

u 1 u 2 u d D

R

T 3 T 4

u 2

u d

i T1、4

i

D

i d

A I I I A I t I I A

R U I V

U t t U U d d D d

d T d d d 84.369.72

1

4/71.42469.72d 2169.71085.7685.7645cos 11002cos 12d sin 21

222=?===

=-=-======?

+?

?=+==

??πππαπ

πππα

πωπ

π

π

α

ωωπ

π

α

π

α

A I t I I d

d d 84.3468.7d 1

2=?===

?

π

π

π

α

ωπα

2-8单相桥式半控整流电路,由220V 经变压器供电,负载为大电感性并接有续流二极管。要求输出整流电压20~80V 连续可调,最大负载电流为20A ,最小控制角αmin =30°。试计算晶闸管、整流管、续流二极管的电流有效值以及变压器容量。

解:单相桥式半控整流电路

2

cos 19.02

α

+=U U d

V ,U

d

8030min =?=α

()()

V U U d 27.9530cos 145.080

cos 145.02=?+=+=

α代入得

max 20α其对应时当,V U d =

533.0127

.9545.020cos 2cos 127

959020max

max

-=-?=+?=αα。。

?=24.122max α

A ,I

T

9.12202630=?-=?=π

ππα时

A I I T D 9.12==

A ,I

DC

48.162018024.1222024.122=?=

?=?=π

ππαα时 A ,I

3.1820620302

=?-=?-=?=π

πππα

πα时

kVA VA I U S 7.117433.1827.9522==?==

2-9在三相半波可控整流电路中如果触发脉冲出现在自然换相点之前,会出现什么现象?

电路能否正常换相?试画出电阻性负载和电感性负载时U d 的波形。

Ta

Tb Tc

u a ub uc

2-10具有续流二极管的三相半波可控整流电路,大电感负载R=10Ω,U2=220V,当α=60°时,

(1)作出U d晶闸管电流i T,续流二极管电流i D的波形

(2)计算输出电压,电流平均值U d,I d以及晶闸管和续流二极管电流有效值I T,I D。

i i u

[]A Id Id I A Id Id I A

R

Ud

Id V t U t t U Ud D T 43.7213

2643.72

1236586.1455.148cos 223)d(sin 2232

23

62===

==-=

===-=

=

?

+ππ

ππ

πωπωωπ

π

πππ

π

2-17题图2-17为三相桥式半控整流电流电路

(1)当负载分别为电感性和电阻性时,电路输出整流电压波形是否相同,试分别画出α=60°、α=90°时Ud 的波形

(2)试证明整流电压平均值2

cos 134.22

α

+=U Ud 解:(1)三相桥式半控整流电路当负载为电感性和电阻性时,电路输出整流电压波形相同。

D-a D-b D-c

R

L

题图2-17

α=60°临界连续,输出为ac U ab ba U U →→ac U →

α=90°,ac cb ba ac U U U U →→→ (2)当α>60°时,电流断续€

2

cos 134.2d sin 2212

ωωπ

π

α

+==

?U t t U Ud l

当0<α<60°时,

2

cos 134.22

cos 123d sin 2d sin 23212

23

233

23222α

α

πωωωωππαπαπ

π+=+=??

????+=??++U U t t U t t U Ud l

l l

2-18

2-19. 三相全桥全控整流电路对反电势、大电感性负载供电,U2=220V ,E =200V ,R=1Ω,α=60o,

(1)不计漏感时求输出整流电压和电流Ud ,Id 值;

(2)当Lb=1mH 情况下。计算Ud ,Id,γ值,并分别求出ud,iT 的波形 解:

(1) 22.34cos 2.34*220*cos 60257.4o

d U U V α===

257.4200

57.41

d d U E I A R --=

== (2)

Lb=1mH

22.34cos 2b

d d

d d m L U U I U E I R

ωαπ=-

-=

所以: 2232.34cos 22.34cos 257.4200

44625010122b

d d d d b m L U U I I R E U E I A

m L R ωαπ

αωπππ

-=-

=+--===???++

将Id 值代入求得输出电压:22.34cos 244.12b

d d m L U U I V ωαπ

=-= 将Id

值代入求重叠角:12cos [cos ] 3.34sin

o B d l X I m

γαπ

-=-

=

电力电子技术课后习题全部答案解析

电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比,电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力? 答:1.电力二极管大都采用垂直导电结构,使得硅片中通过电流的有效面积增大,显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区,也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体,由于掺杂浓度低,低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么? 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或:uAK>0且uGK>0。 2-3. 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。 2-4 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I m ,试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解:a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t

