电力电子技术 第2至第8章作业 答案

电子电力课后习题答案第一章电力电子器件1、1 使晶闸管导通得条件就是什么？答:使晶闸管导通得条件就是: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>01、2 维持晶闸管导通得条件就是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答:维持晶闸管导通得条件就是使晶闸管得电流大于能保持晶闸管导通得最小电流,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得电流波形,各波形得电流最大值均为Im ,试计算各波形得电流平均值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得晶阐管能送出得平均电流Id1、Id2、Id3各为多少?这时,相应得电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?解:额定电流IT(AV)=100A得晶闸管,允许得电流有效值I=157A,由上题计算结果知a) Im1A, Id10、2717Im189、48Ab) Im2 Id2c) Im3=2I=314 Id3=1、5、GTO与普通晶闸管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断,而普通晶闸管不能?答:GTO与普通晶阐管同为PNPN结构,由P1N1P2与N1P2N2构成两个晶体管V1、V2,分别具有共基极电流增益与,由普通晶阐管得分析可得,就是器件临界导通得条件。

两个等效晶体管过饱与而导通;不能维持饱与导通而关断。

GTO之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,就是因为GTO与普通晶闸管在设计与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导通时得更接近于l,普通晶闸管,而GTO则为,GTO得饱与程度不深,接近于临界饱与,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,门极与阴极间得距离大为缩短,使得P2极区所谓得横向电阻很小,从而使从门极抽出较大得电流成为可能。

第2章思考题与习题2.1 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。

2.2 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。

2.3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。

2.4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，T2被烧坏，如下图：2.5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 =。

相控整流电路带大电感负载时，虽然U d 存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积等于负载有功功率。

第2章整流电路3．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d、i d、和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，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：①u d、i d、和i2的波形如下图：②输出平均电压U d、电流I d，变压器二次电流有效值I2分别为U d＝0.9 U2 cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97（V）I d＝U d/R＝77.97/2＝38.99（A）I2＝I d＝38.99（A）③晶闸管承受的最大反向电压为：2U2＝1002＝141.4（V）考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：U N＝（2~3）×141.4＝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＝I d∕2＝27.57（A）晶闸管的额定电流为：I N＝（1.5~2）×27.57∕1.57＝26~35（A）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

5．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当α=30︒时，要求：①作出u d、i d和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：①u d、i d和i2的波形如下图：②整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2分别为U d＝0.9 U2 cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)I d＝(U d－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)I2＝I d＝9(A)③晶闸管承受的最大反向电压为：2U2＝1002＝141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：I VT＝I d ∕2＝6.36（A）故晶闸管的额定电压为：U N＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶闸管的额定电流为：I N＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

《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。

21. 单相半波可控整流电路对电感负载供电， L ＝20mH ， U 2＝100V ，求当 α＝0 和 60 时的负载电流 I d ，并画出 u d 与 i d 波形。

解： α＝0 时，在电源电压 u 2 的正半周期晶闸管导通时，负载电感 导通时刻，负载电流为零。

在电源电压u 2 的负半周期，负载电感导通。

因此，在电源电压 u 2 的一个周期里，以下方程均成立：L di d 2U 2 sin tdt2考虑到初始条件：当 t ＝0时 i d ＝0可解方程得：2U 2 i d(1 cos t)L1 2 2U 22(1 cos t)d( t) L2U 2=2u d 与 i d 的波形如下图：量在 u 2负半周期180 ~300 期间释放，因此在 u 2 一个周期中 60 ~300 期间以下微分方程成 立： L d d itd2U 2 sin t其平均值为此时 u d 与 i d 的波形如下图：α ＝ 60 °时， L 储能， 电感 L 储藏的能L 储能，在晶闸管开始 L 释放能量，晶闸管继续I d考虑初始条件：当t ＝ 60 时 i d ＝ 0 可解方程得：i d2U 2 L 1( cos t)I d52U 2 1 33 2U L 2 (12 cos t)d( t) =2U 22L =11.25(A)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2 2U2 ；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VT 2为例。

