电力电子技术课后习题答案2014.doc

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UAK 0且UGK0 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Im ，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。 解：a) Id1= I1= b) Id2= I2= c) Id3= I3= 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) Im1A, Id10.2717Im189.48A b) Im2 Id2 c) Im3=2I=314 Id3= 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和，由普通晶阐管的分析可得，是器件临界导通的条件。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； 2)GTO导通时的更接近于l，普通晶闸管，而GTO则为，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。 1.7.IGBT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。 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。 1.9.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 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GTO 。 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2章 整流电路 2..1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，L=20Mh，U2=100V，求当时和时的负载电流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的一个周期中下列方程成立： 考虑到初始条件：当时id=0可解方程： Ud与Id的波形如下图： 当a=时，在U2的正半周期~期间，晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在U2负半周期~期间释放，因此在U2的一个周期中~期间，下列微分方程成立： 考虑到初始条件：当时id=0可解方程得： id= 其平均值为 Id= 此时Ud与id的波形如下图： 2. 2图1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: 晶闸管承受的最大反向电压为2U2; 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问题。因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中，