电力电子技术 贺益康 答案

η = Rb1 。 Rbb
答：
Ubb为b1.b2 间的电压，单结管未通时，Ubb=E 忽略 C 的放电时间
U c = Ubb (1 − e−t / Rec ) U p ≈ Ubb (1 − e−T / Rec )
U D + ηUbb = Ubb (1 − e−T / Rec ) Ubb − ηUbb = e−T / Rec
1交流进线电抗器限流限dudt和didt2压敏电阻过压保护3交流侧阻容保护过压保护4桥臂电感限dudt由元件换流引起didt5快熔过流保护6过压保护电容限制关断过电压对元件的损害7抑振电阻防止lc振荡限制电容放电电流8直流侧压敏电阻直流侧过压保护9过流继电器过流时继电器开路保护主电路10vdf续流二极管为负载电路提供通路过压保护提高ud11ld平波电抗器防止直流电流波动断流延长vt导通角15
答：
（1）
Id1
= 1.57Id K f1
=
Id
= 100A
I m1 = I d1 / 0.32 = 312.5A
(2)
Id2
= 1.57I d Kf2
= 1.57 ×100 1.867
= 84.1A
Im2
=
Id2 0.24
= 350 A
（3）
Id3
= 1.57Id Kf3
= 115.9A
Im3 = Id 3 / 0.48 = 241A
答：
C太小时，储存能量小，VT2导通时，C通过VT2很快放电，而其时间太短， VT1将无法关
断。
10．图 1-41 中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im。试计算各电流 波形的平均值Id1、Id2、Id3，电流有效值I1、I2、I3和它们的波形系数Kf1、Kf2、Kf3。
(1)
(2)
U bb 1 − η = e−T / Rec
−e−T / Rec = ln(1 − η)
T
=
Rec
1 ln 1 −η
f =1/T = 1 1
Rec ln 1 − η
7．三相全控桥采用带滤波器的正弦波触发器，滤波滞后 60º，同步环节的晶体管采用 NPN 型硅管，主变压器连接组为△/Ｙ-5，同步变压器的连接组为△/Ｙ-3 和△/Ｙ-9，试求各 元件触发电路的同步电压，并列表表示。
Im
= 1.57 ×100 2 × 0.354
=
222 A
15．如图 1-43 所示，在t1时刻合上开关S，t2时刻断开开关S，试画出负载上的电压波形 （不计管压降）。
图 1-43
16．说明 GTO 的关断原理。 17．描述 GTR 的二次击穿特性。 18．为什么 GTR 在开关瞬变过程中易被击穿？有什么措施预防？ 19．作为开关使用时 P-MOSFET 器件主要的优缺点是什么? 如何应用这些优点、避免 这些缺点？
（4）
Id4
= 1.57Id Kf4
= 78.5A
Im4 = Id 4 / 0.25 = 314 A
(5)
Id5
= 1.57I d Kf5
= 1.57 ×100 = 56.1A 2.8
I m5
=
Id5 0.125
=
448.5 A
12．单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联，交流电源电压有效值 220V。试计算 晶闸管实际承受的正、反向电压最高是多少？考虑晶闸管的电压安全裕量为 3 倍，其额定电 压应如何选取？
1） 如果负载电阻 R=20Ω，触发脉冲的宽度为 300μs，可否使晶闸管可靠地开通? 2） 如果晶闸管已处于通态，在电路中增加一个 lkΩ 的电阻能否使晶闸管从通态转入 断态?
9．如图 1-40 所示，当VT2触发导通时利用电容C上已充电的电压使VT1关断。现发现当 C太小时，VT2导通时VT1关不断，试问是何原因?
