【正文】 ，并作出ud、 id、 iVT、 iD 的波形。 ＝ 283~424（ V） 晶閘 管的額定電流為： IN＝ (~2)179。 cos30176。 解： ① ud、 id 和 i2 的波形如下圖： u2O ? tO ? tO ? tudidi2O ? tIdIdId???? ② 整流輸出平均電壓 Ud、電流 Id，變壓器二次側(cè)電流有效值 I2 分別為 Ud＝ U2 cosα ＝ 179。在電路中器件均不導(dǎo)通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡。 解：注意到二極管的特點(diǎn)：承受電壓為正即導(dǎo)通。 ∕ ＝ 26~35（ A） 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 ＝ 283~424（ V） 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品 系列參數(shù)選取。 cos30176。 解： ① ud、 id、和 i2 的波形如下圖： u2O ? tO ? tO ? tudidi2O ? tIdId???? ②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＝ U2 cosα ＝ 179。 33．單相橋式全控整流電路， U2＝ 100V，負(fù)載中 R＝ 2Ω ， L 值極大，當(dāng) α ＝ 30176。 對(duì)于電感負(fù)載：（ α ~ π＋α ）期間，單相全波電路中 VT 1 導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT VT 4 導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 u2 相等；（ π ＋ α ~ 2π＋α ） 期間，單相全波電路中 VT 2 導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT VT 3 導(dǎo)通，輸出波形等于 ??u2。當(dāng) VT 1 導(dǎo)通時(shí)，晶閘管 VT 2 通過(guò) VT 1 與 2 個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以 VT 2 承受的最大電壓為 2 22U 。 以下分析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的情況。 答：具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，該變壓器沒(méi)有直流磁化的問(wèn)題。因此，在電源電壓 u2 的一個(gè)周期里，以下方程均成立： tUtiL ?sin2dd 2d ? 考慮到初始條件：當(dāng) ?t＝ 0 時(shí) 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(dāng) α ＝ 60176。 解： α ＝ 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 閘管開始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。 211 目前常用的全控型電力電子器件有哪些？ 答：門極可關(guān)斷晶閘管 , 電力晶閘管，電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管，絕緣柵雙極晶體管。 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是 :驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，Ⅰ GBT 是電壓驅(qū)動(dòng)型器件 ， IGBT 的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。 電力 MOSFET 開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好。 28 試分析 IGBT 和電力 MOSFET 在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和開關(guān)特性上的相似與不同之處 . IGBT 比 電力 MOSFET 在背面多一個(gè) P 型層， IGBT 開關(guān)速度小，開關(guān)損耗少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(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小。 P 區(qū)和 N 區(qū)之間多了一層低摻雜 N 區(qū)，也稱漂移區(qū)。 GTO 之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)?GTO 與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同： l)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) 21 ??? 的更接近于 l，普通晶閘管 ???? ，而 GTO 則為 ???? ， GTO 的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極 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。 解： a) Id1= )122(2Im)(s inIm2 1 4 ???? ??? ?? t I1= Im4 7 6 1432Im)()s in(Im2 142 ???? ??? ?? wtdt b) Id2= Im5 4 )122(2Im)(s inIm14 ???? wtdt?? ?? I2= Im6 7 4 1432 Im2)()s in(Im142 ???? ??? ?? wtdt c) Id3= ? ?20 Im41)(Im21? ?? td I3= Im21)(Im21 20 2 ?? td ??? 25 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 IdId Id3各為多少 ?這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值 Im Im 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 I=157A,由上題計(jì)算結(jié)果知 a) Im1 ?? I A, Id1? ? b) Im2 , 326 74 AI ?? Id2 AI m 2 65 4 3 2 ?? c) Im3=2I=314 Id3= 3 ?mI 26 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V 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， 121 ????是器件臨界導(dǎo)通的條件。 要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷， 可利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降 到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷?；颍?uAK0 且 uGK0。低摻雜 N 區(qū)由于摻雜濃度低而接近于無(wú)摻雜的純半導(dǎo)體材料即本征半導(dǎo)體，由于摻雜濃度低，低摻雜 N 區(qū)就可以承受很高的電壓而不被擊穿。電力電子技術(shù) 第五版 答案 僅供參考學(xué)習(xí) 21 與信息電子電路中的二極管相比，電力二極管具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)才使得其具有耐受高壓和大電流的能力？ 答： ，使得硅片中通過(guò)電流的有效面積增大，顯著提高了二極管的通流能力。 P 區(qū)和 N 區(qū)之間多了一層低摻雜 N 區(qū)，也稱漂移區(qū)。 22. 