电力电子技术作业解答

电力电子技术作业解答教材：《电力电子技术》，尹常永田卫华主编第一章 电力电子器件1-1晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由哪些因素决定？ 答：晶闸管的导通条件是：（1）要有适当的正向阳极电压；（2）还有有适当的正向门极电压。

导通后流过晶闸管的电流由阳极所接电源和负载决定。

1-2维持晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是：流过晶闸管的电流大于维持电流。

利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，可使导通的晶闸管关断。

1-5某元件测得V U DRM 840=，V U RRM 980=，试确定此元件的额定电压是多少，属于哪个电压等级？答：根据将DRM U 和RRM U 中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，确定此元件的额定电压为800V ，属于8级。

1-11双向晶闸管有哪几种触发方式？常用的是哪几种？答：双向晶闸管有Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ+和Ⅲ-四种触发方式。

常用的是：（Ⅰ+、Ⅲ-）或（Ⅰ-、Ⅲ-）。

1-13 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：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2α较大，这样晶体管 V2控制灵敏，易于 GTO 关断；（2）GTO 导通时的21αα+更接近于 1，普通晶闸管15.121≥+αα，而 GTO 则为05.121≈+αα，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。

第二章 电力电子器件的辅助电路2-5说明电力电子器件缓冲电路的作用是什么？比较晶闸管与其它全控型器件缓冲电路的区别，说明原因。

答：缓冲电路的主要作用是：⑴ 减少开关过程应力，即抑制d u /d t ，d i /d t ；⑵改变器件的开关轨迹，使器件工作于安全工作区内，避免过电压、过电流损坏；⑶减少器件的开关损耗。

晶闸管为了限制di/dt，往往在主电路中串接进线电感或桥臂电感。

对关断过电压du/dt的抑制，一般在晶闸管的两端并联RC网络。

晶闸管一般在较低的开关频率下工作。

因此，与全控型器件相比，其缓冲电路要简单的多。

2-6说明常用电力电子器件晶闸管、GTO、GTR、电力MOSFET和IGBT采用哪种过压保护措施？采用哪种过流保护措施。

答：半控型器件晶闸管：过电压保护一般采用阻容吸收电路或具有稳压特性的非线性电阻器件（如硒堆、压敏电阻）来抑制过电压。

过电流保护，⑴快速熔断器保护，⑵直流快速断路器保护，⑶进线电抗限制保护，⑷电子保护。

全控型器件：过电压保护，器件开关过程中产生的过电压，一般使用缓冲电路来抑制，其它方面的过电压保护，一般采用阻容吸收电路或具有稳压特性的非线性电阻器件（如硒堆、压敏电阻）来抑制过电压。

过电流保护，以电子保护为主，电器保护为后备保护。

2-9阐述电力电子器件在串联、并联使用中应注意哪些问题？以晶闸管为例，说明这些问题可能会带来什么损害？为避免这些情况的出现常采用哪些措施。

答：电力电子器件串、并联使用时，首先应选用参数和特性尽量一致的器件，还要采用一定的均压、均流措施。

以晶闸管为例，理想的串联希望各器件承受的电压相等。

串联工作时，当晶闸管在阻断状态，由于各器件特性的分散性，而在电路中却流过相等的漏电流，因此，各器件所承受的电压是不同的，内阻大的器件承受的电压大，内阻小的器件承受的电压小，如不采取措施，可能会使承受电压高的器件先被击穿，而导致其它的串联器件都被击穿。

所以，在串联时，要采用均压措施，晶闸管的均压措施是在器件两端并联电阻和电阻电容器件。

并联时，由于并联的各个晶闸管在导通状态时的伏安特性的差异，但各并联器件却有相等的电压，因而通过并联器件的电流是不等的，低阻抗的器件，通过的电流会大些，如不采取措施，可能会使通过电流大的器件先烧毁，而导致其它器件被烧毁。

所以，在并联时，要采用均流措施。

晶闸管的均流措施是串联电阻和串联电感等均流措施。

第三章 AC-DC 变换技术3-2三相桥式不可控整流电路任何瞬间均有两个电力二极管导通，整流电压的瞬时值与三相交流相电压、线电压瞬时值有什么关系?答：共阴连接的三个二极管中，三相交流相电压瞬时值最正的那一相自然导通，把最正的相电压接到负载的一端；共阳连接的三个二极管中，三相交流相电压瞬时值最负的那一相自然导通，把最负的相电压接到负载的另一端。

因此，任何时刻负载得到的整流电压瞬时值是线电压的最大瞬时值。

3-4单相桥式相控整流电路，U 2=100V ，①电感性负载，其中R =2Ω，②反电动势负载，平波电抗器足够大，反电动势E=60V ，R =2Ω。

当6/πα=时，要求： (1)作出u d 、i d 和i 2的波形；(2)求直流输出电压U d 、电流I d 、变压器二次侧电流有效值I 2； (3)选择合适的晶闸管。

