電力電子技術(shù)第2章習(xí)題答案解析

1、.WORD.格式.班級(jí)姓名學(xué)號(hào)第2/9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(shí)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(kāi)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(dòng)電路、主電路三部分組成,由于電路中存在電壓和電流的過(guò)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(lèi)：不可控器件、半控型器件和全控型器件。6 .按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì)，電力電子器件可分為以下分為兩類(lèi)：電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型。7 .電力二極管的工作特性可概括為

2、單向?qū)щ娦浴? .電力二極管的主要類(lèi)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(chēng)整流二極管多用于開(kāi)關(guān)頻率不高，一般為1KHz以下的整流電路。其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5s以上。10 .快恢復(fù)二極管簡(jiǎn)稱(chēng)快速二極管，其反向恢復(fù)時(shí)間較短，一般在5s以下。11 .肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)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(shí)，不論是否觸發(fā)，品閘管都不會(huì)導(dǎo)通；承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)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(mén)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UDR附I

3、RR岫較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，一般取為正常工作時(shí)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(chēng)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(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流稱(chēng)為擎住電流。對(duì)同一品閘管來(lái)說(shuō)，通常IL約為IH的稱(chēng)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(shí)間數(shù)百微秒：快諫晶閘管數(shù)十微秒：高頻品閘管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(duì)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(gè)二極管制作在同一管芯上的功率

4、集成器件。19 .光控晶閘管又稱(chēng)光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長(zhǎng)的光照信號(hào)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(shí)現(xiàn)門(mén)極控制關(guān)斷而設(shè)計(jì)的。21 .GTO勺開(kāi)通控制方式與晶閘管相似，但是可以通過(guò)在門(mén)極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷。22 .GTO導(dǎo)通過(guò)程與普通品閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺，導(dǎo)通時(shí)管壓降較高。23 .GTO最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流與門(mén)極負(fù)脈沖電流最大值IGM比稱(chēng)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(gè)主要缺點(diǎn)。24 .GTR導(dǎo)通的條件是：集電結(jié)正向偏置且基極施加驅(qū)動(dòng)電流。25 .在電力電子電路中G

5、TR!作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，在飽和區(qū)和截止區(qū)之間過(guò)渡時(shí)，要經(jīng)過(guò)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(kāi)啟電壓的正電壓。27 .電力MOSFET漏極伏安特性中的三個(gè)區(qū)域與GT也發(fā)射極接法時(shí)的輸出特性中的三個(gè)區(qū)域有對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中前者的截止區(qū)對(duì)應(yīng)后者的截止區(qū)、前者的飽和區(qū)對(duì)應(yīng)后者的放大區(qū)、前者的非飽和區(qū)對(duì)應(yīng)后者的放大區(qū)。28 .電力MOSFET通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)。28.1 GBT是由MOSFET和GTR兩類(lèi)器件取長(zhǎng)補(bǔ)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(kāi)啟電壓的正電壓。31.IGBT的輸出特性分為三個(gè)區(qū)域，

6、分別是：正向阻斷區(qū),有源區(qū)和飽和區(qū)。IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)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(lèi)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(jìng)爭(zhēng)，試圖最終取代GTO在大功率場(chǎng)合的位置。33 .將多個(gè)電力電子器件封裝在一個(gè)模塊中，稱(chēng)為功率模塊。34 .與單管器件相比，功率模塊的優(yōu)點(diǎn)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(cè)、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(shí)現(xiàn)了電能和信息的集成,成為機(jī)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：?jiǎn)螛O型、雙極型和濕合型

7、（復(fù)合型）三類(lèi)。38 .在如下器件：電力二極管（PowerDiode）、晶閘管（SCR、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO、電力晶體管（GTR、電力場(chǎng)效應(yīng)管（電力MOSFEET、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.專(zhuān)業(yè)資料.整理分享.WORD.格式.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)合型電力電子而牛得有IGBT,一在可控的器件中，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(dòng)的是電力MOSFET,

8、IGBT,屬于電流驅(qū)動(dòng)的是二SCR,GTO,GTR39 .畫(huà)出下面電力電子器件的電氣符號(hào)。電力二極管晶閘管 GTO GTR電力場(chǎng)效應(yīng)管IGBTNPN型 GTR. N溝道MOJFET N-IGBT第2部分：簡(jiǎn)答題1 .電力電子器件是如何定義和分類(lèi)的？同處理信息的電子器件相比，它的特點(diǎn)是什么？答：電力電子器件是直接用于主電路中，實(shí)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(dòng)電路：電流驅(qū)動(dòng)型，電壓驅(qū)動(dòng)型。電力電子器件同處理信息的電子器件相比，它的特點(diǎn)是：1）處理電功率的能力一般遠(yuǎn)大于處理信息的