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：晶閘管承受正向陽(yáng)極 電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）。 23. 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。 24 圖 227 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(jì)算各波形的電流平均值 Id Id Id3與電流有效值 I I I3。 121 ＞?? ? 121 ＜?? ?不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。 27 與信息電子電路中的二極管相比，電力二極管具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)才使得它具有耐受高電壓電流的能力？ 答 ，使得硅片中通過(guò)電流的有效面積增大，顯著提高了二極管的通流能力。低摻雜 N 區(qū)由于摻雜濃度低而接近于無(wú)摻雜的純半導(dǎo)體材料即本征半導(dǎo)體，由于摻 雜濃度低，低摻雜 N 區(qū)就可以承受很高的電壓而不被擊穿。開關(guān)速度低于 電力MOSFET。所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題。 電力 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。 31. 單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電， L＝ 20mH， U2＝100V，求當(dāng) α ＝ 0?和 60?時(shí)的負(fù)載電流 Id，并畫出 ud 與 id 波形。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。時(shí)，在 u2 正半周期 60?~180?期間晶閘管導(dǎo)通使電感 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 一個(gè)周期中 60?~300?期間以下微分方程成立： tUtiL ?sin2dd 2d ? 考慮初始條件：當(dāng) ?t＝ 60?時(shí) 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(shí) ud 與 id 的波形如下圖： ? tudid+ +? t? tu20?+ + 32．圖 310 為具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，問(wèn)該變壓器還有直流磁化問(wèn)題嗎？試說(shuō)明： ① 晶閘管承受的最大反向電壓為 2 22U ； ② 當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其 輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)相同。 因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫螠y(cè)繞組中，正負(fù)半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向相反，波形對(duì)稱，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會(huì)有直流磁化的問(wèn)題。 ① 以晶閘管 VT 2 為例。 ② 當(dāng)單相全波整流電路與單相全控 橋式整流電路的觸發(fā)角 ? 相同時(shí)，對(duì)于電阻負(fù)載：（ 0~α ）期間無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0；（ α ~π ）期間，單相全波電路中 VT 1 導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT VT 4 導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 u2 相等； (π ~π＋α )期間，均無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0； (π＋α ~ 2π )期間，單相全波電路中 VT 2 導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT VT 3 導(dǎo)通，輸出電壓等于 ??u2。 可見，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負(fù)載上時(shí)，則輸出電流也相同。時(shí)，要求： ① 作出 ud、 id、和 i2 的波形； ② 求整流輸出平均電壓 Ud、電流 Id，變壓器二次電流有效值 I2； ③ 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 100179。＝ （ V） Id＝ Ud /R＝ ＝ （ A） I2＝ Id ＝ （ A） ③晶閘管承受的最大反向電壓為： 2 U2＝ 100 2 ＝ （ V） 考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為： UN＝（ 2~3）179。 流過(guò)晶閘管的電流有效值為： IVT＝ Id∕ 2 ＝ （ A） 晶閘管的額定電流為： IN＝（ ~2）179。 34．單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。因此，二極管承受的電壓不會(huì)出現(xiàn)正的部分。 整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形 如下： 0 ? 2 ? ? t? t? tu2uV D 2uV D 400 35．單相橋式全控整流電路， U2=100V，負(fù)載中 R=2Ω， L 值極大，反 電勢(shì) E=60V，當(dāng) ?=30?時(shí)，要求： 作出 ud、 id 和 i2 的波形； ① 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 I2； ② 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 100179。＝ (A) Id ＝ (Ud－ E)/R＝ (－ 60)/2＝ 9(A) I2＝ Id ＝ 9(A) ③晶閘管承受的最大反向電壓為： 2 U2＝ 100 2 ＝ （ V） 流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為： IVT＝ Id ∕ 2 ＝ （ A） 故晶閘管的額定電壓為： UN＝ (2~3)179。 ∕ ＝ 6~8（ A） 晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 解： ud、 id、 iVT、 iD 的波形如下圖： u2O ? tO ? tO ? tudidO ? tO ? tIdIdIdiV T 1iV D 2?? ??? ? 負(fù)載電壓的平均值為：2 )3/c os ()(ds in21 23 2d ???? ?? ??? ? UttUU＝ （ V） 負(fù)載電流的平均值為： Id＝ Ud∕ R＝ ∕ 2＝ （ A） 流過(guò)晶閘管 VT VT 2 的電流有效值為： IVT＝ 31 Id＝ （ A） 流過(guò)二極管 VD VD4 的電流有效值為： IVD＝ 32 Id＝ （ A） 37. 在三相半波整流電路中，如果 a 相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓 ud 的波形。原因如下：變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)：當(dāng) a1c2 對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， a1 的電流向下流， c2 的電流向上流；當(dāng) c1b2 對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， c