电力电子变流技术课后答案解析第1章

第一章 电力半导体器件

习题与思考题解

1-1．晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？

解：晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。导通后的晶闸管管压降很小。

使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－维持电流

ＩＨ以下。其方法有二：

１）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压； ２）增加负载回路中的电阻。

1-2．型号为KP100-3的晶闸管，维持电流I H =4mA ，使用在题1-2图中的电路中是否合理？为什么（不考虑电压、电流裕量）？

解：根据机械工业部标准JB1144-75规定，ＫＰ型为普通闸管，KP100-3的晶闸管，其中100是指允许流过晶闸管的额定通态平均电流为100A ，3表示额定电压为300V 。

对于图(a)，假若晶闸管V 被触发开通，由于电源为直流电源，则晶闸管流过的最大电流为

()mA I

V

210500100

3

=⨯=

因为I V < I H ，而I H < I L ，I L 为擎住电流，通常I L =(2~4) I H 。可见，晶闸管流过的最大电流远小于擎住电流，所以，图(a)不合理。

对于图(b)，电源为交流220V ，当α=0°时，最大输出平均电压 9922045.045.02=⨯=≈U U

d

（Ｖ）

平均电流

9.910

99

===

R U d VAR I (A)

波形系数

57.1≈=

VAR

V

f

I I K

所以， ＩＶ＝K f 。ＩＶＡＲ＝1.57×9.9＝15.5(A)

而KP100-3允许流过的电流有效值为I VE ＝1.57×100＝157(A)， I L < I V

但电路中晶闸管Ｖ可能承受的最大正反向峰值电压为

31122022≈⨯===U U U

Rm Fm

(V)>300(V)

所以，图(b)不满足电压指标，不合理。

对于图(c)，电源为直流电源，Ｖ触发导通后，流过Ｖ的最大电流为I V ＝150／1＝150(A),即为平均值，亦是有效值。而I VE ＝150A ，I V ＝150(A)<157（A ），即I L < I V

1-3．在题图1-3电路中，E =50V ，R =0.5Ω，L =0.5H ，晶闸管擎住电流为15mA 。要使晶闸管导通，门极触发电流脉冲宽度至少应为多少？

解：晶闸管导通后，主回路电压方程为 E Ri dt

di L d d

=÷ 主电路电流d i 按下式由零上升 ()

L tR d e R

E

i /1--=

晶闸管要维持导通，i d 必须上升达到擎住电流值以上，在此期间，门极脉冲应继续维持，将I d =15mA 代入，得

()

3101515

.050

--⨯≥-t e 取t e

t

-≈-1，

t ≥150μs 。 所以，门极触发电流脉冲宽度至少应大于150μs 。

1-4．单相正弦交流电源，交流电源电压有效值为220V 。晶闸管和负载电阻串联连接。试计算晶闸管实际承受的最大正反向电压。若考虑晶闸管的安全裕量，其额定电压应如何选取？

解：该电路运行可能出现施加于晶闸管上最大正反向峰值电压为 31022022≈⨯=

U （V ）

若考虑晶闸管的安全裕量，通常选择额定电压为正常工作峰值电压的2－3倍。２×310＝620(V),

3×310＝930(V),则选择额定电压为700V ～1000V 的晶闸管。

1-5．若题1-4中晶闸管的通态平均电流为100A ，考虑晶闸管的安全裕量，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？

解： 在不考虑安全裕量时，选择晶闸管的原则是：使实际运行管子电流的有效值I V1等于定义管子额定通态平均电流时的电流有效值I VE ，即两种情况下，管芯的结温相同并小于或等于额定结温。

当导通角θ＝180°时，

()()2

sin 2102

1m m

V I t d t I I ==

⎰π

ωωπ

则有 I m /2＝1.57I VEAR 所以，晶闸管允许的峰值电流为

Ｉm =2×1.57×100＝314（Ａ） 当导通角θ＝90°时，

()()2

2sin 2122

1m m

V I t d t I I ==

⎰ππ

ωωπ

则有

VEAR m I I 57.12

2=

所以，晶闸管允许的峰值电流为

44410057.122≈⨯⨯=I

m

(A)

考虑取安全裕量数为2时，则当导通角θ＝180°时，电路允许的峰值电流为 I m1=314／2＝157Ａ， 当导通角θ＝90°时，电路允许的峰值电流为

Ｉm2＝444／2＝222(A).

1-6.题1-6图中阴影部分表示晶闸管导电区间。各波形的电流最大值均为I m ,试计算各波形电流平均值I d1、I d2、I d3、I d4、I d5，电流有效值I 1、I 2、I 3、I 4、I 5和它们的波形系数K f1、

K f2、K f3、K f4、K f5.

解： ()⎰

≈=

=

π

π

ωωπ

132.0.21m m

m d I I t td Sin I I

()()m m m

I I t d t Sin I I 5.02

2102

1===

⎰π

ωωπ

57.12

11≈==

π

d f

e I I K ()⎰

≈=

=

πππ

ωωπ

3

224.043

.21m m m d I I t td Sin I I ()()m m

I t d t Sin I I 46.02132

2≈=

⎰ππ

ωωπ

92.123.049.02≈=

m

m

f I I K

()⎰

≈=

==

πππ

ωωπ

3

2348.023

2.22m m d m d I I I t td Sin I I