電力電子作業(yè)答案

1、第二章習(xí)題答案2. 使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正相陽(yáng)極電壓，并在門(mén)極施加觸發(fā)電流（脈沖）或者 U AK 0 且 Ugk03. 維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答:維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電 流。4. 圖2-27中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為Im,試4計(jì)算各波形的電流平均值Id1,Id2,Id3與電流有效值Il, I0 A7c解:a)Id仁2 二4 Imsin( t)二叫丄= 2 21) ： 0.27171mI1=1,2 二-(Imsin t)2d(

2、wt)=4色賂 0.47671m2 L 42 二b)1Id2=-n-Imsin td(wt)=呃(二 1) = 0.54341m7 2 2c)I2=右 pImsi冋)2d(吩尋fc0.6741ImId3=丄編d(“2口4lm二 1I3=Z02Im2d(1Im5. 上題中如果不考慮安全裕量，問(wèn)100A的晶闡管能送出的平均電流 Id1、Id2、Id3各為多少？這時(shí),相應(yīng)的電流最大值 Im1,Im2,Im3各為多少？解:額定電流It（av）=100A的晶閘管，允許的電流有效值l=157A,由上題計(jì)算結(jié)果知a) Im1329.35A,Id1 0.2717lm1 89.48A0.4767b) Im2 -

3、232.90A, Id2 ： 0.54341m 2 ： 126.56A0.67411c) Im3=2I=314Id3 = Im 3 = 78.546. GTO和普通晶閘管同為 PNPN結(jié)構(gòu)，為什么GTO能夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不能？答:GTO和普通晶闡管同為 PNPN結(jié)構(gòu)，由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成兩個(gè)晶體管 VI、V2，分 別具有共基極電流增益1和2，由普通晶闡管的分析可得，： 1 2 = 1是器件臨界導(dǎo)通 的條件。1亠:占21 兩養(yǎng)效用邛仃過(guò)世$ 1斤尸辿 1亠二2v1不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān) 斷。GTO之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)镚TO與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方 面有以

4、下幾點(diǎn)不同：1) GTO在設(shè)計(jì)時(shí)：2較大，這樣晶體管V2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷；2) GTO導(dǎo)通時(shí) M -:s2的更接近于 I,普通晶閘管 M_1.5,而GTO則為：V ： 21.05 , GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門(mén)極控制關(guān)斷提供了有利條件；3) 多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè) GTO元陰極面積很小，門(mén)極和陰極間的距離大為縮短，使得 P2極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門(mén)極抽出較大的電流成為可能。11試列舉你所知道的電力電子器件，并從不同角度對(duì)這些電力電子器件進(jìn)行分類，目前常 用的全控型電力電子器件有哪些？答：電力二極管及其派生器件；晶閘管及其派生器件；GTO/GTR/電力MOSFE

5、T/IGBT 等 .按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：不可控器件：電力二極管及其派生器件半控型器件：晶閘管及其派生器件全控型器件：GTO/GTR/電力MOSFET/IGBT等 按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類：電流驅(qū)動(dòng)型：晶閘管及其派生器件/GTO/GTR等電壓驅(qū)動(dòng)型：電力 MOSFET/IGBT等 按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形(電力二極管除外)脈沖觸發(fā)型：晶閘管及其派生器件電平控制型：GTO/GTR/電力MOSFET/IGBT等 按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類：?jiǎn)螛O型器件：電力 MOSFET、肖特基勢(shì)壘二極管等雙極型器件：電力二極管 /GTO/GTR/等復(fù)合型器件：電力

6、MOSFET/IGBT等目前小功率場(chǎng)合使用電力MOSFET ,中等功率使用IGBT ,大功率場(chǎng)合使用晶閘管或GTO第三章習(xí)題答案3.1 .單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電,Z =20mH,U 2=100V,求當(dāng)=0時(shí)和60時(shí)的負(fù)載電流Id,并畫(huà)出Ud與Id波形。解：=0時(shí)，在電源電壓U2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感L儲(chǔ)能,在晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。在電源電壓 U2的負(fù)半周期，負(fù)載電感L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此,在電源電壓U2的一個(gè)周期里，以下方程均成立：Ldi 2U 2sin tdt考慮到初始條件：當(dāng)，t =0時(shí)id=0可解方程：Id =2U2 (1-cos t)_：晉（