电力电子技术第五版课后习题答案第二章 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Im π4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m=π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m=41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m 2-5 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≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.52-6 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a1和a2，由普通晶阐管的分析可得,a1+a2=1是器件临界导通的条件。

《电力电子技术》第五版 机械工业出版社课后习题答案第二章 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 d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。

π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2mI π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41 I mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I 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≈89.48b) I m2≈6741.0I ≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=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。

电力电子技术答案（第五版）电子电力课后习题答案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 然＞0且UQ01.2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1一43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丄(*； I ms in tutd(wt) = —+1) = 0.5434 ImI”2 2I 3=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J 、h 、J 各为多 少?这时，相应的电流最大值匚、口、J 各为多少？解：额定电流Igv 严100A 的晶闸管，允许的电流有效值I 二157A,由上题计算结果知a ）JA, 匚严 0. 2717L ：严 89.48A b ） R Id ^O,5434Z w2.126.56A电力电子技术答案（第五版）c) 1x3=21=314Id3 二1・，试计算各波形的电流平均值Lx 、Id 、J 及电流有效值h 、k 、Iso解：“20血⑷）弓（丰+ 1)心 0.2717 (Ims in G7r)2J(vvr)=岁a 0.4767Im b) 0.6741 Im1. 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，III P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管VI、V2,分别具有共基极电流增益川和血，山普通晶阐管的分析可得，甸+血=1是器件临界导通的条件。

al + a2>\两个等效晶体管过饱和而导通；al+a2<\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及普通晶闸管在设计和工艺方面有以下儿点不同：1）GTO在设计时Q2较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；2）GT0导通时刃+血的更接近于1,普通晶闸管<zl + a2>1.5,而GTO则为al + 6/2^1.05, 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。