(3)
答：
图 1-41
(1)
∫ I d 1
=
1 2π
π 0
Im sin wtdwt
=
1 2π
[−
Im
cos
wt
]π
0
=1 π
Im = 0.32 Im
∫ ∫ I1 =
1 π (Imsin wt )2dwt =
2π 0
1 π 1 − cos 2wt
Im 2
dwt
2π 0
2
= Im
1 2π
⎡1
⎢ ⎣
2π
−
答：
正弦波 NPN 管滞后120 ，滤波已有 60 ，故应选滞后U a 60 时信号作为U a 的同步信号，
即U Tb 。以下类推
T1 Ua UTb
T2 --Uc --UTa
T3 Ub UTc
T4 --Ua --UTb
T5 Uc UTa
T6 -- Ub -- UTc
即：△/Y-3 同步变压器时，UTb UTc UTa分接Ua Ub-Uc △/Y-3 同步变压器时，-UTb -UTc -UTa分接-Ua -Ub --Uc
3．一个移相触发电路，一般应由哪些环节组成？以锯齿波同步移相触发电路为例来进 行说明。
4．在锯齿波同步移相触发电路中，双脉冲是如何产生的？为什么电源电压的波动和波 形畸变对锯齿波同步移相触发电路影响较小？ 答： 双脉冲由双脉冲形成环节产生。根据电路可知，1 号触发器对元件 1 送去第一个脉冲， 而 2 号触发器对元件 2 送脉冲时，同时又通过 1 号触发器向元件 1 送去补脉冲，以下类推。 由于锯齿波同步移相触发电路是锯齿波来控制触发电路。而锯齿波电压Uc是由恒流源提 供电流充电的，与时间作线形增长。电源电压U2的正负半周变化经同步检测环节来控制电 容C的充放电。即控制锯齿波产生的时刻及宽度。而电源电压的波动及波形畸变对锯齿波产 生时刻及宽度影响很小，只是电源电压过零点才对锯齿波的产生时刻等有较大影响。
20．P-MOSFET 器件使用中应注意什么？ 21．IGBT 有哪些突出优点？ 22．什么是 IGBT 的擎住现象？使用中如何避免？ 23．对 GTR、P-MOSFET 及 IGBT 进行比较（导电机构、开关特性、优缺点及应用范 围）。
24．比较 MOS 控制晶闸管 MCT 与静电感应晶体管 SIT 的通—断控制机理。
（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。
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？
1）同步信号电uTa与对应的晶闸管阳极电压ua的相位关系。 2）确定同步变压器的连接组，同时列出晶闸管阳极电压和同步信号电压的对应关系表。 答：
(1) PNP管 Ua UT a同相位
(2) 主变为△/Y-5
故 BT 也选为△/Y-5 10．三相全控桥的主回路直接由三相电源经进线电抗器直接连到晶闸管（可认为连接组
第 1 章 习题
1．功率二极管在电力电子电路中有哪些用途?
2．说明晶闸管的基本工作原理。在哪些情况下，晶闸管可以从断态转变为通态?已处于 通态的晶闸管，撤除其驱动电流为什么不能关断，怎样才能关断晶闸管?
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？
6．用正弦波电压加于晶闸管上，晶闸管的正、反向漏电流波形也是正弦的吗？流过正 弦半波电流时，元件的管压降波形是怎样的？
答： 特性非 线性，故漏电流不是正弦。正向管压降也不是正弦波。
7．如图 1-39，当不接负载电阻Rd时，发现改变晶闸管的触发脉冲相位（即触发脉冲相 对于交流阳极电压过零点的时刻）电压表的读数总是很小；而当接上负载后就一切工作正常。 试问是什么原因？
图 1-39
图 1-40
答：
电压表内阻极大，故不接Rd时，电流小，小于维持电流时，则元件无法导通，电压主要 降在VT上，故电压表数值很小，接负载后，元件工作正常，则电压表上数值即为U2。
8．直流电源电压U=220V，经晶闸管VT对负载供电、负载电阻R=20Ω，电感L=1H，晶 闸管擎住电流IL=55mA，维持电流IH=22mA，用一个方波脉冲电流触发晶闸管。试计算：
=
Im
3
1 2π
π [ 3
−
sin 2ωt 4
]ππ
3
= 0.46Im
K f2
=
I2 Id2
= 0.46 / 0.24 = 1.857
（3）
∫ I d3
=
1 π
π
π Im sin wtdwt = 0.48 Im
3
∫ I3 =
1 π
π π
(Im
sin
wt
)2
dwt
=
3
2I 2 = 0.65 Im
K f3
sin 2wt π 40
⎤ ⎥ ⎦
=
Im
1 2π
⎜⎛ ⎝
π 2
−
0 ⎟⎞ ⎠
=
I1 Id1
=
0.5 Im 0.32 Im
