(完整版)电力电子技术第2章习题_答案解析

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. 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ｕGK >0。

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。

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I m ,试计算各波形的电流平均值Ｉd1、Ｉd2、Ｉd3与电流有效值I １、I 2、I ３。

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 Ｉm 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 Ｉ3 =⎰202)(21πωπt d I m =21Ｉm5. 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 d ２、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值Ｉｍ1、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，ﻩﻩI d １≈０.2717 I m1≈89.48 b) I m2≈6741.0I≈232.90, I ｄ2≈0.５4３4 Ｉm2≈12６.56 c) I ｍ3=2 I ＝ 314,ﻩﻩﻩ I d3=41Ｉｍ3=78.5第三章 整流电路1. 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。

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。

2-6 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α1 和α２，由普通晶闸管的分析可得，α1 + α 2 = 1 是器件临界导通的条件。

α1 + α 2＞1 两个等效晶体管过饱和而导通；α1 + α 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：l)GTO 在设计时α 2 较大,这样晶体管 T2 控制灵敏,易于 GTO 关断;2)GTO 导通时α1 + α 2 的更接近于 l,普通晶闸管α1 + α 2 ≥ 1.5 ,而 GTO 则为α1 + α 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。

2-7与信息电子电路中的MOSFET相比,电力MOSFET具有怎样的结构特点才具有耐受高电压和大电流的能力？1．垂直导电结构：发射极和集电极位于基区两侧，基区面积大，很薄，电流容量很大。

2．N-漂移区：集电区加入轻掺杂N-漂移区，提高耐压。

3．集电极安装于硅片底部，设计方便，封装密度高，耐压特性好。

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. 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。

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。

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I ，试计算各波形的电流平均值I 、I 、I 与电流有效值I 1、I 2、I 3。

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 =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m5. 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=78.5第三章 整流电路1. 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。

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。

一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。

题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。

2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。

电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。

2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。

电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。

2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。

导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。

阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。

电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。

感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。

2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。

若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。

2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。

从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。

、简答题2.1晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。

R题2.1 图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S 开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。

2.2试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。

电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。

2.3试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。

电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。

2.4普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。

导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。

阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。

电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。

感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，di/dt 越大，峰值电压U FP 越高。

2.5试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。

若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。

2.6比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。

从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。

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2至第8章作业第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：U AK >0且U GK >0。

2. 维持晶闸管导通的条件是什么？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。

3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：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。

4. 图1中阴影局部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。

πππ4π4π25π4a)b)c)图1-43图1 晶闸管导电波形7. 晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？答：〔1〕触发信号应有足够的功率。

〔2〕触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。

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，L＝20mH，U2＝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。

2．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考虑平安裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

3．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a=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考虑平安裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

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。

WORD格式.整理版《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。

第2至第8章作业第2章电力电子器件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、维持晶闸管导通得条件就是什么？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。

3、怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答:要使晶闸管由导通变为关断,可利用外加电压与外电路得作用使流过晶闸管得电流降到接近于零得某一数值以下,即降到维持电流以下,便可使导通得晶闸管关断。

4、图1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I m,试计算各波形得电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。

πππ4π4π25π4a)b)c)图1-43图1 晶闸管导电波形7、晶闸管得触发脉冲需要满足哪些条件？答:(1)触发信号应有足够得功率。

(2)触发脉冲应有一定得宽度,脉冲前沿尽可能陡,使元件在触发导通后,阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。

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,L＝20mH,U2＝100V,求当α＝0°与60°时得负载电流I d,并画出u d与i d波形。

2.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、与i2得波形;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,确定晶闸管得额定电压与额定电流。

3.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a=30°时,要求:①作出u d、i d与i2得波形;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,确定晶闸管得额定电压与额定电流。

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得电压波形。

第2至第8章作业第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:U AK 〉0且U GK >0。

2. 维持晶闸管导通的条件是什么?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。

3。

怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答: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。

4。

图1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。

002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图1 晶闸管导电波形7。

晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？答：（1）触发信号应有足够的功率。

（2）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡,使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通.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,L＝20mH，U2＝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。

2．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。

3．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a=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。

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。