电力电子答案

第二章电力电子器件2-2.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）。2-3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。2-6GTO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2V控制灵敏，易于GTO关断；2)GTO导通时的21更接近于1，普通晶闸管15.121，而GTO则为05.121，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2P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。2-8试分析IGBT和电力MOSFET在内部结构和开关特性上的相似与不同之处。答：内部结构相似之处：IGBT内部结构包含了MOSFET内部结构。内部结构不同之处：IGBT内部结构有注入P区,MOSFET内部结构则无注入P区。开关特性的相似之处：IGBT开关大部分时间由MOSFET运行,特性相似。开关特性的不同之处：IGBT的注入P区有电导调制效应,有少子储存现象,开关慢。2-10试分析电力电子技术集成技术可以带来哪些益处。功率集成电路与集成电力电子模块实现集成的思路有何不同？答：带来的益处：装置体积减小、可靠性提高、使用方便、维护成本低。功率集成电路与集成电力电子模块实现集成的思路的不同：前者是将所有的东西都集成于一个芯片当中（芯片集成），而后者则是将一系列的器件集成为一个模块来使用（封装集成）。第三章整流电路3-2图3-10为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为222U；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。①以晶闸管2VT为例。当1VT导通时，晶闸管2VT的阴极与变压器二次侧上绕组的上端连接，阳极与二次侧下绕组的下端连接，所以2VT承受的最大电压为222U。②因为单相全波可控整流电路的对角晶闸管同时通断，2组对角晶闸管分别与全波可控整流电路的2个晶闸管的通断相对应，只要导通，负载电压就为变压器二次侧绕组电压，只要单相全波可控整流电路具有中心抽头变压器二次侧的上绕组、下绕组、单相全波可控整流电路中的变压器二次侧绕组电压相同，则其输出电压波形相同，负载相同时，则其输出电流波形也相同。3-3单相桥式全控整流电路，2U＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当＝30°时，要求：①作出du、di、和2i的波形；②求整流输出平均电压dU、电流dI，变压器二次电流有效值2I；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。答：①②输出平均电压dU、电流dI，变压器二次电流有效值2I分别为dU＝0.92Ucos＝0.9×100×cos30°＝77.97（V）dI＝dU/R＝77.97/2＝38.99（A）2I＝dI＝38.99（A）OudOidIdi2OIdId③晶闸管承受的最大反向电压为：22U＝2100＝141.4（V）考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：NU＝（2～3）×141.4＝283～424（V）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。流过晶闸管的电流有效值为：VTI＝dI/2＝27.57（A）晶闸管的额定电流为：NI＝（1.5～2）×27.57∕1.57＝26～35（A）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。3-4单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。答：3-5单相桥式全控整流电路，VU2002，负载中2R，L值极大，反电动势E=100V，当45时，要求：①画出du、di和2i的波形。②求整流输出平均电压dU、电流dI以及变压器二次电流有效值2I③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：①②输出平均电压dU、电流dI，变压器二次电流有效值2I分别为dU＝0.92Ucos＝0.9×200×cos45°＝127.28（V）dI＝(dU-E)/R＝27.28/2＝13.64（A）2I＝dI＝13.64（A）OtudOtidIdi2OtIdIdOtuDR4③晶闸管承受的最大反向电压为：22U＝2200＝282.8（V）考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：NU＝（2～3）×282.8＝566～848（V）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。流过晶闸管的电流有效值为：VTI＝dI/2＝13.64/2=9.64（A）晶闸管的额定电流为：NI＝（1.5～2）×9.64∕1.57＝10～12（A）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。3-6晶闸管串联的单相半控桥（桥中VT1、VT2为晶闸管），电路如图3-12所示，2U=100V，电阻电感负载，R=2Ω，L值很大，当=60时求流过器件电流的有效值，并作出du、di、VTi、Di的波形。解：负载电压平均值为：)(5.672)3cos(19.02cos19.022VUUUd负载电流的平均值为：dI＝dU∕R＝67.52∕2＝33.75（A）流过晶闸管1VT、2VT的有效值为：75.33*2121dVTII=19.49（A）流过二极管3VD、4VD的有效值为：)(56.2775.33*3232AIIdVD3-11三相半波可控整流电路，2U=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当=60时，要求：①画出du、di和1VTi的波形；②计算dU、dI、dVTI和VTI。