電力電子技術(shù)-習(xí)題-答案

1、第2章電力電子器件課后復(fù)習(xí)題第1部分：填空題1 .電力電子器件是直接用于主電路中,實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。2 .主電路是在電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能變換或控制任務(wù)的電路。3 .電力電子器件一般工作在開關(guān)狀態(tài)。4 .電力電子器件組成的系統(tǒng)，一般由控制電路、驅(qū)動電路、主電路三部分組成,由于電路中存在電壓和電流的過沖，往往需添加保護(hù)電路。5 .按照器件能夠被控制的程度，電力電子器件可分為以下三類：不可控器件、半控型器件和全控型器件。6 .按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，電力電子器件可分為以下分為兩類：電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。7 .電力二極管的工作特性可概括為單向?qū)щ娦浴? .電力二極管的主要

2、類型有普通二極管、快恢復(fù)二極管、肖特基二極管。9 .普通二極管又稱整流二極管多用于開關(guān)頻率不高，一般為1KHz以下的整流電路。其反向恢復(fù)時間較長，一般在5嗎以上。10 .快恢復(fù)二極管簡稱快速二極管，其反向恢復(fù)時間較短，一般在5Ns以下。11 .肖特基二極管的反向恢復(fù)時間很短，其范圍一般在1040ns之間。12 .晶閘管的基本工作特性可概括為：承受反向電壓時，不論是否觸發(fā)、品閘管都不會導(dǎo)通；承受正向電壓時，僅在門極正確觸發(fā)情況下,晶閘管才能導(dǎo)通；晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降至維持電流以下。13 .通常取晶閘管的lbR優(yōu)口中乃出較小的標(biāo)值作為該器件的額定

3、電壓。選用時，一般取為正常工作時品閘管所承受峰值電壓23倍。14 .使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流稱為維持電流。晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流稱為擎住電流。對同一品閘管來說，通常IL約為H的稱為24倍。15 .品閘管的派生器件有：快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、光控晶閘管。16 .普通品閘管關(guān)斷時間數(shù)百微秒.快諫晶閘管數(shù)十微秒.高頻晶閘管10微秒左右。高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額不易做高。17 .雙向晶閘管可認(rèn)為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。18 .逆導(dǎo)晶閘管是將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。19 .光控晶閘管又稱光

4、觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣.且可避免電磁干擾的影響。20 .GTO的多元結(jié)構(gòu)是為了便于實現(xiàn)門極控制關(guān)斷而設(shè)計的。21 .GTO勺開通控制方式與晶閘管相似，但是可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷。22 .GTO導(dǎo)通過程與普通品閘管一樣，只是導(dǎo)通時飽和程度較淺，導(dǎo)通時管壓降較高。23 .GTO最大可關(guān)斷陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值1GM之比稱為電流關(guān)斷增益，該值一般很小，只有5左右,這是GTO勺一個主要缺點。24 .GT甫通的條件是：集電結(jié)正向偏置且基極施加驅(qū)動電流。25 .在電力電子電路中GTRX作在開關(guān)狀態(tài)，在開關(guān)過程中，

5、在飽和區(qū)和截止區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)。26 .電力MOSFET通的條件是：漏源極間加正電且柵源極間加大于開啟電壓的正電壓。27 .電力MOSFE的漏極伏安特性中的三個區(qū)域與GTRft發(fā)射極接法時的輸出特性中的三個區(qū)域有對應(yīng)關(guān)系，其中前者的截止區(qū)對應(yīng)后者的截止區(qū)、前者的飽和區(qū)對應(yīng)后者的放大區(qū)、前者的非飽和區(qū)對應(yīng)后者的放大區(qū)。28 .電力MOSFE的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)。29.IGBT是由MOSFET和GTR兩類器件取長補短結(jié)合而成的復(fù)合器件。30.IGBT導(dǎo)通的條件是：集、射極間加正電且柵、射極間加大于開啟電壓的正電壓。31.IGBT的輸出特性分為三個區(qū)域，分別是：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和

6、區(qū)。IGBT的開關(guān)過程，是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間切換。1.1 IGCT由IGBT和GTO兩類器件結(jié)合而成的復(fù)合器件，目前正在與IGBT等新型器件激烈競爭，試圖最終取代GTO在大功率場合的位置。33 .將多個電力電子器件封裝在一個模塊中，稱為功率模塊。34 .與單管器件相比，功率模塊的優(yōu)點是：體積小、成本低、可靠性高。35 .功率集成電路將功率器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上。36 .功率集成電路實現(xiàn)了電能和信息的集成、成為機電一體化的理想接口。37 .按照載流子參與導(dǎo)電的情況，可將電力電子器件分為：單極型、雙極型和混合型（復(fù)合型）三類。38 .在如下器

