第1章 思考题和习题

a)
b)
c)
图 1­53 习题 6 附图
解：
a)图假设晶闸管导通，电路电流 Id
=
1.5 50 ´103
= 0.03mA
小于维持电流
IH=3mA，故晶闸管
无法导通。
b)图晶闸管承受的最大峰值电压为 311V，大于额定电压 300V，故不合理。
c)图合理，导通时的电流小于额定时的有效值电流。
7. 图 1­54 中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为 Im，试计算各波形的电流 平均值和有效值。如不考虑安全余量，额定电流 100A 的晶闸管，流过上述电流波形时，允 许流过的电流平均值 IdT 各为多少？ 解：a）
1
5. 试说明晶闸管的擎住电流 IL 和维持电流 IH 之间的区别，并比较它们的大小。 答：擎住电流 IL 是指晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持晶闸管导通的最 小电流，而维持电流是指使晶闸管维持导通所必须的最小电流，通常 IL 是 IH 的 2～4 倍。
6.型号为 KP100­3、维持电流 IH=3mA 的晶闸管，使用在图 1­53 三个电路中是否合理？为什 么？（不考虑电压、电流裕量）
11. 晶闸管串并联使用时需要注意哪些事项？ 答：由于器件的特性的分散性，同型号的器件的伏安特性也会存在差异，会导致串联时电压 分配不均匀。 为此在晶闸管串联时必须采用均压措施。
晶闸管的静态和动态参数不一致，在相同的压降下，使各并联的器件流过的电流相差很 大。为了使并联器件达到电流平均分配，除选用特性比较一致的器件外，应采用均流措施。
kf
=
I Id
，则晶闸管电流波形系数为 kf
= IT 。 I dVT
对于不同的波形，波形系数也不同。即电流平均值相同，不同的波形有效值将会不同。
在实际选用时，按照实际波形求出电流的有效值，与晶闸管所允许的最大正弦半波电流
（其平均值即通态平均电流 IT(AV))所造成的发热效应相等（即有效值相等）的原则来选晶闸 管的定额电流，并应留一定的裕量。
12. 晶闸管两端并联阻容吸收电路可起哪些保护作用？ 答：晶闸管两端并联阻容吸收电路可起如下保护作用：1.过电压保护；2.动态均压；3 抑制 电压上升率 du/dt
13. 为什么电力 MOSFET 和 IGBT 较容易并联？在并联使用时需要注意哪些事项？ 答：电力 MOSFET 的通态电阻 Ron 具有正温度系数，电流增大，发热增大，通态电阻也随 之增大，使电流下降。在 MOSFET 并联使用时具有一定的电流均衡能力。
思考题和习题 1.电力电子器件按开关控制性能可分为哪几类？ 答：按其开关控制性能可分为不控型器件、半控型器件和全控型器件。
2. 晶闸管正常导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由什么决定？晶闸管的关断条 件是什么？怎样才使导通的晶闸管关断？晶闸管导通与阻断时其两端电压各为多大？ 答：晶闸管正常导通的条件：晶闸管承受正向阳极电压时，并且门极有触发电流的情况下晶 闸管才能导通。导通后流过晶闸管的电流由负载决定。晶闸管的关断条件是利用外加电压和 外电路的作用，使流过晶闸管的电流降到 IH（维持电流）以下。晶闸管导通时电压为管子 的压降，答应 1V 左右；阻断时其两端电压为电源电压（具体分析电路）。
9. 电力电子器件过电压和过电流产生的原因有哪些？对过电压和过电流的保护各有哪些主 要方法？
3
答：电力电子装置中产生过电压的原因有两类：外因过电压和内因过电压。外因过电压 主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因：1）雷击过电压，2）操作过电压。内因过电 压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，主要有换向过电压和关断过电压：1)换相过 电压，2)关断过电压。阻容 RC 过电压抑制电路是对过电压最常用和有效的保护方法，利用 电容电压不能突变的特性吸收过电压，电阻消耗吸收的能量，并抑制回路的振荡。