电力电子技术课后习题答案教学内容

电力电子技术课后习题答案2014

第一章电力电子器件 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:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或者U AK >0且U GK>0 1.2 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。 1.3 图1-43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I m ,试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解:a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t c) I d3= ?= 2 Im 4 1 ) ( Im 2 1π ω π t d I3= Im 2 1 ) ( Im 2 1 2 2= ?t dω π π 1.4.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I d1、I d2、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解:额定电流I T(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) I m1 35 . 329 4767 .0 ≈ ≈ I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A b) I m2 , 90 . 232 6741 .0 A I ≈ ≈ I d2A I m 56 . 126 5434 .0 2 ≈ ≈

电力电子课后习题答案 5

第五章 直流-直流交流电路 1.简述图5-1a 所示的降压斩波电路工作原理。 答:降压斩波器的原理是:在一个控制周期中,让V 导通一段时间 t on ,由电源E 向L 、R 、M 供电,在此期间,u o =E 。然后使V 关断 一段时间t off ,此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电,u o =0。一个周期内的平均电压U o =E t t t ?+off on on 。输出电压小于电源电压,起到降压的作用。 2.在图5-1a 所示的降压斩波电路中,已知E =200V ,R =10Ω,L 值极大,E M =30V ,T =50μs,t on =20μs,计算输出电压平均值U o ,输出电流平均值I o 。 解:由于L 值极大,故负载电流连续,于是输出电压平均值为 U o = E T t on =50 20020?=80(V) 输出电流平均值为 I o = R E U M o -=10 30 80-=5(A) 3.在图5-1a 所示的降压斩波电路中,E =100V , L =1mH ,R =0.5Ω,E M =10V ,采用脉宽调制控制方式,T =20μs ,当t on =5μs 时,计算输出电压平均值U o ,输出电流平均值I o ,计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。当t on =3μs 时,重新进行上述计算。 解:由题目已知条件可得:

m = E E M =100 10 =0.1 τ= R L =5.0001.0=0.002 当t on =5μs 时,有 ρ=τ T =0.01 = τ on t =0.0025 由于 1 1--ραρe e =1101.00025.0--e e =0.249>m 所以输出电流连续。 此时输出平均电压为 U o = E T t on = 20 5 100?=25(V) 输出平均电流为 I o = R E U M o -=5 .010 25-=30(A) 输出电流的最大和最小值瞬时值分别为 I max =R E m e e ???? ??-----ραρ11=5.01001.01101.00025 .0???? ??-----e e =30.19(A) I min =R E m e e ??? ? ??---11ραρ=5.01001.01 101.00025.0???? ??---e e =29.81(A) 当t on =3μs 时,采用同样的方法可以得出: αρ=0.0015 由于 11--ρ αρe e =1 101.0015.0--e e =0.149>m

