电力电子技术自测习题集_NESOY详解

第一章电力电子器件填空题:1 .电力电子器件一般工作在开关 状态。2 .在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为通态损耗 ，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为开关损耗 。3 .电力电子器件组成的系统，一般由控制电路 、 驱动电路 、 主电路 三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加检测与保护电路。4 .按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为 单极性、双极性、复合型三类。5 .电力二极管的工作特性可概括为单向导电性 。6 .电力二极管的主要类型有整流二极管、 快恢复二极管、 肖特基二极管。7 .肖特基二极管的开关损耗小于快恢复二极管的开关损耗。8 .晶闸管的基本工作特性可概括为门极端正向触发则导通、阳极与阴极端的强电压反向则截止。9 .对同一晶闸管，维持电流Ih与擎住电流Il在数值大小上有Il大于Ih。10 .晶闸管断态不重复电压Udrm与转折电压 Ubo数值大小上应为Udrm小于 Ub。11 .逆导晶闸管是将二极管 与晶闸管 反并联(如何连接)在同一管芯上的功率集成器件。12 .GTO的多元集成结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。13 .功率晶体管 GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为击穿。14 .MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的截止区、前者的饱和区对应后者的 放大区、前者的非饱和区对应后者的饱和区。15 .电力MOSFET的通态电阻具有正 温度系数。1.1 IGBT 的开启电压UGE (th)随温度升高而降低，开关速度低于电力MOSFET 。17 .功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是功率集成电路。18 .按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子 器件分为 电流控制型 和电压控制型两类。19 .为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是缓慢衰减 。20 .GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是加快关断速度。21 .抑制过电压的方法之一是用RC电路 吸收可能产生过电压的能量,并用电阻将其消耗。在过电流保护中，快速熔断器的全保护适用于小 功率装置的保护。22 .功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用快恢复型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。23 .晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是 静态均压 措施,给每只管子并联 RC支路是 动态均压 措施,当需同时串联和并联晶闸管时，应采用先串后并的方法。24.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有负 温度系数, 在1/2或1/3额定电流以上区段具有正 温度系数。25 .在如下器件：电力二极管（ Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸 管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力 MOSFET ）、绝缘栅双极型晶 体管（IGBT ）中，属于不可控器件的是Power Diode ,属于半控型器件的是SCR ,属于全控型器件的是GTO、GTR、电力 MOSFET、IGBT ;属于单极型电力电子器件的有 电力 MOSFET ,属于双极型器件的有Power Diode、SCR、GTO、GTR ,属于复合型电力电子器件的有IGBT ;在可控的器件中，容量最大的是GTO ,工作频率最高的是电力 MOSFET ,属于电压驱动的是电力MOSFET、IGBT ,属于电流驱动的是SCR、GTO、GTR 。简答题：26 .电力电子器件是如何定义和分类的？同处理信息的电子器件相比，它的特点 是什么？27 .应用电力电子器件的系统组成如题图1-27所示，试说明其中保护电路的重要意义？控制电踣题图1-2728 .二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻，阻值较高且为常量，为何二极管在正向电流较大时管压降仍然很低？29 .二极管在恢复阻断能力时为什么会形成反向电流和反向电压过冲？这与它们 的单相导电性能是否矛盾？这种反向电流在电路使用中会带来什么问题？30 .使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：Uak>0且UGK>0,直到晶闸管电流达到擎住电流Il以上。31 .维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：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。32 .GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么 GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTO和普通晶闸管同为 PNPN结构，由 P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管 Vi、 V2,分别具有共基极电流增益 出和口2,由普通晶闸管的分析可得，1+2=1是器件临界导通的条件。 1+2 > 1,两个等效晶体管过饱和而导通；a1 + a2 v 1 ,不能维持饱和导通而关断。GTO之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：1) GTO在设计时82较大，这样晶体管 V2控制灵敏，易于 GTO关断；2) GTO导通时的 巴 +62更接近于 1,普通晶闸管 口1 + 口2 之1.15,而 GTO则为 % + 口2定1.05, GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了 有利条件；3)多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。33 .GTR的安全工作区是如何定义的？如题图 1-33所示，GTR带电感性负载时， 如果不接二极管 VD会产生什么问题？有了二极管VD是否还要加缓冲电路呢？34 .如何防止电力 MOSFET因静电感应应起的损坏？答：电力MOSFET的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。MOSFET的输入电容是低泄露电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过+20V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。35 .晶闸管的触发电路有哪些要求？36 .GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？1.1 IGBT、GTR、GTO和电力 MOSFET的驱动电路各有什么特点？答：IGBT驱动电路的特点是：驱动电路具有较小白输出电阻，IGBT是电压驱动型器件，IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。GTR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定 的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗，关断时，驱动电路能提供幅值足够大 的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。GTO驱动电路的特点是：GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度， 且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏 电路三部分。电力 MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率 小且电路简单。38 .全控型器件的缓冲电路的主要彳用是什么？试分析RCD缓冲电路中各组件的作用。答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，du/dt或过电流和di/dt,减小器件的开关损耗。RCD缓冲电路中，各元件的作用是：开通时，Cs经Rs放电，Rs起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经 VDs从Cs分流，使du/dt减小，抑制过电压。39 .试说明IGBT、GTR、GTO和电力 MOSFET 各自的优缺点。答：器件优点缺点IGBT开关速度高，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GTOGTR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。计算题:40 .晶闸管在单相正弦有效值电压220V时工作，若考虑晶闸管的安全裕量为2.5,其电压定额应选多大？41 .流经晶闸管的电流波形如题图1-41所示。试计算电流波形的平均值、有效值及波形系数。若取安全裕量为2,问额定电流为 100A的晶闸管，其允许通过的电流24平均值和最大值为多少?,L=0.5H ,晶闸管擎住电流为15mA 。o i 4<1 匹42.在题图 1-42 电路中， E=50V , R=0.5W要使晶闸管导通，门极触发脉冲宽度至少应为多少？h o题图1-41流经晶闸管 的电流鳏，T时 噩1-43晶闹督导曳祓形*43.题图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im,试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值II 2、 I 3解：a)1-I23=I msin td( t)= 一( 1) ： 0.27172支z m2n2I1= J*SImSin硝2d)=2ks +( -0.4767 Imb)1 二IeId2 = I m Sin td( t)=(Tt二 1)：0.5434 Im 2I2 = J- C(ImSin0t)2d(阴=.二 4：0.6741I mc)1 Id3= 2支2c021md( t)=1Im 4I3 =1票210Tm d( t)=2 Im44.上题中如果不考虑安全裕量, 各为多少？这时，相应的电流最大值解：额定电流I T(AV) =100A结果知问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3a)I m1b)Im2II*0.4767Ist &0.6741c)I m3=2 I =I m1、Im2、 Im3各为多少？允许的电流有效值I =157A ,由上题计算生 329.35 ,Id1 ： 0.2717Im1 89.48232.90,Id2 : 0.5434Im2 : 126.56314,_ 1Id3