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第一章：电力电子习题解答

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第一章 电力电子器件
习题及思考题
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）。
即：UAK ＞ 0且UGK ＞ 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阳极电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，
即：维持电流。
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阳极电流
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头断。

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I1、I2、I3 。

解：a） mmmdI.I)t(dtsinII2717012222141）＋（＝＝
mmmI.I)t(d)tsin(II476702143221241
＋＝＝
b） mmmdI.I)t(dtsinII54340122142）＋（＝＝
mmmI.I)t(d)tsin(II674102143221242
＋＝＝
c） mmdI)t(dII4121203＝＝
mmI)t(dII21212023
＝＝


0 0 0
π π 2π π/4 2π 2π

5π/2

π/2
π/4

图1－43 晶闸管导电波形
a）
b） c）
４．上题中如果不考虑安全裕量，问100A晶闸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，
根据电流有效值相等的原则可得：
a） I1＝157A＝0.4767Im ∴ Im1＝157/ 0.4767＝329.35（A）
Id1 ＝0.2712 Im1＝89.48（A）
b） I2＝157A＝0.6742Im ∴ Im2＝157/ 0.6742＝232.88（A）
Id2 ＝0.5434 Im1＝126.56（A）
c） I3＝157A＝0.5Im ∴ Im3＝157/ 0.5 ＝314（A）
Id3 ＝0.25 Im1＝78.5（A）

５．GTO和普通晶闸管同为PNP结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？
解：1）GTO器件α2较大，模型中的V2控制灵敏。
2）使导通时的α1＋α2更接近于1，而SCR设计的α1＋α2 ≥1.5，导通时，GTO
饱和程度不深，更接近临界饱和，为门极控制关断提供了有利的条件。
3）多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小，P2基区的横向电阻很小，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因静电感应引起的损坏？
解：1）栅极加过压保护。栅源电压不要超过20V。
2）运输焊接时防止静电（栅源短接）。

７．IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点？
解：IGBT 和MOSFET均为电压驱动器件，栅源极之间有间电容，故要求驱动电路具
有较小的输出电阻，以使快速建立驱动电压。IGBT驱动电路栅射电压为15～20V，而
MDSFET栅源电压为10～15V。驱动电路还能提供反压以减小关断时间和关断损耗，同时
IGBT驱动电路具有退饱和检测和保护环节。
GTR和GTO均为电流驱动器件，故要求触发电路能提供前沿陡度高的正向和负向强触
发电流。强脉冲应具有一定的宽度。GTR触发电路还应该具有抗饱和功能，以保证GTR导
通时处于临界饱和状态。

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？
解：
（1）关断缓冲电路（du/dt抑制电路）：吸收关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减
小关断损耗；
（2）开通缓冲电路（di/dt抑制电路）：抑制器件开通时的电流过冲和di/dt及开通损耗。
（3）在RCD抑制电路中，C吸收过电压过电流的能量，R消耗C中吸收的能量，D
提供R耗能和C吸收能量的通路。