第二章 单相可控整流电路习题与思考题解2-1．什么是整流？它是利用半导体二极管和晶闸管的哪些特性来实现的？解：整流电路是一种AC ／DC 变换电路,即将交流电能变换为直流电能的电路,它是利用半导体二极管的单向导电性和晶闸管是半控型器件的特性来实现的.2-2．某一电热装置〔电阻性负载〕,要求直流平均电压为75V,电流为20A,采用单相半波可控整流电路直接从220V 交流电网供电.计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值,并选择晶闸管.解：<1>整流输出平均电压Ｕd =⎰παωωπ22).(.sin 221t td U =⎰παωωπ).(.sin 2212t td U=2cos 145.02cos 1222ααπ+≈⎪⎭⎫⎝⎛+U U cos α=5152.0122045.0752145.022=-⨯⨯=-U U d则 控制角α≈60°导通角θ=π-α=120° <2>.负载电流平均值 I d =RU d=20<A> 则 R ＝U d ／I d ＝75／20=3.75Ω 负载电流有效值I ,即为晶闸管电流有效值I V1,所以 I =I V1=()⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛παωωπt d t R U 22sin 221=παπαπ22sin 412-+R U ＝37.6<A> <3>.当不考虑安全裕量时 I V1=k fe I VEAR =1.57I VEAR则晶闸管通态平均电流 I VEAR =I V1 /1.57=37.4 /1.57=23.9<A> 晶闸管可能承受的最大正反向电压为311220222≈⨯=U <V>所以,可选择额定通态平均电流为30A 、额定电压为400V 的晶闸管.按裕量系数2,可选择额定通态平均电流为50A 、额定电压为700V 的晶闸管.2-3．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2cos 122απ+=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 V1的波形. 解： Ｕd =⎰παωωπ22).(.sin 221t td U =⎰παωωπ).(.sin 2212t td U=2cos 145.02cos 1222ααπ+≈⎪⎭⎫⎝⎛+U U 控制角为α时的输出整流电压u d 、晶闸管承受电压u V1的波形参阅教材P31中的图2-3〔b 〕、<c>、<d>和<h>.2-4．将单相半波可控整流电路中电阻负载和电感性负载的工作原理作个比较,找出差别,并画出电阻负载输出电压u d 、电流i d 和晶闸管电压u V1波形；写出U d 、I d 计算公式. 解：电阻性负载电路输出电流i d 与输出电压u d 相位相同,波形相似.晶闸管导通区间从α至π,导通角θ＝π－α.u d 波形从α至变压器二次电压正变负的过零点. 电感性负载电路由于电感的储能作用,输出电流i d 与输出电压u d 相位不相同,电流i d 滞后于电压u d .而且,电流i d 不能随电压u d 突变.晶闸管导通区间从α开始并超过π过零点,导通角θ>π－α.u d 波形从α开始至变压器二次电压正变负的过零点后,进入负半周.导通角θ的大小,与负载电感值L 有关,L 越大,储能越多,θ亦越大,u d 波形进入变压器二次电压负半周的部分亦越多,输出电压的平均值U d 亦下降的越多.当负载为大电感负载时,U d 近似等于零,此时输出平均电流I d 亦很小.电阻负载输出电压u d 、电流i d 和晶闸管电压u V1波形参阅教材 Ｐ27中的图2-1.电阻负载U d 、I d 计算公式如下： <1>整流输出平均电压Ｕd =⎰παωωπ22).(.sin 221t td U =⎰παωωπ).(.sin 2212t td U=2cos 145.02cos 1222ααπ+≈⎪⎭⎫⎝⎛+U U <2>.负载电流平均值 I d =RU d2-5．单相半波大电感负载可控整流电路中,带续流二极管和不带续流二管在输出电压u d 和电流i d 、晶闸管电压u V1和电流i V1、续流二极管电压u V2和电流i V2波形上有何区别.写出带续流二极管时u d 、i d 、i V1、i V2的平均值和有效值计算公式.解：不带续流二管时,当负载为大电感负载时,输出电压u d 波形与横坐标所围的正负面积相等,U d 近似等于零,此时输出平均电流I d 亦很小.输出电压u d 和电流i d 、晶闸管电压u V1和电流i V1的波形参阅教材P30中的图2-2.其中,i V1的波形与i d 的波形相同.带续流二极管时,由于续流二极管的作用,晶闸管从α开始导通,至变压器二次电压正变负的过零点时,由于电感应电动势的作用使续流二级管导通,晶闸管被迫关断,所以,晶闸管导通区间从α至π,导通角θ＝π－α.由于负载为大电感负载,所以负载电流i d 脉动很小,近似为一平行横坐标的直线,晶闸管电流i V1、续流二极管电流i V2近似为正向矩形波,导通角分别为θ＝π－α和θ＝π＋α.输出电压u d 和电流i d 、晶闸管电压u V1和电流i V1、续流二极管电压u V2和电流i V2波形参阅教材P31中的图2-3.