7、1-cos t）心）Ud與Id的波形如下圖:當(dāng)a=60時(shí)，在 U2的正半周期60 180期間，晶閘管導(dǎo)通使電惑 L儲(chǔ)能，電感L儲(chǔ)藏的 能量在U2負(fù)半周期180 300期間釋放，因此在U2的一個(gè)周期中60 300期間，以下微分方程成立：didL2U 2sin tdt考慮到初始條件：當(dāng) t =60時(shí)id=0可解方程得：.2U 21丄、id=( cos t)dt 2此時(shí)Ud與id的波形如下圖:ZA -住J* f11/A/1/ J9/1其平均值為Id.2U22 L=11.25( A)3.3 單相橋式全控整流電路，U2=100V,負(fù)載中R=2,L但披人 、 = 30時(shí), 要求:作出Ud、Id、和12的波

8、形； 求整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值12; 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解:Ud、Id、和I2的波形；如下圖：叫ir0叫dJriroI z* Sko煜h/dora一 ao 輸出平均電壓 Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值I2分別為Ud=0.9U2cos ： =0.9 X 100 X cos30 = 77.97 ( V)Id = Ud/R=77.97/2=38.99(A)l2=ld=38.99(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：2 U2=1002 =141.4(V)考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為Un=(23) X 141.4=283424(V)具體數(shù)

9、值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。流過(guò)晶閘管的電流有效值為：lvT=ld/、2 =27.57(A)晶閘管的額定電流為：I n=(1.52) X 27.57/1.57=2635(A)具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。3.5.單相橋式全控整流電路 ，U2 =100V (200)負(fù)載R= 1丄 值極大，反電勢(shì)E=60V (100) 當(dāng)-=45時(shí)，要求: 作出Ud、Id和I2的波形； 求整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次側(cè)電流有效值 12; 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解:Ud、Id和I2的波形如下圖： 整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次測(cè)電流有效值I分別為:Ud=0.

10、9U2COS： =O.9X 100X cos30 =77.97(V) ld=(Ud 一 E)/R=(77.97 一 60)/2=9(A) l2=ld=9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：、2 U2=100 2 =141.4(V)流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：Ivt =ld/ . 2 =6.36(A)故晶閘管的額定電壓為：Un=(23) X 141.4=283424(V)晶閘管的額定電流為In=(1.52) X 6.36/1.57=68(A)晶閘管額定電壓和電流的具體敢值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。3.6.晶閘管串聯(lián)的單相半控橋 (橋中VT1、VT2為晶閘管),電路如圖3-12所示，U2=1

11、00V電阻 電感負(fù)載，R=20,L值很大,當(dāng)=60時(shí)求流過(guò)器件電流的有效值 ，并作出Ud、Id、Ivt,Id的 波形。解：Ud、Id、Ivt,Id的波形如下圖負(fù)載電壓的平均值為1Ud=-口n 口1+cos()二、2U 2sin，td(，t)二 0.9U 2亍2= 67.59(V)負(fù)載電流的平均值為：ld=Ud/R=67.52/2=33.75(A)流過(guò)晶閘管VTl、VT2的電流有效值為：Ivt =3ld =1949(a)流過(guò)二極管VD3、VD4的電流有效值為IvD-；Id =27.56(A)3.11.三相半波可控整流電路,U2=100V,帶電阻電感負(fù)載，R=5 ,L值極大，當(dāng)=60時(shí),要求: 畫(huà)出Ud, Id和Ivti的波形； 計(jì)算U d、Id、I dT和I VT解：Ud, Id和IVT1的波形如下圖：oUd、Id、IdT和I VT分別如下Ud=1.17U2cos ： =1.17 X 100X cos60 =58.5(V)Id = Ud/R=58.5/5=11.7(A)ldvT=ld/3=11.7/3=3.9(A)IvT=Id/ . 3=6.755(A)3.13.三相橋式全控整流電路求：,U2 =100V，帶電阻電感負(fù)載 R=5丄值極大，當(dāng)=60 時(shí)