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

GTR
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

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电工与电子技术基础第一章习题答案

电工与电子技术基础第一章习题答案

第1章电路的基本定律与分析方法【思1.1.1】(a) 图U ab＝IR＝5×10＝50V，电压和电流的实际方向均由a指向b。

(b) 图U ab＝－IR＝－5×10＝－50V，电压和电流的实际方向均由b指向a。

(c) 图U ab＝IR＝－5×10＝－50V，电压和电流的实际方向均由b指向a。

(d) 图U ab＝－IR＝－(－5)×10＝50V，电压和电流的实际方向均由a指向b。

【思1.1.2】根据KCL定律可得(1) I2＝－I1＝－1A。

(2) I2＝0，所以此时U CD＝0，但V A和V B不一定相等，所以U AB不一定等于零。

【思1.1.3】这是一个参考方向问题，三个电流中必有一个或两个的数值为负，即必有一条或两条支路电流的实际方向是流出封闭面内电路的。

【思1.1.4】(a) 图U AB＝U1＋U2＝－2V，各点的电位高低为V C＞V B＞V A。

(b) 图U AB＝U1－U2＝－10V，各点的电位高低为V B＞V C＞V A。

(c) 图U AB＝8－12－4×(－1)＝0，各点的电位高低为V D＞V B(V A＝V B)＞V C。

【思1.1.5】电路的电源及电位参考点如图1-1所示。

当电位器R W的滑动触点C处于中间位置时，电位V C＝0；若将其滑动触点C右移，则V C降低。

【思1.1.6】(a) 当S闭合时，V B＝V C＝0，I＝0。

当S断开时，I＝1233+＝2mA，V B＝V C＝2×3＝6V。

(b) 当S闭合时，I＝－63＝－2A，V B＝－321+×2＝－2V。

当S断开时，I＝0，V B＝6－321+×2＝4V。

【思1.1.7】根据电路中元件电压和电流的实际方向可确定该元件是电源还是负载。

当电路元件上电压与电流的实际方向一致时，表示该元件吸收功率，为负载；当其电压与电流的实际方向相反时，表示该元件发出功率，为电源。

第1章习题答案

第1章习题答案

第1章习题答案
第1章习题
第1部分：填空题
1.电力电子技术是使用_____ 电力电子___器件对电能进行__转换和
控制
______的技术。
2. 电力电子技术是应用在___电力变换领域_____ 的电子技术。
3. 电能变换的含义是在输入与输出之间，将___电压_____、____电
流____、_____幅度___、____频率____、______相位__中的一项以上加以
改变。
4. 在功率变换电路中，为了尽量提高电能变换的效率，所以器件
只能工作在______开关__状态，这样才能降低___损耗_____。
5. 电力电子技术的研究内容包括两大分支：________电力电子器件
制作________ 技术和__变流______技术。
6.半导体变流技术包括用电力电子器件构成_____________电路和对
其进行控制的技术，以及构成________装置和________系统的技术。
第2部分：简答题
1. 什么是电力电子技术？
：使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
2. 电能变换电路的有什么特点？机械式开关为什么不适于做电能
变换电路中的开关？
电能变换电路在输入与输出之间电压，电流，频率，相位，相数
中的一项加以变换，电能变换电路中理想开关应满足切换时开关时间
为零，使用寿命长。而机械开关不能满足这些要求。
3. 电力电子变换电路包括哪几大类？
AC/DC 整流 DC/AC逆变 AC/AC 变频调功调压 DC/DC 斩波

《电力电子》课后习题答案

《电力电子》课后习题答案

第 1 章 习题3. 把一个晶闸管与灯泡串联，加上交流电压，如图 1-37 所示图 1-37问：（1）开关 S 闭合前灯泡亮不亮？（2）开关 S 闭合后灯泡亮不亮？（3）开关 S 闭合一段时间后再打开，断开开关后灯泡亮不亮？原因是什么？答：（1）不亮；（2）亮；（3）不亮，出现电压负半周后晶闸管关断。

1） 开关 S 闭合前，灯泡不亮；因为晶闸管门极没有正向门极电压，故晶闸管不能导通。

2） 开关 S 闭合后灯泡亮；因为此时晶闸管门极加上了正向电压，而 U2 为交流电源，故只有当晶闸管阳极承受正向电压时，晶闸管才导通，当晶闸管阳极电压为负时，不导通；但在电源为工频交流的情况下， 灯泡表现为始终亮。

3） 开关 S 闭合一段时间后，再打开，灯泡不亮；因为当晶闸管阳极电压为负时，即使有正向的门极电压，也会使晶闸管很快关断（晶闸管关断时间只有约 40us ）；打开 S 后，即使晶闸管阳极承受正向电压，但因为门极没有正向电压，故晶闸管也不导通。

4. 在夏天工作正常的晶闸管装置到冬天变得不可靠，可能是什么现象和原因？冬天工作正常到夏天变得不可靠又可能是什么现象和原因？答：晶闸管的门极参数 I GT 、U GT 受温度影响，温度升高时，两者会降低，温度升高时，两者会升高，故会引起题中所述现象。

夏天工作正常、冬天工作不正常的原因可能是电路提供的触发电流偏小，夏天勉强能触发，到冬天则就不能满足对触发电流的要求了。

冬天正常、夏天不正常的原因可能 是晶闸管的维持电流小，冬天勉强能关断，到夏天不容易关断；或者，因所选用的晶闸管电压 偏低，到夏天管子转折电压与击穿电压值下降， 而造成硬开通或击穿。

5. 型号为 KP100-3，维持电流 I H ＝4mA 的晶闸管，使用在如图 1-38 电路中是否合理 ？为什么？（分析时不考虑电压、电流裕量）(a)(b)(c)图 1-38 习题 5 图答：（1）I d =10050 ⨯103= 0.002 A = 2mA < I H = 4mA故不能维持导通2 （2）I 2 =220= 15.56...I d = I 2 /1.57 = 9.9 A > I H 10 2而 U TM = 220 = 311V > U R故不能正常工作（3）I d =150/1=150A>I HI T =I d =150A<1.57×100=157A 故能正常工作16. 说明 GTO 的关断原理。

电工电子技术第一章习题答案

电工电子技术第一章习题答案


10A
4Ω
5Ω
此时有： I3 =10A*4Ω /（2Ω +4Ω +5Ω ）=40/11A
（4）保留 4V 理想电压源，其余部分按理想电压源短路，理想电流源开路处置，由此 可得下图： I4 2Ω + 4V 5Ω 4Ω
由于上图不能形成电流，故 I4 =0. 综合以上，利用叠加定理： IX =I1 +I2 +I3 +I4 =20/11A-45/11A+40/11A+0=15/11A=1.364A 1-16.试求如图电路中的电流 I。 3Ω 1A 4Ω 20Ω 16V + 8Ω 解：利用戴维南定理 （1） 首先求等效电阻 R0 ，将理想电压源视为短路，理想电流源视为开路，如下图： R0 3Ω U1 3Ω
2Ω I1 4Ω + 20V 5Ω
此时通过整个电路的电流 I1 可得 I1 =20V/（2+4+5） Ω =20/11A （2）保留 5A 理想电流源，此电流方向与正方向相反，其余部分按理想电压源短路，理 想电流源开路处置，得下图： I2 2Ω
4Ω
5A
5Ω
此时可得： I2 =（-5）A*9Ω /（2 Ω +4Ω +5Ω ）=-45/11A （3）保留 10A 理想电流源，电流方向与正方向一致，其余部分按理想电压源短路，理想电 流源开路处置，得下图： I3 2Ω
此时通过整个电路的电流i1可得i120v2452011a2保留5a理想电流源此电流方向与正方向相反其余部分按理想电压源短路理想电流源开路处置得下图
电工电子技术第一章习题答案
1-1.电路如题所示，求图中的 u,i 或 R。
解：(a)电压与电流同向，则 R=