带续流二极管时u d 、i d 、i V1、i V2的平均值和有效值计算公式如下： 〔１〕输出电压的平均值U d 为 U d =0.45U 22cos 1α+ 〔２〕输出电压的有效值值U 为 U =()()⎰παωωπt d t U 22sin 221=παπαπ22sin 412-+U 〔３〕输出电流的平均值I d 为 〔４〕输出电流的有效值值I 为 I ＝RU I dd =〔５〕晶闸管的平均电流I V1AR 为 I V1AR =()⎰-=παπαπωπd d I t d I 2.21 〔６〕晶闸管电流的有效值I V1为I V1=d d I t d I .2)(212παπωππα-=⎰ 〔７〕续流二极管的平均电流I V2AR 为 I V2AR =()⎰++=αππαπωπ.2.21d d I t d I〔８〕续流二极管电流的有效值I V2为 I V2=()d d I t d I .2.2102παπωπαπ+=⎰+ 2-6．有一单相桥式全控整流电路,负载为电阻性,要求α=30°时,U d =80V,I d =7A.计算整流变压器的副边电流I 2,按照上述工作条件选择晶闸管. 解：I d =U d ／R ,则R =U d ／I d =80／70=1.14Ω U d =0.9U 2×<1+cos α>／2则 U 2=95Vt d t R U I ωωππ2222sin 222⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=＝παπαπ-+2sin 212R U ＝82.12 <A> 58221==I I V <A>I VEAR =I V1／k fe =58／1.57≈37 <A> 考虑裕量系数2,２×37＝74<A>7.2689522222≈⨯⨯=U <V>选额定电流100A 、额定电压300V 的晶闸管.2-7．单相全控桥式整流电路接大电感负载,已知U 2=100V,R =10Ω,α=45°.〔1〕负载端不接续流二极管V4,计算输出整流电压、电流平均值与晶闸管电流有效值. 〔2〕负载端接续流二极管V4,计算输出整流电压、电流平均值与晶闸管、续流二级管电流有效值.画出u d 、i d 、i V11、i V4与变压器次级电流i 2的波形. 解：〔1〕负载端不接续流二极管V4时 输出电压平均值为 ＝0.9×100×0.707≈63.7<V> 输出直流电流平均值为37.6≈=RU I dd <A> 晶闸管电流的有效值为()⎰+=απαωπt d I I d V .2121=d I 21≈4.5<A><2〕负载端接续流二极管V4时 输出电压平均值()8.76854.01009.02cos 19.0..sin 22222=⨯⨯=+≈=⎰πααωωπU t td U U d <V> 输出直流电流平均值为68.7≈=RU I dd <A> 晶闸管与整流二极管电流的有效值I V1、I V2为70.468.7360135=⨯=<A> 续流二极管电流的有效值I V4为()d d V I t d I I παωπα==⎰24.22=84.368.718045=⨯<A> 变压器二次电流的有效值I 2为65.670.4221=⨯==V I <A>接续流二极管时的u d 、i d 、i V11、i V4与变压器次级电流i 2的波形参阅教材 Ｐ41中的图2-8. 2-8．单相桥式半控整流电路接电阻性负载,要求输出整流电压0～100V 连续可调,30V 以上时要求负载电流能达到20A.当〔1〕采用220V 交流电网直接供电；2〕采用变压器降压供电,最小控制角αmin =30°,试分析比较二种供电方式下晶闸管的导通角和电流有效值、交流侧电流有效值与电源容量.解：〔1〕采用220V 交流电网直接供电时 当输出平均电压Ｕd 为100V 时 则 0101.012209.0100219.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α当输出平均电压U d 为30V 时 则 6970.012209.030219.02cos 2-≈-⨯⨯=-=U U d α导通角θ＝π－α,所以晶闸管导通角θ＝90°～46°.要求在此导通角X 围之间,均能输出20A 负载电流,故应在最小θ即最大αmax 时,计算晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值.I d =20A,则晶闸管平均电流I V1AR ＝I d ／2=10A当α＝134°=134π／180=0.7444π时 波形系数为晶闸管电流的有效值为2.321022.3111=⨯==AR V f V I K I 〔Ａ〕交流侧电流的有效值为5.45212≈=V I I 〔Ａ〕交流电源容量为2〕采用变压器降压供电时 U d =0.9 U 22cos 1α+ 当αmin =30°时,输出电压为100V,则变压器二次电压为()()11930cos 19.01002cos 19.022≈+⨯=+=αd U U <V> 当U d =30V 时的最大控制角αmax 为 αmax ≈116°晶闸管导通角θ＝π－α,则θ＝150°～64°要求在此导通角X 围之间,均能输出20A 负载电流,故应在最小θ即最大αmax 时,计算晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值.I d =20A,则晶闸管平均电流I V1AR ＝I d ／2=10A当α＝116°=116π／180=0.6444π时 波形系数为 晶闸管电流的有效值9.261069,2111=⨯==AR V f V I K I 〔Ａ〕变压器二次电流的有效值0.38212==V I I 〔Ａ〕变压器二次容量可见,在可控整流电路输出较低电压时,采用变压器供电有利于降低所用晶闸管的额定电流和额定电压,以与交流电源的容量.因为采用变压器供电可使可控整流电路在较小控制角α和较低的变压器二次电压下运行.2-9．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、续流二极管的电流平均值、有效值以与变压器容量.