电力电子变流技术课后答案
第1章
-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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I H =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
()mA I V 210
5001003=?= 因为I V < I H ，而I H < I L ，I L 为擎住电流，通常I L =(2~4) I H 。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
9922045.045.02=?=≈U U d （Ｖ） 平均电流 9.91099===
R U d VAR I (A) 波形系数
57.1≈=VAR V f I I K 所以， ＩＶ＝K f 。ＩＶＡＲ＝1.57×9.9＝15.5(A)
而KP100-3允许流过的电流有效值为I VE ＝1.57×100＝157(A)， I L < I V
但电路中晶闸管Ｖ可能承受的最大正反向峰值电压为
31122022≈?===U U U Rm Fm (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I V ＝150／1＝150(A),即为平均值，亦是有效值。而I VE ＝150A ，I V ＝150(A)<157（A ），即I L < I V
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
E Ri dt di L
d d =÷ 主电路电流d i 按下式由零上升
()
L tR d e R E i /1--= 晶闸管要维持导通，i d 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I d =15mA 代入，得
()3101515.050--?≥-t e 取t e t -≈-1，
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
31022022≈?=U （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。
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I V1等于定义管子额定通态平均电流时的电流有效值I VE ，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，
()()2
sin 21021m m V I t d t I I ==?πωωπ 则有 I m /2＝1.57I VEAR
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，
()()22sin 21221m m V I t d t I I ==?ππ
ωωπ 则有 VEAR m
I I 57.122=
所以，晶闸管允许的峰值电流为
44410057.122≈??=I m (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
I m1=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I m ,试计算各波形电流平均值I d1、I d2、I d3、I d4、I d5，电流有效值I 1、I 2、I 3、I 4、I 5和它们的波形系数K f1、K f2、K f3、K f4、K f5.
解： ()?≈==
ππωωπ0132.0.21m m m d I I t td Sin I I ()()m m m I I t d t Sin I I 5.02
21
021===?πωωπ 57.12
11≈==πd fe I I K ()?≈=
=πππ
ωωπ3224.043.21
m m m d I I t td Sin I I ()()m m I t d t Sin I I 46.021
322≈=?ππ
ωωπ 92.123.049.02≈=m m f I I K ()?≈=
==π
π
πωωπ32348.0232.22
m m d m d I I I t td Sin I I ()()m m I I t d t Sin I I 65.02222323≈==?ππωωπ
35.148.065.0333≈==m
m d f I I I I K ?==??? ???=
=2
0425.0422.21ππππm m m
m d I I I dt I I m m m I I dt I I 5.02
21
2
024===?ππ 24
2444===m
m
d f I I I I K ?==??? ???=
=4
05125.0842.21ππππm m m
m d I I I dt I I
m m
m I I dt I I 35.02
221
4
025≈==?ππ 83.28
224
45≈==m m d f I I I I K
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I d1、I d2、I d3、I d4、I d5各是多少？这时相应的电流最大值I m1、I m2、I m3、I m4、I m5又是多少？
解：额定通态平均电流I VEAR 为100A 的晶闸管允许通过电流的有效值为 A kf I e VEAR VE I 15757.11001=?=?=
利用上题结果，图(a) A I I VE m I 1572
11=== 则 I m1=314(A)
A I m d I 10014.33141===π 图（b ） A I I VE m I 15746.02===
则 I m ２=341(A)
A I m d I 8.8124.02== 图(c) A I I VE m I 15765.03===
则 I m ３=241(A)
A I m d I 9.11548.03== 图(d) A I I VE m I 1575.04===
则 I m ４=314(A)
A I m d I 5.7825.04== 图(e) A I I VE m I 1572215===
则 I m5=444(A)
A I m d I 5.558
44485===