《电力电子技术》答案王兆安主编(第五版).docx

目录目录 1第1章绪论 1第2章电力电子器件 1第3章整流电路 5第4章逆变电路 21第5章 直流-直流变流电路 24第6章 交流-交流变流电路 31第7章PWM控制技术 36第8章软开关技术 40第9章电力电子器件应用的共性问题 41第10章 电力电子技术的应用 41第2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：UAK>0 且 UGK>02 .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Im,试计算各波形的电流平均值 Id1、Id2、Id3与电流有效值 II、12、I3a) b) c)图1-43图晶43管导电波形解：a) Id= — ,m sin td ( t) = -— — 1 ) 0.2717 1m2Tt 4 I 21t 211=Jl/( I msin , t) 2 d (, t)=I m20.4767 Imc)1[d=2五14I mb) Id2= - m sin td ( t) = -- + 1)为 0.5434 1mTt 4 ' Tt 21 二 2 I m 13 112 = . (I m sin' ,t) o I md( t)= d (- 1) = --- - - — -- 0.67411 m4 .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 1d1、1d2、1d3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- 0 4767 之 329.35,b) Im2 ft k 232.90,1d1 & 0.2717 Im1 ft 89.48Id2 =0.5434 Im2 定 126.56c) Im3=2 I = 314,Id3=Im3=78.55 . 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 a 1和口 2 ,由普通晶闸管的分析可得， a 1 + a2 =1是器件临界导通的条件。

a 1 +(22 >1,两个等效晶体管过饱和而导通； a 1 +a 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：1) GTO 在设计时a 2较大，这样晶体管 V2控制灵敏，易于 GTO关断；2) GTO 导通时的 « 1 + a 2更接近于1,普通晶闸管 a 1 + a2 >1.15,而GTO 则为 a 1 +a 2为1.05, 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6) 如何防止电力 MOSFET 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 士 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。

7 . IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 的驱动电路各有什么特点?#答：IGBT驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻， IGBT 是电压驱动型器件，IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器GTR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GTO驱动电路的特点是：GTO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MOSFET 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 .全控型器件的缓冲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， du/dt或过电流和 di/dt,减小器件的开关损耗RCD缓冲电路中，各元件的彳用是：开通时， Cs经Rs放电，Rs起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经 VDs从Cs分流，使du/dt减小，抑制过电压。

9.试说明IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 各自的优缺点c 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IGBT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的电力电子装置二次击穿问题第3章整流电路1.单相半波可控整流电路对电感负载供电, 时的负载电流 Id,并画出Ud与id波形L = 20mH, U2=100V,求当 a= 0千口 60°解：a= 0用寸，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：Ld^id = 2U 2 sin t考虑到初始条件：当 st= 0时id=0可解方程得：id = 2U2 (1 - cos t)LI d= —122U_(1 - cos wt)d(eot)2： 0 _L2U 2= =22.51(A)LUd与id的波形如下图：当a= 60°时，在U2正半周期60 ~180潮间晶闸管导通使电感 L储能，电感 L储藏的能量在U2负半周期180~300潮间释放，因此在 U2 一个周期中 60~300溯间以下微分方程成立:L did = 2U 2 sin t考虑初始条件：当 取=60甘t id=0可解方程得：其平均值为id 二. 2U L21 一 cos ©t)1 羿亚U 2 1 、，/、I d= - - ：—L( " COs t)d( t)=2n 3 l L 2、2U 2TT=11.25(A)此时Ud与id的波形如下图:2.图2-9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 22U「；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，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况① 以晶闸管 VT2为例当 VTi导通时，晶闸管 VT2通过VTi与2个变压器二次绕组 并联，所以 VT2承受的最大电压为 2 2U 2 o②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角 «相同时，对于电阻负载：(0~3期间无晶闸管导通，输出电压为 0; ( 0~访期间，单相全波电路中 VTi导通，单相全控桥电路中 VTi、VT4导通，输出电压均与电源电压 U2相等；(「n+力期间，均无晶闸管导通，输出电压为 0；(n+ a ~ 2何期间，单相全波电路中 VT2导通，单相全控桥电总^中 VT2、VT3导通，输出电压等于 —U2对于电感负载：(a ~ Tt+ a)期间，单相全波电路中 VTi导通，单相全控桥电路中VTi、VT4导通，输出电压均与电源电压 U2相等；(Tt+ a ~ 2n+ a)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中 VT2、VT3导通，输出波形等于 —U2。

可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，则输出电流也相同3.单相桥式全控整流电路， U2=100V,负载中 R=2Q, L值极大，当a= 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、电流Id,变压器二次电流有效值 I2分别为Ud=0.9 U2 cosa= 0.931003cos30 = 77.97 (V)Id=Ud /R= 77.97/2 = 38.99 (A)I2=Id = 38.99 (A)③晶闸管承受的最大反向电压为：22 U2=ioo 2 = 141.4(V)考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：Un= (2〜3) 3141.4 = 283〜424 (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：I VT 二 Id/2 京 27.57 (A)晶闸管的额定电流为：IN= (1.5〜2) 327.57 1.57 =26〜35 (A)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取4.单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形 解：注意到二极管的特点：承受电压为正即导通。

因此，二极管承受的电压不会出现正的 部分在电路中器件均不导通的阶段，交流电源电压由晶闸管平衡整流二极管在一周内承受的电压波形如下:5.单相桥式全控整流电路， U2=100V,负载中 R=2Q , L值极大，反电势当0(=30汨寸，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,变压器二次侧电流有效值 I2；③ 考虑安全裕量，确定晶闸管的额。