电力电子变流技术课后答案解析第1章.docx

第一章 电力半导体器件习题与思考题解1-1．晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？ 解：晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极 加正向触发电压，才能使其导通门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到 维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流工!_以上导通后的晶闸管管压降很小使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－维持电流I ”以下其方法有二：1) 减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压；2) 增加负载回路中的电阻1-2 •型号为KP100-3的晶闸管，维持电流IH=4mA，使用在题1-2图中的电路中是否合理？为什么(不考虑电压、电流裕量)？解：根据机械工业部标准JB1144-75规定，KP型为普通闸管，KP100-3的晶闸管，其中100是指允许流过晶闸管的额定通态平均电流为100A , 3表示额定电压为300V对于图(a),假若晶闸管V被触发开通，由于电源为直流电源，则晶闸管流过的最大电流100500 x 103因为» < IH,而IH < IL, IL为擎住电流，通常IL=(2〜4) IH可见，晶闸管流过的最大电流 远小于擎住电流，所以，图(a)不合理。

对于图(b),电源为交流220V,当a =0°时，最大输出平均电压U 沁 0.45u = 0.45 x 220 = 99 (V)平均电流VAR R 10波形系数 K二丄-沁1・57f IVAR所以， TV二KfIar二1・57x9.9 = 15.5(A)而KP100-3允许流过的电流有效值为IVE二1.57x100二157(A) , [< °<0,所以，电流指 标合理但电路中晶闸管V可能承受的最大正反向峰值电压为U 二 U =\.2U = .j2 X 220 U 311 (V)>300(V)Fm Rm所以，图(b)不满足电压指标，不合理对于图(c)，电源为直流电源，V触发导通后，流过V的最大电流为IV二150 / 1二 150(A),即为平均值，亦是有效值而 IVE = 150A , Iv=150(A)<157 (A),即[< IV 150p s。

所以，门极触发电流脉冲宽度至少应大于150p s1-4 •单相正弦交流电源，交流电源电压有效值为220V晶闸管和负载电阻串联连接 试计算晶闸管实际承受的最大正反向电压若考虑晶闸管的安全裕量，其额定电压应如何选 取？解：该电路运行可能出现施加于晶闸管上最大正反向峰值电压为迄U = ,：2 x 220 沁 310 ( V )若考虑晶闸管的安全裕量，通常选择额定电压为正常工作峰值电压的2-3倍°2x310 二 620(V),3x310二930(V),则选择额定电压为700V - 1000V的晶闸管1-5 •若题1-4中晶闸管的通态平均电流为100A，考虑晶闸管的安全裕量，试分别计算 导电角为180°和90°时，电路允许的峰值电流各是多少？解：在不考虑安全裕量时，选择晶闸管的原则是：使实际运行管子电流的有效值IV1等 于定义管子额定通态平均电流时的电流有效值IVE，即两种情况下，管芯的结温相同并小于或 等于额定结温当导通角e二180°时，V1卜(I sin ①t)2 dm则有 皿九刃⑴只所以，晶闸管允许的峰值电流为Tm = 2x1-57X100 = 314（A）当导通角e二90°时，I = 卜(I sin ®t)2 dCt)= m=v i [' 2兀 X m 2\.2则有m — 1.5712^/2 VEAR所以，晶闸管允许的峰值电流为I 二 2、2 x 1.57 x 100 u 444 （A）m考虑取安全裕量数为2时，则当导通角e二180°时，电路允许的峰值电流为Im1=314/2二157A,当导通角e二90°时，电路允许的峰值电流为工述二444/2二222(A).1-6•题1-6图中阴影部分表示晶闸管导电区间。

各波形的电流最大值均为Im,试计算各波形电流平均值呱弓2、犒、町、弓5,电流有效值I］、— — — .和它们的波形系数Kf1、Kf2、Kf3、Kf4、Kf5.解：I =—!—j兀 I .Sin®td Ct)=〈 u0.32Id1注"（/ S祸）2 dQ）丄二 0.51d2fed11.57I .Sin①tdCt)=^-10.24II =丄 Hi Sin®)2 d CJ0.46I0.49I1.920.23Id3I .Sin①tdCt)= 210.48Id2d4d5—fC Sin3)2 dCt)f 2i0.65Id30.65I1.350.48I1 f庄— J 21 .dt — 2兀—J 2 12 dt —2兀=0.5I—m-d4—m-1 f直= J 41 .dt = 2兀二 0.251二 0.1251利用上题结果，图(a) I■m! — I — 157 A2 VE1严 II — J 412dt — 沁 0.35I5 2 兀 0 m 2\：2 mIm—K —伫—空沁2.83 f 5 I Id 4 m81-7 •题1-6中如果不考虑安全裕量，问100A晶闸管能送出的电流平均值Id1、Id2、Id3' Id4' Id5各是多少？这时相应的电流最大值梟1、幕2、梟3、幕4、梟5又是多少？解：额定通态平均电流IVear为100A的晶闸管允许通过电流的有效值为— I x VE VEARkf — 100 x 1.57 — 157 Ae1Im1=314(A)d1—―m-兀—-314 —100 A3.14图(b) I 二 0.461 二 I 二 157 A2 m VE爲=341（厲I 二 0.24I 二 81.8Ad 2 m图(c)I 二 0.651 二 I 二 157 A3 m VEIm3=241(A)I = 0.481 二 115.9Ad 3 m图(d)I 二 0.514二 I 二157Am VEIm4=314(A)I 二 0.251 二 78.5Ad 4 m图(e)=I =157AVEIm5=444(A)d 5= IT 晋=55.5 A1-8．晶闸管的额定电流是怎样定义的？有效值和平均值之间有何关系？解：晶闸管的额定电流即指其额定通态平均电流IVEAR •它是在规定的条件下，晶闸管允 许连续通过工频正弦半波电流的最大平均值。