7、件：電力二極管（PowerDiode）、晶閘管（SCR、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO、電力晶體管（GTR、電力場效應(yīng)管（電力MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）中，屬于不可控器件的是電力二極管,屬于半控型器件的是SCR、屬于全控型器件的是GTO,GTR,電力MOSFET,IGBT屬于單極型電力電子器件的有電力MOSFET,屬于雙極型器件的有電力二極管，SCR,GTO,GTR,屬于復(fù)合型電力電子器件得有IGBT,在可控的器件中，容量最大的是IGBT,工作頻率最高的是電力MOSFET,屬于電壓驅(qū)動的是電力MOSFET,IGBT,屬于電流驅(qū)動的是SCR,GTO,GTR。39 .畫出下面電力電子器

8、件的電氣符號。電力二極管晶閘管GTOGTR電力場效應(yīng)管IGBT第2部分：簡答題1 .電力電子器件是如何定義和分類的？同處理信息的電子器件相比，它的特點是什么？答：電力電子器件是直接用于主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。它分為電真空器件和半導(dǎo)體器件（主要是硅半導(dǎo)體）。電力半導(dǎo)體器件按照控制程度可分為不控型器件，半控型器件，全控型器件。按驅(qū)動電路：電流驅(qū)動型，電壓驅(qū)動型。電力電子器件同處理信息的電子器件相比，它的特點是：1）處理電功率的能力一般遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。2）電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。3）電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。4）電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信

9、息電子器件，一般都要安裝散熱器。2 .使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：品閘管導(dǎo)通的條件有2個，缺一不可，即：1 ）陽極與陰極之間加上正向電壓；2 ）門極與陰極之間加上適當(dāng)?shù)恼螂妷骸? .維持品閘管導(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：品閘管導(dǎo)通的條件是陽極電流大于維持電流。使陽極電流小于維持電流才能使品閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷4 .GTO和普通品閘管同為PNP陰構(gòu)，為什么GTCtg夠自關(guān)斷，而普通品閘管不能?答，GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)由PlNF工和NLtNi構(gòu)成兩個晶體管VH匕,分別具有共基極電流增靛6和a”由普通晶閘管的分析可得，aa2=是器件臨界導(dǎo)通的條件.%十%&g

10、t;1,兩個等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；四十%<1,不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷.GTO之所以能夠自行關(guān)斷，而普通品閘管不能，是因為GTO與普通晶閘管在設(shè)計和工藝方面有以下幾點不同工l)GTO在設(shè)計時叫較大，這樣晶體管片控制靈敏，易于GTO關(guān)斷；2)GTO導(dǎo)通時的%十%更接近于h普通晶閘管岡+%之1J5,而GTO則為%+戊己*1.05,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GTO元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大為縮短，使得P±極區(qū)所謂的橫向電陰很小，從而使從門極抽出較大的噌流成為可能.5.試說明IGBT、GTRGTOffi電力M

11、OSFET自的優(yōu)缺點。解：時GBT*GTR,GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點的比較如下表.器件優(yōu)點r缺點JGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈神電流沖擊的能力,通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高.為電位冊動，驟的功率小開關(guān)速度低，電力MOSFETJtl壓.電流容雖不及GTOCiTR耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強T飽和性降低開關(guān)速度低.為電流驟動.所需驅(qū)動功率大,驅(qū)動噌路發(fā)雜，存在二次擊穿問題GTO電小、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導(dǎo)調(diào)制效附，其通流能力很強電流關(guān)斷增益根小，關(guān)斷時門檻負(fù)脈沖電流大.開關(guān)速度低，驅(qū)司功率大,用動電路復(fù)雜.開關(guān)頻率低電力MOSFET開關(guān)速度快,輸入阻抗高,熱

12、穩(wěn)定性好,所需驅(qū)動功率小且邱動電路前單,工作頻率高.不存在二次擊穿間題電流容埴小，耐壓低,一般只適用于功率不超過IOkW的電力電子裝置第3部分：計算題1 .品閘管在單相正弦有效值電壓220V時工作,若考慮品閘管的安全裕量,其電壓定額應(yīng)選多大？答：考慮2倍安全裕量，有Utm=2父后父220=622V,故選電壓定額為700V。2 .流經(jīng)晶閘管的電流波形如題圖1所示，其電流最大值為Im。試計算電流波形的平均值、有效值。若取安全裕量為2,問額定電流為100A的晶閘管，其允許通過的電流平均值和最大值為多少？題圖1流經(jīng)晶閘管的電流波形2.解：設(shè)電流波形最大值為I-平均值為：乙=L4）揖=4iJsill用H

13、=（8起£4=上心二T*02*53有效值為：及獗唾仙）4=力與；回而2=也+旦-0皿/若安全裕量乙則小門=1領(lǐng)；工=5OAu%效=157%例=157燈0=7也5月一允許通過的電流最大值：臬="現(xiàn)=17"卜.0.45丁允許通過的電流平均值:"=024x175=42月，3.題圖2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,試計算各圖波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值13、13、I30如果不考慮安全裕量，問100A的品閘管能送出的最大平均電流Id1、Id2、Id3為多少？這時，相應(yīng)的電流最大值Im1、Im2、Im3為多少？解：a）/V23五3d（師孟（丁1卜。.27174t產(chǎn)檔型小m砌飛砌醫(yī)*0.4767人b)/d2=Csin