电力电子技术习题解答
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习题一
1、晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管关断的条件是什么，如何实现？
答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压（UAK>0），并在门极施加触发电流（UGK>0）。要使晶闸管由导通转为关断，可利用外加反向电压或由外电路作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断
2、有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？
答：这是由于晶闸管的阳极电流IA没有达到晶闸管的擎住电流（IL）就去掉了触发脉冲，这种情况下，晶闸管将自动返回阻断状态。在具体电路中，由于阳极电流上升到擎住电流需要一定的时间（主要由外电路结构决定），所以门极触发信号需要保证一定的宽度。
3、图1-32中的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、有效值。如不考虑安全裕量，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Id各为多少？
i?(a)i?/3i0?/4?(e)?4?/3(c)2?7?/3i2??ti?(b)2??t?ti?/3?(d)2?7?/3?t2?9?/4?t0?/4?5?/4(f)2?9?/4?t
图1-32 习题3附图
最终修改日期：2013-7-14 第 1 页 共 27 页
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解：（a）Ida?12?12????0Imsin(?t)d(?t)?I12Im?m?0.3183Im 2??Im22? Ia??0(Imsin?t)d(?t)?2??0I1(1?cos2?t)d(?t)?m 22额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im?2?157?314(A)；
Im平均值为：Ida?（b）Idb?1??100A。
2?1??0Imsin(?t)d(?t)??Im?0.6366Im
Ib????0(Imsin?t)d(?t)?2Im2???0I1(1?cos2?t)d(?t)?m 22额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im?2?157?222(A)； 平均值为：Idb?0.6366Im?141.33(A)。
（c）Idc?1???3?Imsin(?t)d(?t)?3Im?0.4775Im 2?Ic?1???3?(Imsin?t)d(?t)?2Im2???3?11?3(1?cos2?t)d(?t)?Im(?)?0.6342Im 2?38额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im?157?247.56(A)； 0.6342平均值为：Idc?0.4775Im?118.21(A)。
（d）Idd?12???I3?msin(?t)d(?t)?3I13Im?m?0.2387Im 2?24?1Id?2???3?(Imsin?t)d(?t)?2Im22???3?11?3(1?cos2?t)d(?t)?(?)?0.4485Im 22?38额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im?157?350.06(A)； 0.4485最终修改日期：2013-7-14 第 2 页 共 27 页
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平均值为：Idd?0.2387Im?83.56(A)。
1（e）Ide?2?Ie???40Imd(?t)??1?Im?0.125Im 2?412??40Im2d(?t)?0.3536Im
额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im?平均值为：Ide?0.125Im?55.5(A)。
1?40157?444.00(A)； 0.3536（f）Idf???Imd(?t)??401?I?0.25Im ?4mIf???1Im2d(?t)?0.5Im
额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则：Im?平均值为： Idf?0.25?314?78.5(A)
157?314(A)； 0.54、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而GTO却可以？
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α1和α2，由普通晶闸管得分析可得，α1＋α2＝1是器件临界导通的条件。α1＋α2>1两个晶体管饱和导通；α1＋α2<1不能维持饱和导通而关断。 GTO能关断，而普通晶闸管不能是因为GTO在结构和工艺上有以下几点不同： A 多元集成结构使每个GTO元的阴极面积很小，门极和阴极的距离缩短，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
B GTO导通时α1＋α2更接近1，晶闸管α1＋α2>1.15，而GTO则为α1＋α2≈1.05，饱和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。
C GTO在设计时，α2较大，晶体管V2控制灵敏，而α1很小，这样晶体管V1的集电极电流不大，易于从门极将电流抽出，从而使GTO关断。
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5、GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？ 答：二者都是电流型驱动型器件，其开通和关断都要求有相应的触发脉冲，要求其触发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。GTR要求在导通期间一直提供门极触发电流信号，而GTO当器件导通后可以去掉门极触发电流信号；GTO的电流增益（尤其是关断电流增益很小）小于GTR，无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度，其对触发电流信号（尤其是关断门极负脉冲电流信号）的要求比GTR高。
6、试比较GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异和各自的优缺点。 答：见下表 器 件 优 点 耐压高，电流大，开关特性GTR 好，通流能力强，饱和压降低 缺 点 开关速度低，电流驱动型需要驱动功率大，驱动电路复杂，存在2次击穿问题 电压、电流容量很大，适用于GTO 大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强 开关速度快，开关损耗小，工作频率高，门极输入阻抗高，MOSFET 热稳定性好，需要的驱动功率小，驱动电路简单，没有2次击穿问题 开关速度高，开关损耗小，通IGBT 态压降低，电压、电流容量较高。门极输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单
开关速度不及电力MOSFET，电压、电流容量不及GTO。 电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率很大，驱动电路复杂，开关频率低 电流容量小，耐压低，通态损耗较大，一般适合于高频小功率场合 最终修改日期：2013-7-14 第 4 页 共 27 页
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习题二
1、单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0～100V连续可调，输出电压平均值为30 V时，负载电流平均值达到20A。系统采用220V的交流电压通过降压变压器供电，且晶闸管的最小控制角αmin＝30°，（设降压变压器为理想变压器）。试求： （1）变压器二次侧电流有效值I2；
（2）考虑安全裕量，选择晶闸管电压、电流定额； （3）作出α＝60°时，ud、id和变压器二次侧i2的波形。 解：由题意可知负载电阻R?Ud30??1.5欧， Id202U2(1?cos?)
单相全控整流的直流输出电压为Ud??直流输出电压最大平均值为100V，且此时的最小控制角为αmin＝30°，带入上式可求得
U2?100?2?1.866?119(V)
（1）I2?U1?R????(2U2sin?t2U)d?t?2RR???sin2????sin2???79.33? ?2??2????6?sin?3?78.18(A)
αmin＝30°时，I2max?79.33?2?（2）晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为
I278.182
IVT?max2??55.28(A)
UVT?2U2?168.29(V) 考虑3倍余量，选器件耐压为168×3＝500V；额定电流为(55.28/1.57)×3＝100A
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