解：1、在最小控制角αmin 和最大整流输出电压时,计算变压器二次电压U 2()()3.9530cos 19.0802cos 19.022≈+⨯=+=αd U U <V>2、在最小整流输出电压时计算出最大控制角αmax 当U d =20V 时的最大控制角αmax 为 则 αmax =122°3、在最不利的条件下,计算各器件的电流有效值和变压器二次有效值I 2,因为晶闸管、整流管、续流二极管电流有效值涉与管芯的发热和合理选择器件的电流额定容量.变压器二次电流I 2涉与变压器容量的选择,这些量的计算必须以电路运行中的最大值为基础,以保证器件和设备的安全运行.晶闸管与整流二极管电流的平均值I V!AR 、I V2AR 与有效值I V1、I V2 其最大值出现在αmin =30°时,所以3.820360150221=⨯=-==d ARV AR V I I I παπＡ 9.1220360150221=⨯=-==d V V I I I παπＡ 续流二极管电流的平均值I V4AR 与有效值I V4 其最大值出现在αmax =122°时,所以6.132********=⨯==d ARV I I παＡ 5.16201801224=⨯==d V I I πα A 变压器二次电流的有效值I 2其最大值出现在αmin =30°时,所以 则变压器二次容量2-10．单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路接大电感负载,负载两端并接续流二极管的作用是什么？两者的作用是否相同？解：单相桥式全控整流电路大电感负载整流输出平均电压为其负载两端并接续流二极管是为了使交流电源电压进入负半周时,由续流二极管续流,使晶闸管关断,提高整流输出电压的平均值.整流输出平均电压为单相桥式半控整流电路接大电感负载,负载两端并接续流二极管的作用是为了避免失控现象的发生,保证整流电路的安全运行.整流输出平均电压亦为2-11．单相可控整流电路供电给电阻负载或蓄电池充电〔反电势负载〕,在控制角α相同,负载电流平均值相等的条件下,哪一种负载晶闸管的额定电流值大一些？为什么？解：反电动势负载电路中晶闸管的额定电流大一些.因为当控制角为α时,电阻性负载时,晶闸管的导通角θ＝π-α.而反电动势式负载时,当α小于不导电角δ时,θ＝π-2δ；当α大于不导电角δ时,晶闸管的导通角θ＝π-α-δ.所以,反电动势负载时的波形系数K f1大于电阻性负载时的波形系数K f2.当负载电流平均值相等的条件下,反电动势负载时的晶闸管电流的有效值大于电阻性负载时的晶闸管电流的有效值.因此,反电动势负载晶闸管的额定电流大一些.2-12．直流电动机负载的特点与其等效电路如何？串接平波电抗器的意义何在？解：直流电动机反电动势负载,其等效电路为一直流反电动势和电阻串联.由于反电势的作用,晶闸管的导通角变小,负载电流将出现断续,通常反电势负载的内阻又很小,所以输出同样的平均电流,峰值电流很大,因而电流的有效值大,要求电源的容量亦大.对于直流电动机负载,将使其机械特性变软,整流换相时产生火花.为使负载电流连续,克服上述缺点,常在反电势负载的整流输出端串联平波电抗器,其目的是利用电感的储能作用来平衡电流的脉动和延长晶闸管的导通时间.2-13．串平波电抗器电动机负载与大电感负载在单相全控桥整流电路中,输出电压波形一样吗？为什么？电动机的反电动势E d不起作用吗？解：在理想的情况下,二种电路输出电压的波形是一样的.因为平波电抗器电感量的选择原则是：在最小的负载电流I dmin〔低速轻载情况下〕时,保证负载电流连续,即晶闸管导电角θ=180°.这是在最不利情况下,为保证电流连续选择的电感L值,当负载电流大于I dmin时,L的储能增多,电流就不会不连续.当负载电流连续时,其输出电压的波形与大电感负载电路相同电动机的反电动势E d不是不起作用,串平波电抗器的反电势负载电流连续时,晶闸管导通角θ=180°,波形与大电感负载时相同,输出电压U d交流分量几乎全部降落在电抗器上,反电势负载〔例如直流电动机〕上的电压脉动很小,负载电流i d波形基本平直,可以近似看成为平行于横坐标的直线,晶闸管电流波形为180°的矩形波.所以,各种参数之间的数量关系,也与大电感负载时相同.只是由于反电势的作用,负载电流的平均值为I d=<U d-E>/R,2-14．对单相大电感性负载可控整流电路,画图说明全控桥和半控桥输出电压u d、晶闸管电流i V1和变压器二次电流i2波形的差别.半控桥加续流二极管与其不加续流二极管时又有何差别？解：单相全控桥大电感性负载可控整流电路,输出电压u d、晶闸管电流i V1和变压器二次电流i2波形如教材P37中的图2-6<d>、<f>、<g>、〔h〕所示.晶闸管导电角为θ=π,对应桥臂对管轮流导通和关断,电流i V1波形为为180°的正向矩形波.变压器二次电流i2波形为正负180°的矩形波.当α>0°时,输出电压u d波形将进入交流电源的负半周.半控桥加接续流二极管V4后,输出电压u d和变压器二次电流i2的波形与不接续流二极管V4时相同,如教材P41中的图2-8<d>、<j>所示.而晶闸管和整流二极管的导电角为θ=π-α.图2-8〔f〕和图2-8 <i>波形上有斜线的部分不再存在,这部分的导电功能由续流二极管V4来代替,如教材图2-8〔l〕所示.不加续流二极管时,晶闸管的导通角和整流二极管的导电角为θ=π,但图2-8〔f〕和图2-8 <i>波形上有斜线的部分对应的α期间,为同一桥臂的晶闸管和整流二极管续流期间.半控桥不加续流二极管和加接续流二极管两种情况的输出电压u d波形是相同的,在α角对应的区间,输出电压u d为零.变压器二次电流i2波形为正负π-α的矩形波,在α角对应的区间,由于是续流期间,变压器二次电流i2为零.但接续流二极管电路,在续流期间,晶闸管和整流二极管全部关断.。

