电力电子变流技术课后答案 第一章
第一章 电力半导体器件
习题与思考题解
1-1．晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？
解：晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。导通后的晶闸管管压降很小。
使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－维持电流
ＩＨ以下。其方法有二：
１）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压； ２）增加负载回路中的电阻。
1-2．型号为KP100-3的晶闸管，维持电流IH=4mA，使用在题1-2图中的电路中是否合理？为什么（不考虑电压、电流裕量）？
解：根据机械工业部标准JB1144-75规定，ＫＰ型为普通闸管，KP100-3的晶闸管，其中100是指允许流过晶闸管的额定通态平均电流为100A，3表示额定电压为300V。
对于图(a)，假若晶闸管V被触发开通，由于电源为直流电源，则晶闸管流过的最大电流为
IV?100?2?mA? 3500?10因为IV < IH，而IH < IL，IL为擎住电流，通常IL=(2~4) IH。可见，晶闸管流过的最大电流远小于擎住电流，所以，图(a)不合理。
对于图(b)，电源为交流220V，当α=0°时，最大输出平均电压 平均电流
Ud?0.45U2?0.45?220?99（Ｖ）
IVAR?Ud99??9.9(A) R10波形系数
Kf?IV?1.57 IVAR所以， ＩＶ＝Kf 。ＩＶＡＲ＝1.57×9.9＝15.5(A)
而KP100-3允许流过的电流有效值为IVE＝1.57×100＝157(A)， IL< IV 但电路中晶闸管Ｖ可能承受的最大正反向峰值电压为 1 电力电子变流技术课后答案 第一章 UFm?URm?2U?2?220?311(V)>300(V) 所以，图(b)不满足电压指标，不合理。 对于图(c)，电源为直流电源，Ｖ触发导通后，流过Ｖ的最大电流为IV＝150／1＝150(A),即为平均值，亦是有效值。而IVE＝150A，IV＝150(A)<157（A），即IL< IV 1-3．在题图1-3电路中，E=50V，R=0.5Ω，L=0.5H，晶闸管擎住电流为15mA。要使晶闸管导通，门极触发电流脉冲宽度至少应为多少？ 解：晶闸管导通后，主回路电压方程为 L主电路电流id按下式由零上升 id?did?Rid?E dtE1?e?tR/L R??晶闸管要维持导通，id必须上升达到擎住电流值以上，在此期间，门极脉冲应继续维持，将Id=15mA代入，得 取e?t501?e?t?15?10?3 0.5???1?t， t≥150μs。 所以，门极触发电流脉冲宽度至少应大于150μs。 1-4．单相正弦交流电源，交流电源电压有效值为220V。晶闸管和负载电阻串联连接。试计算晶闸管实际承受的最大正反向电压。若考虑晶闸管的安全裕量，其额定电压应如何选取？ 解：该电路运行可能出现施加于晶闸管上最大正反向峰值电压为 2U?2?220?310（V） 若考虑晶闸管的安全裕量，通常选择额定电压为正常工作峰值电压的2－3倍。２×310＝620(V), 3×310＝930(V),则选择额定电压为700V～1000V的晶闸管。 2 电力电子变流技术课后答案 第一章 1-5．若题1-4中晶闸管的通态平均电流为100A，考虑晶闸管的安全裕量，试分别计算导电角为180°和90°时，电路允许的峰值电流各是多少？ 解： 在不考虑安全裕量时，选择晶闸管的原则是：使实际运行管子电流的有效值IV1等于定义管子额定通态平均电流时的电流有效值IVE，即两种情况下，管芯的结温相同并小于或等于额定结温。 当导通角θ＝180°时， IV1?12?Im2 ????Isin?td?t??0m?2则有 Im/2＝1.57IVEAR 所以，晶闸管允许的峰值电流为 Ｉm=2×1.57×100＝314（Ａ） 当导通角θ＝90°时， IV1?12?2??Isin?td??t???m?2?Im22 则有 Im22?1.57IVEAR 所以，晶闸管允许的峰值电流为 Im?22?1.57?100?444(A) 考虑取安全裕量数为2时，则当导通角θ＝180°时，电路允许的峰值电流为 Im1=314／2＝157Ａ， 当导通角θ＝90°时，电路允许的峰值电流为 Ｉm2＝444／2＝222(A). 1-6.题1-6图中阴影部分表示晶闸管导电区间。各波形的电流最大值均为Im,试计算各波形电流平均值Id1、Id2、Id3、Id4、Id5，电流有效值I1、I2、I3、I4、I5和它们的波形系数Kf1、Kf2、 Kf3、Kf4、Kf5. 解： Id1 I1?1?2???0Im.Sin?td??t??Im??0.32Im 12?Im2????ISin?td?t??0m?2?0.5Im Kfe?I1???1.57 Id123 电力电子变流技术课后答案 第一章 Id21?2????3Im.Sin?td??t??3Im?0.24Im 4? I2?12?2??ISin?td??t??0.46Im m?3?? Kf2? Id3?0.49Im?1.92 0.23Im3Im?0.48Im 2?22????3Im.Sin?td??t??2Id2??2 I3?2?2??ISin?td??t????m32I2?0.65Im Kf3?I30.65Im??1.35 Id30.48Im Id41?2???20Im.dt?2Imdt?Im???Im?????0.25Im 2??2?41 I4?2???20Im?0.5Im 2Im?2?2 Im4Im???Im?????0.125Im 2??4?8 Kf4?I4Id4 Id51?2???40Im.dt??1 I5?2??402Imdt?Im22Im?0.35Im Kf5?I4?22?2.83 ImId48 1-7．题1-6中如果不考虑安全裕量，问100A晶闸管能送出的电流平均值Id1、Id2、Id3、 Id4、Id5各是多少？这时相应的电流最大值Im1、Im2、Im3、Im4、Im5又是多少？ 解：额定通态平均电流IVEAR为100A的晶闸管允许通过电流的有效值为 IVE?IVEAR?kfe1?100?1.57?157A 4 电力电子变流技术课后答案 第一章 利用上题结果，图(a) I1?Im1?IVE?157A 2Im314?100A 3.14则 Im1=314(A) 图（b） Id1???I2?0.46Im?IVE?157A 则 Im２=341(A) 图(c) Id2?0.24Im?81.8A I3?0.65Im?IVE?157A 则 Im３=241(A) 图(d) Id3?0.48Im?115.9A I4?0.5Im?IVE?157A 则 Im４=314(A) 图(e) Id4?0.25Im?78.5A I5?122Im?IVE?157A 则 Im5=444(A) 1-8．晶闸管的额定电流是怎样定义的？有效值和平均值之间有何关系？ 解：晶闸管的额定电流即指其额定通态平均电流ＩVEAR .它是在规定的条件下，晶闸管允 许连续通过工频正弦半波电流的最大平均值。如教材图1-8所示。 这些条件是：环境温度+４０℃，冷却条件按规定，单相半波整流电路为电阻负载，导通角不小于170℃，晶闸管结温不超过额定值。 额定通态平均电流ＩVEAR的电流等级如教材表１－２所示。通常50Ａ以下的管子分为1、5、10、20、30、50Ａ等级，100－1000Ａ的管子分为100、200、300、400、500、600、800、1000Ａ等级。 额定通态平均电流ＩVEAR与在同一定义条件下的有效值IVE具有如下关系： IVE?Kfe.IVEAR Id5?Im444??55.5A 885