电力电子技术答案

电力电子技术答案 1 / 501

电力电子技术习题解答

习题一

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〔UAK>0〕，并在门极施加触发电流〔UGK>0〕。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

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？

燒纓屡曖巹鐨覺谎绮顆铢儀吳崭镟。

答：这是由于晶闸管的阳极电流IA没有到达晶闸管的擎住电流〔IL〕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。

继顽譽谥這搅镝膃檁鲶垆暈阌馑篮。

3、图1-32中的阴影局部表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为 Im，试计算各波形

的电流平均值、有效值。如不考虑平安裕量，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 Id各为多少？

i i

0

2 t 0

2 t

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2 / 502 (a) (b)

i i

0 4/32 7/3 t 0 2 7/3 t

(c) (d)

i i

0 2 9/4 t 0 5/4 2 9/4 t

(e) (f)

图1-32习题3 附图

解：〔a〕Ida 1Imsin(t)d(t) 12Im Im

m

20

2

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3 / 503 Ia 1 (Imsin m 21(1 cos2t)d(t) Im

t)2d(t)

2 2 0 02

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为 157A，那么Im 2157314(A)；

平均值为： Ida Im 100A。

〔b〕Idb 1Imsin(t)d(t) 2Imm

0

Ib 1 (Imsint)2d(t) m 21(1cos2t)d(t) Im

0 02 2额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为 157A，那么Im 2 157 222(A)；

平均值为： Idbm 141.33(A)。

1

Imsin(t)d(t) 3

〔c〕Idc Imm

3 2

1

(Imsint) d( m 2(1cos2t)d(t)Im 1 3

Ic t) ( )Im

3 3 3 8

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为 157A，那么Im 157 247.56(A)；

平均值为： dc 118.21( ) 电力电子技术答案

4 / 504 Im A。

〔d〕Idd 1Imsin( t)d( ) 13Im 3Im m

23 224

Id (Imsin d( t) m 1

cos2t)d(t) 1(3

2t) (1

2)Im

3 2 38

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为 157A，那么Im 157 350.06(A)；

平均值为：

dd 83.56( )。

Im A

〔e〕Ide 14Imd( Im m

t)

20

24

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5 / 505 Ie 14Im 2d(t) Im

20

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为 157A，那么Im 157

444.00(A)

平均值为：

de 55.5( )

Im A。

〔f〕Idf 1 4Imd( t) Imm

0

4

f 1 4Im2d(t) m

0

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为 157A，那么：Im 157

314(A)

平均值为： Idf 314 78.5(A)

4、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？

答：GTO和普通晶闸管同为 PNPN结构，由P112 122 构成两个晶体管 12 电力电子技术答案

6 / 506 NP 和NPN V、V

别具有共基极电流增益α 1和α2，由普通晶闸管得分析可得，α 1＋α2＝1是器件临界

导通的条件。α 1＋α2>1两个晶体管饱和导通；α 1＋α2<1不能维持饱和导通而关断。

GTO能关断，而普通晶闸管不能是因为 GTO在结构和工艺上有以下几点不同：

A多元集成结构使每个GTO元的阴极面积很小，门极和阴极的距离缩短，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。

删狈訊苁祢僨镭銚適烁诏鱸凭銚怼。

GTO导通时α1＋α2更接近1，晶闸管α1＋α2，而GTO那么为α1＋α2≈，饱和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。

贳丛腽红潜觐髕龄針铹葷刪滤賺岘。

GTO在设计时，α2较大，晶体管V2控制灵敏，而α1很小，这样晶体管V1的集电

极电流不大，易于从门极将电流抽出，从而使GTO关断。

5、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？

赢阏韪领静廪橈摜燙紳姗鄆陰钡緒。

答：二者都是电流型驱动型器件，其开通和关断都要求有相应的触发脉冲，要求其触

发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。 GTR要求在导通期间一直提供门极触发电流信

号，而GTO当器件导通后可以去掉门极触发电流信号； GTO的电流增益〔尤其是关断驰為敵攝構穷籪審維凉缭畝现锉塵。电力电子技术答案 7 / 507

电流增益很小〕小于GTR，无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度，

其对触发电流信号〔尤其是关断门极负脉冲电流信号〕的要求比 GTR高。

6、试比较GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异和各自的优缺点。

峥髅嬌赃衛議设鎘錦鬧铛笕籮矾鎮。

答：见下表

器件 优点 缺点

耐压高，电流大，开关特性 开关速度低，电流驱动型需要驱动功

GTR 好，通流能力强，饱和压降低 率大，驱动电路复杂，存在 2次击穿问

题

电压、电流容量很大，适用于 电流关断增益很小，关断时门极负脉

GTO 大功率场合，具有电导调制效 冲电流大，开关速度低，驱动功率很

应，其通流能力很强 大，驱动电路复杂，开关频率低

开关速度快，开关损耗小，工 电流容量小，耐压低，通态损耗较

作频率高，门极输入阻抗高， 大，一般适合于高频小功率场合

MOSFET 热稳定性好，需要的驱动功率

小，驱动电路简单，没有2次

击穿问题

开关速度高，开关损耗小，通 开关速度不及电力 MOSFET，电压、电

IGBT 态压降低，电压、电流容流容量不及 电力电子技术答案

8 / 508 量较 GTO。

高。门极输入阻抗高，驱动功

率小，驱动电路简单电力电子技术答案

9 / 509 习题二

1、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30V时，负载电流平均值到达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α＝30°，〔设降压变压器为理想变压器〕。试求：浍討縶溃統釙摑讖嘱啸徑諒筚櫞鷺。

min

1〕变压器二次侧电流有效值I2；

2〕考虑平安裕量，选择晶闸管电压、电流定额；

〔3〕作出α＝60°时，ud、id和变压器二次侧 i2的波形。

解：由题意可知负载电阻 Ud 30

欧，

R

Id 20

单相全控整流的直流输出电压为 Ud 2U2 (1cos)

直流输出电压最大平均值为 100V，且此时的最小控制角为 αmin＝30°，带入上式可

求得

100

119(V)

U2

2

〔1〕I2 U 12U2sin t)2dt U2 sin2 sin2 电力电子技术答案

10 / 5010 R R R 2 2

α＝30°时， 2max sin

6 378.18(A) min

2

〔2〕晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为

IVT I2max

2 55.28(A)

2

UVT 2U2 168.29(V)

考虑3倍余量，选器件耐压为 168×3＝500V；额定电流为(55.28/1.57)×3＝

100A（

（ 3〕