电力电子技术第3章-习题答案

3章交流-直流变换电路课后复习题 第1部分:填空题 1.电阻负载的特点是电压与电流波形、相位相同;只消耗电能,不储存、释放电能,在单相半波可控整流电阻性负载电路中,晶闸管控制角α的最大移相范围是0?≤a≤ 180?。 2.阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用,使得流过电感的电流不发生突变,在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中,晶闸管控制角α的最大移相范围是0? ≤a≤ 180? 2 ,续流二极管承受的最大反向电压 2 (设U2为相电压有效值)。 3.单相桥式全控整流电路中,带纯电阻负载时,α角移相范围为0?≤a≤ 180?,单 2和 2 ;带阻感负载时, α角移相范围为0?≤a≤ 90?,单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为 2 2U 2 ;带反电动势负载时,欲使电阻上的电流不出现断续现象,可在主电路中直流输出 侧串联一个平波电抗器(大电感)。 4.单相全控桥反电动势负载电路中,当控制角α大于不导电角δ时,晶闸管的导通角θ = 180?-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时,晶闸管的导通角 θ = 0?。 5.从输入输出上看,单相桥式全控整流电路的波形与单相全波可控整流电路的波形基 本相同,只是后者适用于较低输出电压的场合。 6. 2 ,随负载 加重U d 逐渐趋近于0.9 U2,通常设计时,应取RC≥ 1.5~2.5T,此时输出电压为U d ≈ 1.2 U2(U2为相电压有效值)。 7.电阻性负载三相半波可控整流电路中,晶闸管所承受的最大正向电压U Fm 2 ,晶闸管控制角α的最大移相范围是0?≤a≤90?,使负载电流连续的条件为a≤30?(U2为相电压有效值)。 8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差120?,当它 带阻感负载时,α的移相范围为0?≤a≤90?。 9.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中,共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是 电压最高的相电压,而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是电压最低的相电压;这种电路 α 角的移相范围是0?≤a≤120?,u d波形连续的条件是a≤60?。 10*.电容滤波三相不可控整流带电阻负载电路中,电流i d断续和连续的临界条件是C Rω 3 =,电路中的二极管承受的最大反向电压为 2 U2。 11.实际工作中,整流电路输出的电压是周期性的非正弦函数,当 α 从0°~90°变化时, 整流输出的电压u d 的谐波幅值随 α 的增大而增大,当 α 从90°~180°变化时,整流输出的电压u d的谐波幅值随 α 的增大而减小。 12.三相桥式全控整流电路带阻感负载时,设交流侧电抗为零,直流电感L为足够大。当 α =30°时,三相电流有效值与直流电流的关系为I I d,交流侧电流中所含次谐波次数为 6k±1,k=1,2,3…,其整流输出电压中所含的谐波次数为 6k, k=1,2,3…。 13.对于三相半波可控整流电路,换相重迭角的影响,将使输出电压平均值减小。

电力电子技术第2章习题-答案

班级姓名学号 第2/9章电力电子器件课后复习题 第1部分:填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中,直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 电力电子器件组成的系统,一般由控制电路、驱动电路、主电路三 部分组成,由于电路中存在电压和电流的过冲,往往需添加保护电路。 5. 按照器件能够被控制的程度,电力电子器件可分为以下三类:不可控器件、 半控型器件和全控型器件。 6.按照驱动电路信号的性质,电力电子器件可分为以下分为两类:电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的

整流电路。其反向恢复时间较长,一般在5s以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管,其反向恢复时间较短,一般在5s以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10~40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为:承受反向电压时,不论是否触发,晶 闸管都不会导通;承受正向电压时,仅在门极正确触发情况下,晶闸管才能导通;晶闸管一旦导通, 门极就失去控制作用。要使晶闸管关断,只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选 用时,一般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。晶闸管刚从断态转 入通态并移除触发信号后,能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。对同一晶闸管来说,通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有:快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 普通晶闸管关断时间数百微秒,快速晶闸管数十微秒,高频晶闸管10 微秒左右。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。17. 双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。

电力电子技术课后答案

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U AK >0且U GK >0; 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m I , 试计算各波形的电流平均值1d I 、2d I 、3d I 与电流有效值1I 、2I 、3I ,和它们的波形系数1f K ,2f K ,3f K 。 题图2.1 晶闸管导电波形 解: a) 1d I = 4 1 2sin()(1)0.27222 m m m I I t I π π ωπ π= +≈? 1I 24 131(sin )()0.4822 42m m m I I t d wt I ππ ?π π = +≈? 111/0.48/0.27 1.78f d m m K I I I I === b) 2d I =412 sin ()(1)0.5422 m m m I I td wt I ππ?=+=∏? 2I 24 21 31(sin )()0.67242m m m I I t d wt I π π ?π π = +≈? 222/0.67/0.54 1.24f d m m K I I I I === c) 3d I = 20 1 1()24 m m I d t I π ωπ = ? 3I 220 1 1()22 m m I d t I π ωπ = ? 333/0.5/0.252f d m m K I I I I === 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