= 1.5625
（2）
∫ Id 2
=
1 2π
π
2 π
I
m
dωt
3
=
1 2π
[−Im cosωt]ππ
3
= 0.24I m
∫ I2 =
1 2π
(π
π Im
sinωt)2 dωt
第 2 章 习题
1．由晶闸管构成的主电路对触发脉冲有哪些要求？为什么必须满足这些要求？ 答： 主电路对触发电路的要求： （1）应有一定的功率和宽度，脉冲前沿要陡 （2）应能产生强触发脉冲 （3）应与主电源同步，并有一定的移相范围 （4）具有隔离输出方式和抗干扰能力
2．单结晶体管同步振荡电路是怎样实现同步的？电路中的Re选得过大或过小对电路工 作会有什么影响？为什么？
8．双脉冲形成器的原理电路如图 2-56a）所示，图中端 16 接 15Ｖ电源，端 7 接低电压， 端 1～6 的输入分别来自 3 块 KC04 的输出端，而相位关系如 b）图所示，画出端 10～15 的 波形。
答：
图 2-56 双脉冲形成器原理图
9．图 2-18 中的锯齿波同步移相触发电路的同步环节采用 PNP 晶体管，RC 滤波网络的 移相角为 60º，求：
答： 晶闸管的门极参数IGT、UGT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。
5．型号为KP100-3，维持电流IH＝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）
Id
=
100 50 ×103
= 0.002A = 2mA <
IH
= 4mA
故不能维持导通
（2）
I 2 = 220 = 15.56...Id = I 2 /1.57 = 9.9 A > IH 10 2
而
UTM = 220 2 = 311V > UR
故不能正常工作
（3）Id=150/1=150A>IH, Id<157A 故能正常工作
=
1 2π
Im
π 4
=
0.125I m
∫ I5 =
1 2π
π
4 0
(I
m
)2
dωt
=
0.35I m
K f5
=
I5 Id5
= 0.35 / 0.125 = 2.8
11．上题中如若不考虑安全裕量，问额定电流为 100A的晶闸管能送出平均值电流Id1、 Id2、Id3各多少安倍？相应的电流最大值Im1、Im2、Im3又各多少安倍？
5．一个三相桥式可控整流电路，采用图 2-9 所示的锯齿波同步移相触发电路。 1）如果发现输出直流电压的波头有高有低，可能是什么原因引起的？ 2）如果把原来的双窄脉冲触发方式改为宽脉冲触发方式，触发电路应作哪些调整？
6．证明单结晶体管脉冲移相电路的触发脉冲周期为 T
=
ReC
1 ln 1−η
，式中分压比
13．设上题中晶闸管的通态平均电流为 100A，考虑晶闸管的电流安全裕量为 2 倍，试 分别计算导电角为 180°和 90°时，电路允许的峰值电流各是多少？
14．如图 1-42 所示，画出负载Rd上的电压波形（不计管压降）。
答：
（1）θ = 180 时，K f = 1.57
IT ( AV ) = 100 A I = 1.57 × IT (AV ) / 2
=
I3 Id3
= 0.65 / 0.48 = 1.355
(4)
∫ I d 4
=
1 2π
π
2 0
I mdωt
=
0.25I m
∫ I 4 =
1 2π
π
2 0
(I
m
)2
dωt
=
2I 2 = 0.5I m
K f4
=
I4 Id4
= 0.5 / 0.25 = 2
（5）
∫ I d5
=
1 2π
π 4 0
I mdωt
为 Y/Ｙ-12），同步变压器为△/Ｙ-11，△/Ｙ-5 连接组。触发器采用正弦波同步移相触发电路， 其中同步环节采用 NPN 晶体管，RC 滤波，滤波后相位滞后 30º，变流器要求能整流与逆变 运行，试选择同步信号电压。分析时可忽略进线电抗器的相移。
答： 同步变压器原边捷主电源，副边电压经整流，限幅后作为触发电路电源，故与主电源同 步。 Re选得较大时，静态工作点在伏安特性峰点左侧，无法使单结晶体管从截止区进入负阻 区，无脉冲产生；Re选得较小时，单结晶体管导通后，Re上的电流大于谷点电流IV，管子进 入饱和区而不能截止，电路停止震荡，故Re取得过大、过小都不能使单结晶体管正常工作。
图 1-42
∫ I1 =
1 2π
π 0
Im2
sin2 ωtdωt
=
0.5 Im
Im = 1.57 ×100 = 157 A
I = 1/ 2Im
（2）θ = 90 时
∫ I =
1 2π
π π
Im2
sin2 ωtdωt
=
0.354 Im
2
1.57 × IT (AV ) = 2 × I = 2 × 0.354 Im