IGBT 的通态压降一般在 1/2~1/3 额定电流以下的区段具有负的温度系数，在以上区域 具有正温度系数，因而 IGBT 在并联时，也具有一定的电流自动均衡能力，易于并联使用。
在实际并联使用 MOSFET 和 IGBT 时，在器件的参数特性选择、电路布线和散热条件
4
方面尽量保持一致。
5
ò Id
=பைடு நூலகம்
1 2p
p 0
Im sin wtd (wt)
=
0.328Im
b）
ò I =
1 2p
p 0
(Im
sin wt)2 d (wt)
=
0.5I m
ò Id
=
1 p
p 0
Im
sin wtd (wt)
=
0.637Im
ò I =
1 p
p 0
(Im
sin wt)2 d (wt)
=
0.707 I m
c)
ò Id
当 IT(AV)=100A 时 IdT1=100A，IdT2=141.35A，IdT3=118.12A，IdT4=83.76 A，IdT5=55.44A，IdT6=78.5A，
图 1­54 习题 6 附图
8. 为什么要对电力电子主电路和控制电路进行电气隔离？其基本方法有哪些？各自的基本 原理是什么？ 答：由于主电路的电压较高，而控制电路的电压一般较低，所以，控制电路必须与主电路之 间有良好的隔离，从而确保控制电路的安全和提高抗干扰能力。 常用的隔离方法有：光隔离和磁隔离。光隔离通常采用光电耦合器，磁隔离通常采用脉冲变 压器。
过电流通常产生的原因是短路或过载。快速熔断器（简称快熔）是电力电子装置中最有 效、应用最广的一种过电流保护措施。
10. 电力电子器件的缓冲电路是如何分类的？全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？ 分析 RCD 缓冲电路中各元件的作用。 答：缓冲电路又称为吸收电路。其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt 或者过电 流和 di/dt，减小器件的开关损耗。在电力电子电路中，用于改进电力电子器件开通和关断 时刻所承受的电压、电流波形。缓冲电路分耗能型和馈能型。 RCD 缓冲电路中：开通时，电容 Cs 经 Rs 放电，Rs 起到限制放电电路的作用；关断时，负载 电流经二极管 VDs 从 Cs 分流，使电压的上升率 du/dt 减少，抑制过电压。
3
e)
p
ò Id
=
1 p
4
Im sin wtd (wt) = 0.125Im
0
p
ò I =
1 p
4
(Im sin wt)2 d (wt)
0
= 0.354Im
f)
p
ò Id
=
1 p
2
Im sin wtd (wt) = 0.25Im
0
p
ò I =
1 p
2
(Im sin wt)2 d (wt)
0
= 0.5Im
3. 温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击 穿电压如何变化？ 答：温度升高时，晶闸管的触发电流减小、正反向漏电流增大、维持电流下降、正向转折电 压和反向击穿电压减小。
4. 晶闸管的额定电流是怎样定义的？在额定情况下有效值和平均值有何关系？如何根据实 际电流波形来选择晶闸管的电流额定容量？
答：晶闸管的额定电流是指通态平均电流 IT(AV) ，国际规定通态平均电流是在环境温度 为 40℃和规定的冷却条件下，晶闸管稳定结温不超过额定结温时所允许的最大工频正弦半 波电流的平均值。
额定状态下的有效值电流与通态平均电流 IT(AV)的关系： I = 1.57IT ( AV )
定义：电流波形系数
=
1 p
p p
Im
sin
wtd
(wt)
=
0.477 I m
3
d)
ò I =
1 p
p p
(Im
sin
wt)2 d (wt)
=
0.634 I m
3
2
ò Id
=
1 2p
p p
Im
sin wtd (wt)
=
0.239 I m
3
ò I =
1 2p
p p
(Im
sin wt)2 d (wt)
=
0.448 I m