电力电子技术(王兆安第五版)课后习题答案

电力电子技术答案 2-1与信息电子电路中的二极管相比,电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力?答:1.电力二极管大都采用垂直导电结构,使得硅片中通过电流的有效面积增大,显着提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区,也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体,由于掺杂浓度低,低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2.使晶闸管导通的条件是什么?答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极 电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或:uAK>0且uGK>0 2-3 .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。 2-4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I m,试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值丨1、I 2、I 3。 2-5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I d1、I d2、I d3各为多少这时,相应的电流最大值I m1、I m2 I m3各为多少 解:额定电流算结果知I T(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计 解:a)I d1= 24 Im sin( t) 罟"Em I—(Im sin t)2d(wt) 11= 2 410.4767Im 2 b) J—(Imsin t)2d(wt) d2= I 2= Im <2 Im sin td (wt) ( 1) 4 2 Im 3 1 4 2 0.67411m 0.5434 Im c) 丄2Im d( d3= 2 0 t) 1 Im 4 3= 1 2Im2d( t) 2 0 i Im

电力电子技术第五版课后习题及答案

电力电子技术第五版课后习题及答案 第二章电力电子器件 2-1与信息电子电路中的二极管相比,电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力? 答:1.电力二极管大都采用垂直导电结构,使得硅片中通过电流的有效面积增大,显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区,也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体,由于掺杂浓度低,低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2.使晶闸管导通的条件是什么? 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或:uAK>0且uGK>0。 2-3.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。 2-4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Imπ4π4π25π4a)b)c)图1-43

图2-27晶闸管导电波形 解:a)I d1=π21ππωω4 )(sin t td I m=π2m I(122+)≈0.2717I m I1=π π ωωπ42)()sin(21 t d t I m=2m Iπ 2143+≈0.4767I m b)I d2= π1ππωω4)(sin t td I m=πm I(122+)≈0.5434I m I 2=ππωωπ42)()sin(1t d t I m=2 2m Iπ2143+≈0.6741I m c)I d3=π2120)(πωt d I m=4 1I m I3=2 02)(21πωπt d I m=2 1I m2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解:额定电流I T(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)I m1≈4767 .0I≈329.35,I d1≈0.2717I m1≈89.48 2/16b)I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434I m2≈126.56c)I m3=2I=314, I d3=41

电力电子技术习题与解答

《电力电子技术》习题及解答 思考题与习题 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。 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u d和晶闸管两端电压u T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。

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。 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,T 2被烧坏,如下图: 相控整流电路带电阻性负载时,负载电阻上的U d 与I d 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R d 上的U d 与I d 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d d d I U P =不等于负载有功功率UI P =。因为负载上的电压、电流是非正弦波,除了直流U d 与I d 外还有谐波分量Λ ,,21U U 和Λ,,21I I ,负载上有功功率为Λ+++=22212P P P P d >d d d I U P =。

《电力电子技术第二版》课后习题及解答

《电力电子技术》习题及解答 第1章思考题与习题 1、1晶闸管的导通条件就是什么? 导通后流过晶闸管的电流与负载上的电压由什么决定? 答:晶闸管的导通条件就是:晶闸管阳极与阳极间施加正向电压,并在门极与阳极间施加正向触发电压与电流(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U A决定。 1、2晶闸管的关断条件就是什么?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:晶闸管的关断条件就是: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I A减小,I A下降到维持电流I H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U A决定。 1、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与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I H会减小,正向转折电压与反向击穿电压随温度升高而减小。 1、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) I g=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。 1、5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gr rr q t t t +=。 1、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。 1、7请简述光控晶闸管的有关特征。 答:光控晶闸管就是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管,在光的照射下,光电二极管电流增加,此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。 1、8型号为KP100-3,维持电流I H =4mA 的晶闸管,使用在图题1、8所示电路中就是否合理,为什么?(暂不考虑电压电流裕量) 图题1、8 答:(a)因为H A I mA K V I <=Ω =250100,所以不合理。 (b) 因为A V I A 2010200=Ω =, KP100的电流额定值为100A,裕量达5倍,太大了。 (c)因为A V I A 1501150=Ω= ,大于额定值,所以不合理。 1、9 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I m ,试计算各图的电流平均值.电流有效值与波形系数。 解:图(a): I T(A V )=π21 ?π ωω0)(sin t td I m =πm I

