电力电子技术课后习题答案

目录 第 1 章电力电子器件 ································1 第 2 章整流电路 ··································4 第 3 章直流斩波电路 ································ 20 第 4 章交流电力控制电路和交交变频电路 ······················· 26 第 5 章逆变电路 ·································· 31 第 6 章 PWM 控制技术································ 35 第 7 章软开关技术 ································· 40 第 8 章组合变流电路 ································ 42 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 AK0 且 u GK0。 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、Id2、Id3与电流有效值 I 1、I2、I3。 0  4  a) 20  4  5 4 b) 2 0  2 c) 2 图1-43 图 1-43晶闸管导电波形 1 解：a)I d1= 2 π I 1=    4 I m sintd(t)=   4 2I m1)0.2717 I m ( 2 π2 1 2 (I m sint)2d(t)= I m 2 31 0.4767I m 42 b)I d2 = 1 π 1   4 I m sintd(t)= 2I m1)0.5434I m ( 2π 2I m 2 I 2 =    4 (I m sint)2d(t)=  31 0.6741I m 42 1 c)I d3= 2 π 2 0 I md(t) =  1 I m 4 1 I m 2 1 I 3 = 2  2 0 I m d(t)= 2 4. 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、Id2、Id3各为多少？这时， 相应的电流最大值I m1、Im2、Im3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 1 I 329.35， 0.4767 I b)I m2 232.90, 0.6741 a)I m1  c)I m3=2 I= 314, I d1 0.2717I m1 89.48 I d2 0.5434 I m2 126.56 I d3= 1 I m3=78.5 4 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 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，由 P 1N1P2和 N1P2N2构成两个晶体管 V1、V2,分别具有共基极电流增益  1 和2，由普通晶闸管的分析可得，1+2=1 是器件临界导通的条件。1+2＞1，两个等效晶体 管过饱和而导通；1+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： 1) GTO 在设计时2较大，这样晶体管 V 2控制灵敏，易于 GTO 关断； 2) GTO 导通时的1+2更接近于 1，普通晶闸管1+2 1.15，而 GTO 则为 1 +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 P 2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。 6. 如何防止电力 MOSFET 因静电感应应起的损坏？ 答：电力MOSFET 的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。MOSFET 的输入电容是低泄漏电容，当栅极开 路时极易受静电干扰而充上超过20 的击穿电压，所以为防止 MOSFET 因静电感应而引起的损坏，应注 意以下几点： ① 一般在不用时将其三个电极短接； ② 装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必须接地； ③ 电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 ④ 漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。 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。 GTR 驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速 开通过程，减小开通损耗，关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电 压，以加速关断速度。 GTO 驱动电路的特点是：GTO 要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且一 2 般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通 常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。 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。 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。 答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，du/dt或过电流和 di/dt，减小器件的开 关损耗。 RCD 缓冲电路中，各元件的作用是：开通时，C s 经R s 放电，R s 起到限制放电电流的作用；关断时， 负载电流经 VD s从 C s分流，使 du/dt 减小，抑制过电压。 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 开关速度高，开关损耗小，具有耐脉 IGBT 冲电流冲击的能力，通态压降较低，开关速度低于电力MOSFET,电 输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率 小 GTR 耐压高，电流大，开关特性好，通流 能力强，饱和压降低 电压、电流容量大，适用于大功率场 GTO合，具有电导调制效应，其通流能力 很强 开关速度快，输入阻抗高，热稳定性 电力 MOSFET 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 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 电流