1、电力电子技术基础第一次作业 1. 电力电子技术的概念 答：电力电子技术使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子 技术。 2. 电力电子技术与相关学科的关系 答： （1）与电力学（电气工程）的关系 电力电子技术广泛用于电气工程中，高压直流输电，静止无功补偿，电力机车牵引，交直流电 力传动、电解、电镀、电加热、高性能交直流电源，国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个 分支。电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。 （2）与电子学（信息电子学）的关系 都分为器件和应用两大分支。器件的材料、工艺基本相同，采用微电子技术。应用的理论基础、 分析方法、分析软件也基本相同
2、。信息电子电路的器件可工作在开关状态，也可工作在放大状态； 电力电子电路的器件一般只工作在开关状态。二者同根同源。 （3）与控制理论（自动化技术）的关系 控制理论广泛用于电力电子系统中。 电力电子技术是弱电控制强电的技术， 是弱电和强电的接口； 控制理论是这种接口的有力纽带。电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。 3. 电力电子技术的应用 答： （1）一般工业：交直流电机、电化学工业、冶金工业。 （2）交通运输:电气化铁道、电动汽车、航空、航海。 （3）电力系统:高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿。 （4）电子装置电源:为信息电子装置提供动力。 （5）家用电器:“节能灯”、变频空
3、调。 （6）其他:UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置。 电力电子技术基础第二次作业 1.使晶闸管导通及维持晶闸管导通的条件分别是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或： u AK 0 且 u GK 0。 维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电 流。 要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于 零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2.如何防止电力 MOSFET因静电感应引起的损坏？ 答：电力 MOSFET
4、 的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。MOSFET 的输入电容是低泄漏电容， 当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过 20 的击穿电压，所以为防止 MOSFET 因静电感应而引起 的损坏，应注意以下几点： 一般在不用时将其三个电极短接； 装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必须接地； 电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。 3.试说明 IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET各自的优缺点。 答： I G BT 、GTR、GTO 和电力 MOSFET 各自的优缺点对比如下表： 器件 优点 缺点 IGBT 开关速度高，
5、开关损耗小，具有耐 脉冲电流冲击的能力，通态压降较 低，输入阻抗高，为电压驱动，驱 动功率小 开关速度低于电力 MOSFET,电压，电 流容量不及 GTO GTR 耐压高，电流大，开关特性好，通 流能力强，饱和压降低 开关速度低，为电流驱动，所需驱动 功率大，驱动电路复杂，存在二次击 穿问题 GTO 电压、电流容量大，适用于 大功 率场合，具有电导调制效应，其通 流能力很强 电流关断增益很小，关断时门极负脉 冲电流大，开关速度低，驱动功率大， 驱动电路复杂，开关频率低 电力 MOSFET 开关速度快，输入阻抗高，热稳定 性好，所需驱动功率小且驱动电路 简单，工作频率高，不存在二次击 穿问题 电
6、流容量小，耐压低，一般只适用于 功率不超过 10kW的电力电子装置 4.单相半波可控整流电路对电感负载供电，L20mH，U2100V，求当0和 60时的负载电 流 Id，并画出 ud 与 id波形。 答：0 时，在电源电压 u 2 的正半周期晶闸管导通时，负载电感 L 储能，在晶闸管开始导通时刻， 负载电流为零。在电源电压 u 2 的负半周期，负载电感 L 释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源 电压 u 2 的一个周期里，以下方程均成立： A L U t d t os L U i t os L U i i t t U dt di L d d d d 2 2 c 1 2 2 1 c 1 2 0
7、 0 sin 2 2 2 0 2 2 2 ，可解方程得 时 考虑到初始条件：当u d 与 i d的波形图如下： 当60时，在 u 2 正半周期 60180期间晶闸管导通使电感 L 储能，电感 L 储藏的能量 在 u2 负半周期 180300期间释放，因此在 u 2 一个周期中 60300期间以下微分方程成立： A L U t d t os L U i t os L U i i t t U dt di L d d d d 25 . 11 2 2 c 2 1 2 2 1 c 2 1 2 0 60 sin 2 2 3 5 3 2 2 2 其平均值为 ，可解方程得 时 考虑到初始条件：当 此时 u d
8、 与 i d的波形图如下： 5.单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中 R=2，L 值极大，反电势 E=60V，当 a=30时，要 求： a.作出 u d 、i d 和 i 2 的波形； b.求整流输出平均电压 U d 、电流 I d ，变压器二次侧电流有效值 I 2 ； c.考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 答： a、u d 、i d和 i 2 的波形图如下： b、整流输出平均电压 u d 、电流 i d ，变压器二次侧电流 i 2 有效值分别为： A i i A R E u i A u u d d d d 9 9 2 60 97 . 77 97 . 77 30 cos 100 9 . 0 cos 9 . 0 2 2 c、晶闸管承受的最大反向电压为： 产品系列参数选取。 的具体数值可按晶闸管 晶闸管额定电压和电流 8 6 57 . 1 36 . 6 2 5 . 1 晶闸管的额定电流为： 424 283 4 . 141 3 2 为： 所以晶闸管的额定电压 36 . 6 2 i 的有效值为： 流过每个晶闸管的电流 4 . 141 2 100 2 2 A I V U A i V u N N d VT