电力电子技术课后习题答案

电力电子技术习题集 标* 的习题是课本上没有的,作为习题的扩展 习题一 * 试说明什么是电导调制效应及其作用。 答:当PN结通过正向大电流时,大量空穴被注入基区(通常是N型材料),基区的空穴浓度(少子)大幅度增加,这些载流子来不及和基区的电子中和就到达负极。为了维持基区半导体的电中性,基区的多子(电子)浓度也要相应大幅度增加。这就意味着,在大注入的条件下原始基片的电阻率实际上大大地下降了,也就是电导率大大增加了。这种现象被称为基区的电导调制效应。 电导调制效应使半导体器件的通态压降降低,通态损耗下降;但是会带来反向恢复问题,使关断时间延长,相应也增加了开关损耗。 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?晶闸管由导通变为关断 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(U AK>0),并在门极施加触发电流(U GK>0)。 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I A没有达到晶闸管的擎住电流(I L)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。 * 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其阳极电流I A大于能保持晶闸管导通的最小电流,即维持电流I H。 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。 3.图1-30中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形,其最大值均为I m,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I d各位多少? (f) 图1-30 习题1-4附图 解:(a)m m m m I 11 I sin()()2I0.3185I 22 da I t d t π ωω πππ ==== ? m I 2 a I==

电力电子学 陈坚课后习题答案

答 案 5.1 什么是半波整流、全波整流、半控整流、全控整流、相控整流、高频PWM整流? 答:半波整流:整流器只在交流电源的半个周波输出整流电压,交流电源仅半个周期中有电流。 全波整流:整流器在交流电源的正、负半波都有直流电压输出,交流电源在正负半周期均有电 流。 全控整流:指整流主电路中开关器件均为可控器件。 半控整流:指整流主电路中开关器件不全是可控器件,而有不控器件二极管。 相控整流:全控整流电路中的开关管为半控器件晶闸管,控制触发脉冲出现的时刻(即改变晶 闸管的移相控制角的大小),从而控制负载的整流电压。 高频PWM整流:整流主电路中开关器件均为全控器件,采用高频PWM控制,即在一个电源周期 内高频改变开关管的导通状况。 答案5.2 什么是电压纹波系数、脉动系数、基波电流数值因数、基波电流位移因数(基波功率因数)和整流输入功率因数? 答:电压纹波系数RF:输出电压中全部交流谐波分量有效值V H与输出电压直流平均值V d 之比值,。 电压脉动系数S n:整流输出电压中最低次谐波幅值V nm与直流平均值V d之比Sn=Vnm/Vd基波电流数值因数: 电流畸变因数也称基波电流数值因数,是基波电流有效值与总电流有效值 之比,即 基波电流位移因数DPF (基波功率因数):输入电压与输入电流基波分量之间的相位角(位移角)的余弦,即 整流输入功率因数PF : 答案5.3 三相桥式不控整流任何瞬间均有两个二极管导电,整流电压的瞬时值与三相交流相电压、线电压瞬时值有什么关系? 答:共阴连接的三个二极管中,三相交流相电压瞬时值最正的那一相自然导通,把最正的相电压接到负载的一端;共阳连接的三个二极管中,三相交流相电压瞬时值最负的那一相自然导通,把

电力电子技术课后习题答案

目录 第1章电力电子器件 (1) 第2章整流电路 (4) 第3章直流斩波电路 (20) 第4章交流电力控制电路和交交变频电路 (26) 第5章逆变电路 (31) 第6章 PWM控制技术 (35) 第7章软开关技术 (40) 第8章组合变流电路 (42)

第1章 电力电子器件 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:u AK >0且u GK >0。 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. 图1-43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I m ,试计算各波形的电流平均值 I d1、I d2、I d3123π4 π4 π2 5π4a) b) c) 图1-43 图1-43 晶闸管导电波形 解:a) I d1= π21?π πωω4 )(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1= ? π π ωωπ 4 2)()sin (21 t d t I m = 2m I π 21 43+ ≈0.4767 I m b) I d2 = π1?π πωω4)(sin t td I m =πm I (12 2+)≈0.5434 I m I 2 = ? π π ωωπ 4 2)()sin (1 t d t I m = 22m I π 21 43+ ≈0.6741I m c) I d3=π21?20 )(π ωt d I m =41 I m I 3 = ? 20 2 )(21π ωπ t d I m = 2 1 I m 4. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值 I m1、I m2、I m3各为多少? 解:额定电流I T(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) I m1≈ 4767.0I ≈329.35, I d1≈0.2717 I m1≈89.48 b) I m2≈ 6741 .0I ≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314, I d3= 4 1 I m3=78.5 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 和普通晶闸管同为PNPN 结构,由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,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是器件临界导通的条件。1α+2α>1,两个等效晶体管过饱和而导通;1α+2α<1,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:

