【正文】 目 錄 第 1 章 電力電子器件 1 第 2 章 整流電路 4 第 3 章 直流斬波電路 20 第 4 章 交流電力控制電路和交交變頻電路 26 第 5 章 逆變電路 31 第 6 章 PWM 控制技術 35 第 7 章 軟開關技術 40 第 8 章 組合變流電路 42 1 第 2 章 電力電子器件 1. 使晶閘管導通的條件是什么？ 答：使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍?uAK0 且 uGK0。 2. 維持晶閘管導通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷？ 答：維持晶閘管導通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流，即維持電流。 要使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數值以下，即降到維持電流以下，便可使導通的晶閘管關斷。 3. 圖 143 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，試計算各波形的電流平均值 Id Id Id3 與電流有效值 I I I3。 0 02 ? 2 ?2 ?? ??4?4 ?25 ?4a) b) c)圖1 4 30 圖 143 晶閘管導電波形 解： a) Id1=π21 ??? ??4 )(sin ttdIm=π2mI( 122?)? Im I1= ??? ??? 4 2 )()s in(21 tdtI m=2mI ?2143? ? Im b) Id2 =π1 ??? ??4 )(sin ttdIm=πmI( 122?)? Im I2 = ??? ??? 4 2 )()s in(1 tdtI m=22mI ?2143? ? m c) Id3=π21 ?20 )(? ?tdIm=41 Im I3 = ?20 2 )(21 ? ?? tdI m =21 Im 4. 上題中如果不考慮安全裕量 ,問 100A 的晶閘管能送出的平均電流 Id Id Id3 各為多少 ？這時，相應的電流最大值 Im Im Im3 各為多少 ? 解：額定電流 I T(AV) =100A 的晶閘管，允許的電流有效值 I =157A，由上題計算結果知 a) Im1? ?， Id1 ? Im1? b) Im2? ?, Id2 ? Im2? 2 c) Im3=2 I = 314, Id3=41 Im3= 5. GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結構 ， 為什么 GTO 能夠自關斷 ， 而普 通晶閘管不能 ？ 答： GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結構，由 P1N1P2 和 N1P2N2 構成兩個晶體管 V V2,分別具有共基極電流增益 1? 和 2? ，由普通晶閘管的分析可得， 1? + 2? =1 是器件臨界導通的條件。 1? + 2? ＞ 1，兩個等效晶體管過飽和而導通； 1? + 2? ＜ 1，不能維持飽和導通而關斷。 GTO 之所以能夠自行關斷，而普通晶閘管不能，是因為 GTO 與普通晶閘管在設計和工藝方面有以下幾點不同： 1) GTO 在設計時 2? 較大，這樣晶體管 V2 控制靈敏，易于 GTO 關斷； 2) GTO 導通時的 1? + 2? 更接近于 1，普通晶閘管 1? + 2? ? ，而 GTO 則為1? + 2? ? ， GTO 的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關斷提供了有利條件； 3) 多元集成結構使每個 GTO 元陰極面積很小，門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，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。 6. 如何防止電力 MOSFET 因靜電感應應起的損壞？ 答：電力 MOSFET 的柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損壞。 MOSFET 的輸入電容是低泄漏電容，當柵極開路時極易受靜電干擾而充上超過 ? 20 的擊穿電壓，所以為防止MOSFET 因靜電感應而引起的損壞，應注意以下幾點： ① 一般在不用時將其三個電極短接； ② 裝配時人體、工作臺、電烙鐵必須接地，測試時所有儀器外殼必須接地； ③ 電路中，柵、源極間常并聯齊納二極管以防止電壓過高 ④ 漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。 7. IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 的驅動電路各有什么特點？ 答： IGBT 驅動電路的特點是：驅動電路具有較小的輸出電阻， IGBT 是電壓驅動型器件， IGBT 的驅動多采用專用的混合集成驅動器。 GTR 驅動電路的特點是：驅動電路提供的驅動電流有足夠陡的前沿，并有一定的過沖，這樣可加速開通過程，減小開通損耗，關斷時，驅動電路能提供幅值足夠大的反向基極驅動電流，并加反偏截止電壓，以加速關斷速度。 GTO 驅動電路的特點是： GTO 要求其驅動電路提供的驅動電流的前沿應有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個導通期間施加正門極電流， 關斷需施加負門極電流，幅值和陡度要求更高，其驅動電路通常包括開通驅動電路，關斷驅動電路和門極反偏電路三部分。 3 電力 MOSFET 驅動電路的特點：要求驅動電路具有較小的輸入電阻，驅動功率小且電路簡單。 8. 全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析 RCD緩沖電路中各元件的作用。 答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內因過電壓， du/dt 或過電流和 di/dt，減小器件的開關損耗。 RCD 緩沖電路中，各元件的作用是：開通時， Cs 經 Rs 放電， Rs 起到限制放電電流的作用；關斷時，負載電流經 VDs 從 Cs 分流 ，使 du/dt 減小，抑制過電壓。 9. 試說明 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 各自的優(yōu)缺點。 解：對 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 的優(yōu)缺點的比較如下表： 器 件 優(yōu) 點 缺 點 IGBT 開關速度高，開關損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅動，驅動功率小 開 關 速 度 低 于 電 力MOSFET,電壓，電流容量不及 GTO GTR 耐壓高，電流大，開關特性好，通流能力強，飽和壓降低 開關速度低，為電流驅動，所需驅動功率大，驅動電路復雜，存在二次擊穿問題 GTO 電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導調制效應，其通流能力很強 電流關斷增益很小，關斷時門極負脈沖電流大，開關速度低，驅動功率大，驅動電路復雜，開關頻率低 電 力 MOSFET 開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小且驅動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過 10kW 的電力電子裝置 第 3 章 整流電路 1. 單相半波可控整流電路對電感負載供電， L＝ 20mH， U2＝ 100V，求當 α ＝ 0?和60?時的負載電流 Id，并畫出 ud與 id波形。 解： α ＝ 0?時，在電源電壓 u2 的正半周期晶閘管導通時，負載電感 L 儲能，在晶閘管開始導通時刻，負載電流為零。在電源電壓 u2 的負半周期，負載電感 L 釋放能量，晶閘管繼續(xù)導通。因此，在電源電壓 u2 的一個周期里，以下方程均成立： 4 tUtiL ?sin2dd 2d ? 考慮到初始條件：當 ?t＝ 0 時 id＝ 0 可解方程得： )c os1(2 2d tLUi ?? ?? ? ?? ? ???? 20 2d )(d)c os1(221 ttLUI = LU?22 =(A) ud與 id的波形如下圖： 0 ? 2 ? ? tu20 ? 2 ? ? tud0 ? 2 ? ? tid 當 α ＝ 60176。時，在 u2 正半周期 60?~180?期間晶閘管導通使電感 L 儲能，電感 L 儲藏的能量在 u2 負半周期 180?~300?期間釋放，因此在 u2 一個周期中 60?~300?期間以下 微分方程成立： tUtiL ?sin2dd2d ? 考慮初始條件： 當 ?t＝ 60?時 id＝ 0 可解方程得： )c os21(2 2d tLUi ?? ?? 其平均值為 )(d)c o s21(221 3532d ttLUI ???? ?? ?? ? = LU?22 2 =(A) 此時 ud與 id的波形如下圖： ? tudid+