9、電子器件。2）電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。3）電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制。4）電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，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(gè)，缺一不可，即：1 ）陽(yáng)極與陰極之間加上正向電壓；2 ）門(mén)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(yáng)極電流大于維持電流。使陽(yáng)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？答士GTO和普通品閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，由PiN

10、/和Ni耳沖構(gòu)成兩個(gè)乩體管V1、V：,分別RTI共基極電流通益和。門(mén)由普通品倒管的分析可得q十qT星器件臨界導(dǎo)通的條件.對(duì)十SAL兩個(gè)等履晶體管過(guò)飽和而導(dǎo)通；卬十*VL不能維持飽和導(dǎo)通血美斷.GTO之所以能笫口行關(guān)斷，面普通晶同管不能.是因?yàn)镚TO。普通晶網(wǎng)百花設(shè)4和T藝方面有以下兒點(diǎn)不同：l)GTO在設(shè)計(jì)時(shí)較大.這樣晶體管電控制員噥，易于GTO美斷；2)GTO導(dǎo)通時(shí)的%十%更接近于葭普通晶閘管叫+Ot?NLI5,而GTO則為%+口，=3.GTO的泡利程度不洸.接近了臨界飽和，這樣為門(mén)板控制關(guān)斷提供仃利條件：3)多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè)GTO元陰極面積很小，門(mén)極和陰極間的距囪大為縮短，使得叫極區(qū)所謂

11、的橫向電阻很小.從而使從門(mén)極抽出較大的電流成為可能.5.試說(shuō)明IGBT、GTRGTOffi電力MOSFET自的優(yōu)缺點(diǎn)。解：對(duì)IGHT、GTR、iTO和電力MOSFET的優(yōu)疑點(diǎn)的比較如下表:事件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1GBT開(kāi)美速度高,開(kāi)美損耗小.具仃耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓羯動(dòng).驅(qū)動(dòng)功率小開(kāi)關(guān)辿度低戶(hù)電力MOSFE工電用.電流容顯不及GR)GTR耐順高電流大*開(kāi)關(guān)特性*通流能力強(qiáng)，飽和長(zhǎng)畫(huà)氐開(kāi)關(guān)速坦低.為電流騏動(dòng)，所制驅(qū)動(dòng)功率大，陰動(dòng)電路貨雜，存在二次擊穿問(wèn)題電犀.電流容量大.適用于大功率場(chǎng)合.具有電苛調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)電流美斯熠益很小.關(guān)斷M門(mén)極位膝沖電流大.開(kāi)關(guān)速度低

12、，抬動(dòng)功率大，期動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)痂率低電力MOSFFT開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱總定性好所曲疆動(dòng)功率小口驅(qū)動(dòng)電路牌單.工作糠率第T不存在二次擊穿何題電流客量h酎壓低.一般只適用于功率不超過(guò)】OkW的電力電子裝置第3部分：計(jì)算題1 .品閘管在單相正弦有效值電壓220V時(shí)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Utm2a220622V,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(jì)算電流波形的平均值、有效值。若取安全裕量為2,問(wèn)額定電流為100A的晶閘管，其允許通過(guò)的電流平均值和最大值為多少？題圖和經(jīng)晶鬧管的電布波形2.解

13、：設(shè)電流波形最大值為二*141TAff甘I¥平均值為：h=臉比=I牙曲】恕6=45-OS)=一乙二0.241/7口MNTk行a"”f”有效值為：4轟=在面嬴=L曲新嬴=的二圣4=0.4"1若安全裕量3則乩1rl=10伽2=50.*M=L57&*=L57i50=78S4u允訐道過(guò)的電流最大值：乙=必=1不H0.451允許通過(guò)的電流平均喳:心=0.2Ll-5=4243.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(jì)算各圖波形的電流平均值Idi、Id2、Id3與電流有效值I3、I3、I3。如果不考慮安全裕量，問(wèn)100A的品閘管能送出的最大平均電流Id1、Id2、Id3為多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值Im個(gè)Im2、Im3為多少？解t)/|=jInsin+10.2717/m2萬(wàn)Jj2口2'Ki"忖疝硝=與V45fo4767