电力电子技术习题及答案

电力电子技术习题集 习题一 1. 试说明什么是电导调制效应及其作用。 2. 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?晶闸管由导通变为关断 的条件是什么,如何实现? 3. 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? 4. 图1-30中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形,其最大值均为I m ,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I d 各位多少? (f) 图1-30 习题1-4附图 5. 在图1-31所示电路中,若使用一次脉冲触发,试问为保证晶闸管充分导通,触发脉冲宽 度至少要多宽?图中,E =50V ;L =0.5H ;R =0.5?; I L =50mA (擎住电流)。 图1-31习题1-5附图 图1-32习题1-9附图 6. 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? 7. 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? 8. 试比较GTR 、GTO 、MOSFET 、IGBT 之间的差异和各自的优缺点及主要应用领域。 9. 请将VDMOS (或IGBT )管栅极电流波形画于图1-32中,并说明电流峰值和栅极电阻 有何关系以及栅极电阻的作用。 10. 全控型器件的缓冲吸收电路的主要作用是什么?试分析RCD 缓冲电路中各元件的作用。 11. 限制功率MOSFET 应用的主要原因是什么?实际使用时如何提高MOSFET 的功率容 量? 习题二

1.具有续流二极管的单相半波可控整流电路,带阻感性负载,电阻为5?,电感为0.2H,电源电压的有效值为220V,直流平均电流为10A,试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值,并指出晶闸管的电压定额(考虑电压2-3倍裕度)。 2.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30 V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,u d、i d和变压器二次侧i2的波形。 3.试作出图2-8所示的单相桥式半控整流电路带大电感负载,在α=30°时的u d、i d、i VT1、 i VD4的波形。并计算此时输出电压和电流的平均值。 4.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2 ?,L值极大,反电动势E=60V,当α=30°时,试求: (1)作出u d、i d和i2的波形; (2)求整流输出电压平均值U d、电流I d,以及变压器二次侧电流有效值I2。 5. 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。 6.三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u d、i VT1、u VT1的波形。 7. 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I d, 并按裕量系数2确定晶闸管的额定电流和电压。 8.三相桥式全控整流电路,U2=100V,带阻感性负载,R=5 ?,L值极大,当α=60°,试求: (1)作出u d、i d和i VT1的波形; (2)计算整流输出电压平均值U d、电流I d,以及流过晶闸管电流的平均值I dVT和有效值 I VT; (3)求电源侧的功率因数; (4)估算晶闸管的电压电流定额。 9.三相桥式不控整流电路带阻感性负载,R=5 ?,L=∞,U2=220V,X B=0.3 ?,求U d、I d、 I VD、I2和γ的值,并作出u d、i VD1和i2的波形。 10.请说明整流电路工作在有源逆变时所必须具备的条件。 11.什么是逆变失败?如何防止逆变失败? 12. 三相全控桥变流器,已知L足够大、R=1.2Ω、U2=200V、E M= -300V,电动机负载处于 发电制动状态,制动过程中的负载电流66A,此变流器能否实现有源逆变?求此时的逆变角β。 13.三相全控桥变流器,带反电动势阻感负载,R=1 ?,L=∞,U2=220V,L B=1mH,当 E M=-400V,β=60°时求U d、I d和γ的值,此时送回电网的有功功率是多少?

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第一章电力电子器件 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:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或者U AK >0且U GK>0 1.2 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。 1.3 图1-43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I m ,试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解:a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t c) I d3= ?= 2 Im 4 1 ) ( Im 2 1π ω π t d I3= Im 2 1 ) ( Im 2 1 2 2= ?t dω π π 1.4.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I d1、I d2、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解:额定电流I T(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) I m1 35 . 329 4767 .0 ≈ ≈ I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A b) I m2 , 90 . 232 6741 .0 A I ≈ ≈ I d2A I m 56 . 126 5434 .0 2 ≈ ≈ c) I m3=2I=314 I d3= 5. 78 4 1 3 = m I