如教材图1-8所示这些条件是：环境温度+40弋，冷却条件按规定，单相半波整流电路为电阻负载，导通角不小于170°C,晶闸管结温不超过额定值额定通态平均电流IVEAR的电流等级如教材表1-2所示通常50A以下的管子分为1、5、10、20、30、50A等级,100 - 1000A的管子分为 100、200、300、400、500、600、800、1000A等级额定通态平均电流I Vear与在同一定义条件下的有效值IVE具有如下关系：I 二 K .IVE fe VEAR其中， K =丁丄=沁I，57 为定义条件下的波形系数fe I 2VEAR1-9 •导通角e不同，电流的波形不一样，如何来选择晶闸管的电流容量？解：导通角e不同，电流的波形不一样，因而波形系数亦不相同，e角愈小，波形系数 愈大晶闸管电流的有效值、平均值iV1AR与波形系数Kf1具有如下关系：IV1 = Kf1 " V1AR具有相同平均值而波形不同的电流，因波形不同，其有效值是不相同的流经同一晶闸管 发热情况也不相同，因为决定发热的因素是电流的有效值，管芯发热效应是和电流的有效值 大小有关因此，选择晶闸管额定电流参数的原则是：使电路各种实际运行情况下（特别是最不利的 情况）管芯的结温小于或等于额定结温。

这样，就能保证晶闸管在实际运行工作时，不致于 因电流过载而损坏上述这一原则可归结为：使实际运行管子电流波形的有效值1V1，等于定义管子额定通 态平均电流IVEAR时的电流有效值IVE，即I = I = K .IV 1 VE fe VEAR则晶闸管额定电流III 二 = V1VEAR K 1.57fe1-10．晶闸管导通后，门极改加适当大小的反向电压，会发生什么情况？ 解：晶闸管承受正向阳极电压，并已导通的情况下，门极就失去了控制作用因此，晶 闸管导通后，门极改加适当大小的反向电压，晶闸管将保持导通状态不变1-11．门极断路时，晶闸管承受正向阳极电压它会导通吗？若真的导通，是什么情况？解：门极断路时，晶闸管承受正向阳极电压，有两种情况可造成晶闸管的非正常导通 一是阳极电压UA过高，达到或超过IG二0时的转折电压UB0时，使漏电流急剧增加；二是 UA的电压上升率duA/dt太快这两种因素造成的最终结果都是使从N］区通过反向偏置的J2结向P2区(门极区)注入 了足够数量的漏电流(空穴流)，充当了二等效三极管电路中的基极电流IB2，它相当于从门 极提供的IG的作用，使其二等效三极管的a「a 2极快上升至a 1 + a2« 1,即1-(a】+ a 2) 〜0,进而使阳极电流IA大大增加，并只受外电路电阻的限制，晶闸管进入导通状态。

这两种不加门极触发控制信号使晶闸管从阻断状态转入导通状态的情况是非正常工作状 态,在实际使用中是不允许的,因为发生此类情况常造成器件的损坏1-12．晶闸管的一些派生器件的主要功能和特点是什么？ 解：晶闸管的一些派生器件的主要功能和特点如下：(1) . 快速晶闸管 快速晶闸管的开关时间短,动态特性比普通晶闸管好,快速晶闸管一般分为两种,一种是主要是关断时间短，另一种是di/dt是耐受量高主要用于斩波与高频逆变电路双向晶闸管双向晶闸管是一种五层结构的三端器件，具有四种触发方式，分别为1+、1、皿+、皿+ - +，其中I+sI触发灵敏度较高，皿触发灵敏度稍低，较为常用，而皿+触发灵敏度最低， = + - _ +一般不用,使用不当会损坏晶闸管双向晶闸管主要用于交流电路,例如移相调压控制、零 电压开关和静态开关等由于其内部工艺结构关系,目前器件的额定电压和额定电流与普通 晶闸管相比较还较低，重施加du/dt的能力也较差逆导晶闸管 逆导晶闸管是将逆阻型晶闸管和大功率二极管集成在一个管芯上,与普通晶闸管相比,具有正向压降小、关断时间短、温度特性较好、额定结温高等优点同时,消除了晶闸管与 二极管之间的连线电感,减小了换流时间,使晶闸管承受反向偏压的时间增长。