解：①电感性负载(1)u d 、i d 、和i 2的波形如下图：（2）U d ＝0.9 U 2 cos α＝0.9×100×cos π/6＝77.97（V ）I d ＝U d /R ＝77.97/2＝38.99（A ） I 2＝I d ＝38.99（A ）（3）U DRM ＝U RRM =（2~3）×2U 2＝（2~3）×1.414×100=283~424（V ）I VT ＝I d ∕2＝27.57（A ）I T （Av ）＝（1.5~2）×I VT ∕1.57=（1.5~2）×27.57∕1.57＝26~35（A ） 所以选择晶闸管的型号为：KP30-3或KP30-4②反电动势负载(1)u d 、i d 和i 2的波形如下图：(2) U d ＝0.9 U 2 cos α＝0.9×100×cos π/6＝77.97(A)I d ＝(U d －E )/R ＝(77.97－60)/2＝9(A) I 2＝I d ＝9(A)(3) U DRM ＝U RRM =（2~3）×2U 2＝（2~3）×1.414×100=283~424（V ）I VT ＝I d ∕2＝9∕1.414=6.363（A ）I T （Av ）＝（1.5~2）×I VT ∕1.57=（1.5~2）×6.363∕1.57＝6.1~8.1（A ） 所以选择晶闸管的型号为：KP10-3或KP10-43-8三相半波可控整流电路带大电感负载，电感阻值为10Ω，变压器二次侧相电压有效值为220V 。

求当45α=︒时，输出电压及电流的平均值U d 和I d 、流过晶闸管的电流平均值I dT 和有效值I T ，并画出输出电压u d 、电流i d 的波形。

如果在负载两端并接了续流二极管，再求上述数值及波形。

解:（1）不接续流二极管时V U U d 98.18145cos 22017.1cos 17.12=︒⨯⨯==αA R U I d d d 2.181098.181===A I I d dT 1.62.183131=⨯==A I I d T 5.102.183131=⨯==输出电压u d 、电流i d 的波形（2）接续流二极管时[]V U U d 9.186)4530cos(1220675.0)6cos(1675.02=︒+︒+⨯⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=απA R U I d d d 7.18109.186===A I I o o d dT4.57.1836045150265=⨯-=-=παπ A I I d T 1.107.1836045150265=⨯︒︒-︒=-=παπ A I I oo o d dDR3.27.183603)3045(23)6(=⨯⨯-=⨯-=ππαA I I oo o d DR 6.67.183603)3045(23)6(=⨯⨯-=⨯-=ππα 输出电压u d 、电流i d 的波形3-10三相桥式全控整流电路带大电感性负载，2100U V =， R d =10Ω，求45α=︒时，输出电压电流U d 、I d 以及变压器二次侧电流有效值I 2，流过晶闸管的电流有效值I VT 。

解：U d ＝2.34U 2cos α＝2.34×100×cos45°＝165.4（V ） I d ＝U d ∕R ＝165.4∕10＝16.5（A ） I 2＝32I d ＝32×16.5＝13.5（A ） I VT ＝I d ∕3＝16.5∕3＝9.52（A ）3-11三相半波可控整流电路带反电动势负载，为保证电流连续串接了电感量足够大的电抗器，2100U V =，1d R =Ω，1T L mH =，50E V =，求30α=︒时的输出电压U d 、电流I d 以及换相重叠角γ。

解：mH L T 1=，Ω=⨯⨯⨯⨯===-314.01015014.3223T T T fL L X πω，考虑L T 时，有：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=d d d d T d R EU I I X U U πα23cos 17.12 代入已知条件得：⎪⎩⎪⎨⎧-=⨯⨯-⨯⨯=15014.32314.0330cos 10017.1dd d o dU I I U解方程组得：A I V U d d 6.446.94==又∵262)cos(cos U I X dT =+-γαα 即得出752.010066.44314.0230cos )30cos(=⨯⨯⨯-=+o o γ∴ooo28.113028.41=-=γ3-12三相桥式相控整流电路，反电动势负载，E =200V ，R =1Ω，平波电抗器L 值足够大，U 2=220V(1) L B =0，α=π/3，画出u d 、u VT1、i d 波形，计算U d 和I d 的值； (2) L B =lmH ，α=π/3，计算U d 、I d 、γ的值；解：(1) 当L B ＝0时：U d ＝2.34U 2cos α＝2.34×220×cos π/3＝257.4（V ） I d ＝（U d －E ）∕R ＝（257.4－200）∕1＝57.4（A ） u d 、u VT1、i d 的波形如下：（2）mH L T 1=，Ω=⨯⨯⨯⨯===-314.01015014.3223T T T fL L X πω，考虑L T 时，有：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=d d d d T d R EU I I X U U πα3cos 34.22 代入已知条件得：⎪⎩⎪⎨⎧-=⨯-⨯⨯=120014.3314.0360cos 22034.2d d d o d U I I U 解方程组得：A I V U d d 2.442.244==又∵262)cos(cos U I X dT =+-γαα 即得出448.022062.44314.0260cos )60cos(=⨯⨯⨯-=+o o γ∴ooo38.36038.63=-=γ3-13单相桥式相控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波?其中幅值最大的是哪一次?变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波?其中主要的是哪几次? 答：单相桥式相控整流电路，其整流输出电压中含有2k （k =1、2、3…）次谐波，其中幅值最大的是2次谐波。