《电力电子技术》第1章课后习题答案

《电力电子技术》第1章课 后习题答案 -标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

1.1 晶闸管导通的条件是什么由导通变为关断的条件是什么 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:u AK>0且u GK>0。 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。 1.2晶闸管非正常导通方式有几种 1.3 (常见晶闸管导通方式有5种,见课本14页,正常导通方式有:门级加触 发电压和光触发) 答:非正常导通方式有: (1) Ig=0,阳极加较大电压。此时漏电流急剧增大形成雪崩效应,又通过正反馈放大漏电流,最终使晶闸管导通; (2) 阳极电压上率du/dt过高;产生位移电流,最终使晶闸管导通 (3) 结温过高;漏电流增大引起晶闸管导通。 1.3 试说明晶闸管有那些派生器件。 答:晶闸管派生器件有:(1)快速晶闸管,(2)双向晶闸管,(3)逆导晶闸管,(4)光控晶闸管 1.4 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,由普通晶闸管的分析可得,α1 + α 2 = 1 是器件临界导通的条件。α1 + α 2>1 两个等效晶体管过饱和而导通;α1 + α 2<1 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:

电力电子技术习题解答

电力电子技术 习题解答 教材:《电力电子技术》,尹常永田卫华主编

第一章 电力电子器件 1-1晶闸管导通的条件是什么?导通后流过晶闸管的电流由哪些因素决定? 答:当晶闸管承受正向电压且在门极有触发电流时晶闸管才能导通;导通后流过晶闸管的电流由电源和负载决定; 1-2维持晶闸管导通的条件是什么?怎样使晶闸管由导通变为关断? 答:晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用,不论门极出发信号是否还存在,晶闸管都保持导通,只需保持阳极电流在维持电流以上;但若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,则晶闸管关断。 1-3型号为KP100—3,维持电流IH = 4mA 晶闸管使用在图1-32的各电路中是否合理,为什么?(暂不考虑电压、电流裕量) 答:(a )因为 100250A H V I mA I k = =<Ω,所以不合理。 (b )因为 2002010A V I A = =Ω,KP100 的电流额定值为 100A,裕量达5倍, 太大了,所以不合理。 (c )因为 1501501A V I A = =Ω,小于额定电流有效值1.57?100=157A ,晶闸管承 受的电压150V ,小于晶闸管的而定电压300V ,在不考虑电流、电压裕量的前提下,可以正常工作,所以合理。 1-4晶闸管阻断时,其承受的电压大小决定于什么? 答:晶闸管阻断时,其可能承受的电压大小决定于制造工艺,也就是取决于基板的厚度、基板宽度、电击所掺的杂质的量大小。 1-5某元件测得V U DRM 840=,V U RRM 980=,试确定此元件的额定电压是多少,属于哪个电压等级? 答:根据将DRM U 和RRM U 中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值,将两者较小的840V 按教材表取整得800V ,该晶闸管的额定电压为8级(800V )。 1-6图1-10中的阴影部分表示流过晶闸管的电流的波形,各波形的峰值均为Im ,试计算各波形的平均值与有效值各为多少?若晶闸管的额定通态平均电流为100A ,问

电力电子技术课后习题答案2014

第一章 电力电子器件 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:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或者U AK >0且U GK >0 1.2 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。 1.3 图1-43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I m ,试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 解:a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 214 ≈+= ?πωπ π π t I 1=Im 4767.021 432Im )()sin (Im 21 4 2 ≈+= ?π?π π πwt d t b) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 1 4 =+= ? wt d t π π ?π I 2= Im 6741.021 432Im 2)()sin (Im 1 4 2 ≈+=?π?π π πwt d t c) I d3=? = 20 Im 41)(Im 21 π ωπ t d I 3=Im 21)(Im 21 20 2= ? t d ωπ π 1.4.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I d1、I d2、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解:额定电流I T(A V)=100A 的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) I m135 .3294767.0≈≈I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A b) I m2 , 90.2326741.0A I ≈≈ I d2A I m 56.1265434 .02≈≈ c) I m3=2I=314 I d3=5.7841 3=m I 1.5.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1α和2α,由普通晶阐管的分析可得,121=+αα是器件临界导通的条件。121> αα+ 两个等效晶体管

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