解：①②dU、dI、dVTI和VTI分别如下udabcOtiVT1tOidOtdU＝1.172Ucos＝1.17×100×cos60°＝58.5（V）dI＝dU∕R＝58.5∕5＝11.7（A）dVTI＝dI∕3＝11.7∕3＝3.9（A）VTI＝dI∕3=11.7/3＝6.755（A）3-13三相桥式全控整流电路，2U=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当=60时，要求：①画出du、di和1VTi的波形②计算dU、dI、dVTI和VTI。解：①②dU、dI、dVTI和VTI分别如下dU＝2.342Ucosa＝2.34×100×cos60°＝117（V）dI＝dU∕R＝117∕5＝23.4（A）dVTI＝dI∕3＝23.4∕3＝7.8（A）VTI＝dI∕3＝23.4/3＝13.51（A）3-14单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，E=40V，2U=100V，BL=0.5mH，当=60时求dU、dI与的数值，并画出整流电压du的波形。解：考虑BL时，有：dU＝0.92Ucosα－dUdU＝mBXdI/2=2*2*2fBLdI/2=4fBLdIdI＝（dU－E）∕R解方程组得：idtOitOVT1u2LudtOuabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥdU＝（R0.92Ucos＋4fBLE）∕（R+4fBL）＝（1*0.9*100*cos60＋4*50*0.5*310*40）∕（1+4*50*0.5*310）=44.55（V）dU＝0.455（V）dI＝4.55（A）又∵cos－cos（+）＝BXdI/(22Umsin)=BXdI∕(22U)cos－cos（+）=2*2*50*0.5*310*4.55/∕(2*100)即得出cos（60+）=0.4899换流重叠角＝60.67°-60°=0.67°3-15三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，2U=100V，R=1Ω，L=∞，BL=1mH，求当a=30时、E=50V时dU、dI、的值并作出du、1VTi和2VTi的波形。解：考虑BL时，有：dU＝1.172Ucosα－dUdU＝mBXdI/2＝3BXdI∕2π=3fBLdIdI＝（dU－E）∕R解方程组得：dU＝（R1.172Ucosα＋3fBLE）∕（R＋3fBL）=(1*1.17*100*cos30+3*50*1*310*50)/(1+3*50*1*310)＝94.63（V）dU＝6.7（V）dI＝44.63（A）又∵cos－cos（+）=BXdI/(22Umsin)＝2dIBX∕62U=2*44.63*2π*50*310/(6*100)即得出cos（30+）=0.752换流重叠角＝41.28°-OtudId3-16三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=2Ω，L=∞，2U=100V，BX=0.1Ω，求dU、dI、VDI、2I和的值并画出du、VDi和2i的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路00时的情况：ddUUUcos34.22dU＝mBXdI/2/3dBIXRUIdd/三式联立求解，得)/31/cos34.22RXUUBd=223.28)(64.111AId又因为cos－cos（+）=BXdI/(22Umsin)26/2coscosUIXdB2006/20cos0cosUIXdB91.0cos换流重叠角为：045.24二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为：AIIdVD21.373/AIIda15.91322udtOuaubucidtOiVT1iVT2iVT1IdiVT23-17三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1Ω，L=∞，2U=220V，，当①BL=0和②BL=1mH情况下分别求dU、dI的值，后者还应求并分别作出du与Ti的波形。解：①当BL＝0时：dU＝2.342Ucosα＝2.34×220×cos60°＝257.4（V）dI＝（dU－E）∕R＝（257.4－200）∕1＝57.4（A）②当BL＝1mH时dU＝2.342Ucosα－dUdU＝mBXdI/2=6fBLdIdI＝（dU－E）∕R解方程组得：dU＝（2.342URcosα＋6fBLE）∕（R＋6fBL）＝2.34×220×1×cos60°＋6×50×1×310×200)/(1+6×50×1×310)＝244.15（V）dI＝44.15（A）dU＝13.25（V）又∵cos－cos（+）=BXdI/(22Umsin)＝2BLdI∕62U，代入数据，得：cos（60+）＝0.4485＝63.35°－60°＝3.35°udiVD1tOtOtOuabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥi2aIdId3-23带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同？答：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有以下异同点：①三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要用平衡电抗器；②当变压器二次电压有效值2U相等时，双反星形电路的整流电压平均值dU是三相桥式电路的1/2，而整流电流平均值dI是三相桥式电路的2倍。③在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压du和整流电流di的波形形状一样。3-26使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？答：条件有两个：①直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；②要求晶闸管的控制角2，使dU为负值。3-27三相全控桥变流器，反