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 π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m=π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I mI 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =2m I π2123+≈0.898 I m c) I d3=π21⎰2)(πωt d I m =0.25I mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =0.5I 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≈I≈329.35，I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41I m3=78.5 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。

课外练习1. 单相桥式全控整流电路，2100U V =，负载中2R =Ω，L 值极大，当30α=时，要求：①画出d u 、d i 和2i 的波形；②求整流输出平均电压d U 、电流d I ，变压器二次电流有效值2I ；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

1解：:①d u 、d i 和2i 的波形如下图②U d =0.9U 2cos α=0.9×100×cos ︒30＝77.97（V ）I d ＝U d /R=77.97/2=38.99(A)I 2=I d =38.99(A)③晶闸管承受最大反向电压U SCR =2U 2=1002=141.4(V)考虑安全裕量后U 额=(2~3)×141.4=283~424(V)流过晶闸管的电流有效值为:I VT =I d /2=27.57(A)考虑安全裕量后晶闸管的额定电流为:I 额=(1.5~2)×27.57/1.57=26~35(A)2. 在三相半波整流电路中，如果a 相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压d u 的波形。

2解: 假设α=︒0,a 相的触发脉冲消失：（1）当负载为电阻时,U d 的波形如下:（2）当负载为电感时，U d 的波形如下：3. 有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是α，那么共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，例如都是a 相，在相位上差多少度？3解: 三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法,a 、b 两相之间换相的的自然换相点不是同一点。

它们在相位上相差︒180.4. 三相半波可控整流电路，2100U V =，带电阻电感负载，5R =Ω，L 值极大，当60α=时，要求：① 画出d u 、d i 和1VT i 的波形；② 计算d U 、d I 、dVT I 和VT I 。

4解：解:①d u 、d i 和1VT i 的波形如下图:60=58.5(V)②U d=1.17U2cosα=1.17×100×cos︒I d＝U d/R=58.5/5=11.7(A)I dvT=I d/3=11.7/3=3.9(A)I VT=I d/3=6.755(A)5.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压u波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？d5解：三相桥式全控整流电路如图5（a）所示。