电力电子技术贺益康答案.pdf

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？（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？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）mAImAAIHd42002.010501003===×=故不能维持导通（2）而不能正常工作（3）Id=150/．用正弦波电压加于晶闸管上，晶闸管的正、反向漏电流正弦半线性，故漏电流不是正弦。正向管压降也不是正弦波。．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（即触发脉冲相对于答：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，晶闸管入断态．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，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HdIAIII====9.957.1/...56.1521022022TMU=2220RUV=311故1=150AIH,Id157A故能正常工作6波形也是正弦的吗？流过波电流时，元件的管压降波形是怎样的？答：特性非7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电压表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。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：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?9时，VT2导通时VT1关不断，试问是何原因?答：C太小时断。0．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(答：1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)(3)图1-41(1)[]Im32.0Im1cosIm21sinIm21001==−=∫=πππππwtwtdwtdI()Im5.00221Im42sin2121Im22cos12Im212sinIm210001=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡−=−==∫∫πππππππππwtdwtwtdwtwtI5625.1Im32.0Im5.0111===dfIIK（2）mmmdItItdII24.0]cos[21213232=−==∫ππππωπωπ()mmmItItdtII46.0]42sin3[21sin213322=−==∫ππππωππωωπ857.124.0/46.0222===dfIIK（3）Im48.0sinIm133==∫πππwtdwtId()Im65.02sinIm12323===∫IdwtwtIπππ355.148.0/65.0333===dfIIK(4)mmdItdII25.021204==∫πωπ()mmIItdII5.022122024===∫πωπ225.0/5.0444===dfIIK（5）mmmdIItdII125.042121405===∫ππωππ()mmItdII35.0214025==∫πωπ8.2125.0/35.0555===dfIIK11．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？答：（1）AIKIdIdfd10057.111===AIIdm5.31232.0/11==(2)AKIIfdd1.84867.110057.157.122=×==AIIdm35024.022==（3）AKIdIfd9.11557.133==AIIdm24148.0/33==（4）441.5778.5dfIdIAK==44/0.25314mdIIA==(5)AKIIfdd1.568.210057.157.155=×==AIIdm5.448125.055==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？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）。图1-42答：（1）1801.57fKθ==时，()100TAVIA=()1.57/2TAVII=×221m01Isin0.5I2Itdπωωπ==∫mtmI1.57100157A=×=m1/2II=（2）90θ=时22mm21Isin0.354I2Itdtππωωπ==∫()m1.57220.354ITAVII×=×=×m1.57100I22220.354A×==×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1-4316．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？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。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？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。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。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e1ln1TRCη=−，式中分压比1bbbRRη=。　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/(1)ectRcbbUUe−=−/(1)ecTRpbbUUe−≈−/(1)ecTRDbbbbUUUeη−+=−/ecTRbbbbbbUUeUη−−=/1ecTReη−−=/ln(1)ecTReη−−=−1ln1ecTRη=−11/1ln1ecfTRη==−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。答：正弦波NPN管滞后，滤波已有，故应选滞后时信号作为的同步信号，即。以下类推1206060aUaUTbUT1T2T3T4T5T6Ua--UcUb--UaUc--UbUTb--UTaUTc--UTbUTa--UTc即：△/Y-3同步变压器时，UTbUTcUTa分接UaUb-Uc△/Y-3同步变压器时，-UTb-UTc-UTa分接-Ua-Ub--Uc8．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。图2-56双脉冲形成器原理图　答：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：　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UaUTa同相位(2)主变为△/Y-5故BT也选为△/Y-510．三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：正弦波NPN管，移相，则滞后为-=30TaUaU1203090主变Y/Y--12同变△/Y-11，△/Y-5从矢量图中可见；可选作为的同步信号，以下类推，则TbUaUVT1VT2VT3VT4VT5VT6Ua—UcUb—UaUc—UbUTb—UTaUTc—UTbUTa—UTc　11．在上题中，主回路和同步变压器都不变，将触发器改为同步环节采用NPN晶体管的锯齿波同步移相触发电路。试选择同步信号电压。此时是否要加RC滤波环节，如要加，则它移相多少度？　答：锯齿波NPN管，则应滞后TaU′aU180由矢量图可见与-最接近相差，故应加移相角.即-()滞后TaU′TaU3030TaUTaU′aU150VT1VT2VT3VT4VT5VT6Ua—UcUb—UaUc—Ub—UTaUTc—UTbUTa—UTcUTb12．在有晶闸管串联的高压变流装置中，晶闸管两端并接阻容吸收电路可起到几种保护作用？13．发生过电流的原因有哪些？可以采取哪些过电流保护措施？它们的保护作用先后次序应如何安排？答：原因：（1）原器件击穿或短路（2）触发电路或控制电路发生故障（3）负载过载（4）支流侧短路（5）可逆系统产生环流或逆变失败（6）交流电源电压过高或过低或缺相保护措施（1）交流进线电抗器（2）电流