第二章 电力电子器件
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）。或：uAK>0且uGK>0。
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。
4. 图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。
0?4?a)2?0?4?5?4b)2?0?2c)2?图1-43图1-43 晶闸管导电波形
解：a) Id1=
I1=
12?12π???4Imsin?td(?t)=
Im2Im2π(
2?1)?0.2717 Im 2???4(Imsin?t)2d(?t)=
?31??0.4767 Im 42?2?1)?0.5434 Im 2b) Id2 =1??Imsin?td(?t)=Im(
ππ4I2 =
1????4(Imsin?t)2d(?t)=
2Im231??0.6741Im 42??c)
I3 =
12??Id3=12π2?20Imd(?t)=1 Im 21 Im 4?20Imd(?t)=
5. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?
解：额定电流I T(AV) =100A的晶闸管，允许的电流有效值I =157A，由上题计算结果知
a) Im1?b)
I?329.35， 0.4767Im2?I?232.90,
0.6741 Id1?0.2717 Im1?89.48
Id2?0.5434 Im2?126.56
Id3=1 Im3=78.5
4c) Im3=2 I = 314,
6. 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：GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2,分别具有共基极电流增益?1和?2，由普通晶闸管的分析可得，?1+?2=1是器件临界导通的条件。?1+?2＞1，两个等效晶体管过饱和而导通；?1+?2＜1，不能维持饱和导通而关断。
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V2控制灵敏，易于GTO关断；
2) GTO导通时的?1+?2更接近于1，普通晶闸管?1+?2?1.15，而GTO则为?1+?2?1.05，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3章 整流电路
1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0?和60?时的负载电流Id，并画出ud与id波形。 解：α＝0?时，在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压u2的负半周期，负载电感L释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立：
Ldid?2U2sin?t dt2
考虑到初始条件：当?t＝0时id＝0可解方程得：
2U2(1?cos?t) ?L12?2U2Id?(1?cos?t)d(?t)
2??0?L2U2
==22.51(A)
?L
id? ud与id的波形如下图：
u20ud0id?2??2??t?t
当α＝60°时，在u2正半周期60?~180?期间晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在u2负半周期180?~300?期间释放，因此在u2一个周期中60?~300?期间以下微分方程成立：
Ldid?2U2sin?t dt0?2??t 考虑初始条件：当?t＝60?时id＝0可解方程得：
id?2U21(?cos?t) ?L2其平均值为
1Id?2???5?332U22U21=11.25(A) (?cos?t)d(?t)=2?L?L2 此时ud与id的波形如下图：
3
u2+0?ud+++?t?tid?t
3．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出ud、id、和i2的波形；
②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值
I2；
③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：①ud、id、和i2的波形如下图：
u2Oud?
?t?OidOi2OId?Id?t?t??t
②输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2分别为
Ud＝0.9 U2 cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97（V）
Id＝Ud /R＝77.97/2＝38.99（A）
I2＝Id ＝38.99（A）
③晶闸管承受的最大反向电压为：
2U2＝1002＝141.4（V）
考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：
UN＝（2~3）×141.4＝283~424（V）
4
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：
IVT＝Id∕2＝27.57（A）
晶闸管的额定电流为：
IN＝（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。
5．单相桥式全控整流电路，U2=200V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=100V，当?=45?时，要求：
① 作出ud、id和i2的波形； ② 求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2； ③ 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：①ud、id和i2的波形如下图：
u2Oud??t?OidOi2IdId?Id?t?t??t
②整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2
分别为
Ud＝0.9 U2 cosα＝0.9×200×cos45°＝127.26(A) Id ＝(Ud－E)/R＝(127.26－100)/2＝13.63(A)
I2＝Id ＝13.63(A)
③晶闸管承受的最大反向电压为：
2U2＝2002＝282.8（V）
流过每个晶闸管的电流的有效值为：
IVT＝Id ∕2＝9.64（A）
故晶闸管的额定电压为：
UN＝(2~3)×282.8＝566~848（V）
晶闸管的额定电流为：
5
O