电力电子技术题解实例与习题

1第一章 绪论1.1 题解实例一、填空题：1、电力电子技术是一门交叉学科，其内容涉及 、 和 三大学科。答：电气工程、电子科学与技术、控制理论2、电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括 、 和 三个组成部分。答：电力电子器件、电力电子电路、控制技术3、电力电子电路的根本任务是实现电能变换和控制。电能变换的基本形式有： 变换、 变换、 变换、 变换四种。答：AC/DC、 DC/AC、DC/DC、 AC/AC4、硅晶闸管派生器件双向晶闸管常用于交流 和 电路中。答：调压、调功5、 光控晶闸管是通过光信号控制晶闸管导通的器件，它具有很强的 、良好的 和较高的瞬时 承受能力，因而被应用于高压直流输电、静止无功功率补偿等领域。答：光信号、抗干扰能力、高压绝缘性能、过电压6、第二代电力电子器件以具有自关断能力的全控型器件 、 和为代表。答：GTR、MOSFET、IGBT7、IGBT 器件是一种复合器件。它兼有 和 的开关速度快 、安全工作区宽、驱动功率小、耐高压、载流能力大等优点。答：功率 MOSFET、双极型器件8、直流电动机变速传动控制是利用 或 获得可变的直流电源，对直流电动机电枢或励磁绕组供电，实现直流电动机的变速传动控制。2答：整流器、斩波器9、交流电动机变速传动控制则是利用 或 对交流电动机供电，通过改变的供电电源的频率和电压等来达到交流电动机的变速传动。答：逆变器、交交直接变频器10、太阳能电池板获得的原始直流电压是与太阳光强度等因素有关的，它需要通过一个 变换器来稳定直流电压，再通过 变换器变为所要求的交流电供负载使用或将电能馈入市电。答： DCDC、DC AC二、问答题：1、什么是电力电子技术？它有几个组成部分？答：电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括电力电子器件、电力电子电路（变流电路）和控制技术三个组成部分。2、电能变换电路有哪几种形式？各自的功能是什么？答：电能变换电路有四种形式：AC/DC 变换电路、DC/AC 变换电路、DC/DC 变换电路、 AC/AC 变换电路。AC/DC 变换电路：将交流电能转换为固定或可调的直流电能的电路。DC/AC 变换电路：将直流电能转换为频率固定或可调的交流电能的电路。DC/DC 变换电路：将一种直流电能转换为另一固定或可调电压的直流电能的电路。AC/AC 变换电路：将固定大小和频率的交流电能转换为大小和频率均可调的交流电能的电路。3、简述电力电子技术的主要应用领域。答：电力电子技术广泛的应用于工业、交通、IT、通信、国防以及民用电器、新能源发电等领域。如：电源、电气传动与控制、电力系统、新能源开发等领域。3第二章 电力电子器件2.1 题解实例一、填空题 1、电力二极管在电力电子电路中可作为 、 、 和保护等元件。答：整流、续流、隔离2、晶闸管外形有 和 两种封装，每个器件有 、 、和门极 G 三个电极。答：螺栓型、平板型、阳极 A、阴极 K3、晶闸管内部由半导体材料构成一个 三端结构，共形成 PN 结,引出 、 和门极 G 三端。答： 四层、三个、阳极 A、阴极 K4、晶闸管通过门极控制信号只能控制其 ，而不能控制其 。要关断只能使阳极电流小于 电流。答：开通、关断、维持5、某半导体器件的型号为 KP507，其中 KP 表示该器件的名称为 ，50 表示 ，7 表示 。答： 普通晶闸管、额定电流为 50A、额定电压为 700V6、双向晶闸管常应用于交流 电路、交流 电路和交 交 电路中。答： 开关、调压、变频7、光控晶闸管是通过 控制晶闸管导通的器件，它具有很强的 、良好的 和较高的瞬时 承受能力，因而被应用于高压直流输电、静止无功功率补偿等领域。答： 光信号、抗干扰能力、高压绝缘性能、过电压8、电流驱动型全控器件必须有足够的驱动电流才能使器件导通，需要有较大的 ，这类器件有 、 等答：驱动功率、门极可关断晶闸管、电力晶体管9、使 MOSFET 开通的驱动电压一般为 V，使 IGBT 开通的驱动电压一般为 V。关断时施加一定幅值的负驱动电压以利于减小 和关断损耗。答： 1015、 1520、关断时间10、IGBT 器件是一种 和 的复合体，它结合了二者的优4点。答：功率 MOSFET、双极型器件或 GTR11、常用的全控型电力电子器件以 、 和 为代表。答：GTR（电力晶体管） 、MOSFET（功率场效应晶体管） 、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）12、电力电子器件的损耗可分为: 、 、 和控制极损耗。答：通态损耗、阻断态损耗、开关损耗13、功率集成电路是将电力电子器件与逻辑 、 、 、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上。答：控制、保护、传感、检测二、判断题1、 （）电力电子器件在使用中必须要加散热器。2、 （）电力电子器件通常工作在开关状态。3、 （）电力电子器件是一种能够承受高电压、允许通过大电流的半导体器。4、 （）电力电子器件是一种能够同时承受高电压和大电流的半导体器件。5、 （）电力电子器件在导通状态时可以承受高电压。6、 （）常用可控电力电子器件有 3 种电极。7、 （）晶闸管有三个电极分别称为正极、负极和门级。8、 （）晶闸管由截止状态进入到导通状态必须同时具备两个条件。9、 （）普通晶闸管、功率晶体管、功率场效应管、绝缘栅双极型晶体管均属于全控型电力电子器件。10、 （）普通晶闸管为全控型器件，可关断晶闸管为半控型器件。11、() 功率晶体管（GTR）有三个电极，分别是发射极、基极和集电极。12、 （）功率场效应管(MOSFET)有三个电极，分别是源极、栅极和漏极。13、 （）绝缘栅双极型晶体管有三个电极，分别是发射极、栅极和集电极。14、 （）绝缘栅双极型晶体管具有功率晶体管和功率场效应管的优点，所以得到广泛应用。15、 （）GTR 是电压驱动型自关断器件。16、 （）MOSFET 是电流驱动型自关断器件。17、 （）IGBT 是电压、电流复合驱动型自关断器件。三、选择题 1、晶闸管内部有（ ）PN 结。A、 一个 B、 二个 C、 三个 D、 四个5：C2、晶闸管在电路中的门极正向偏压（ ）愈好。A、愈大 B、愈小 C、不变 D、愈稳定答： B3、普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ ）来表示的。A 有效值 B 最大值 C 平均值 D 瞬时值答：C4、当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在( )A、 导通状态 B、 关断状态 C、 饱和状态 D 、 不定答：B5、如某晶闸管的正向阻断重复峰值电压为 745V，反向重复峰值电压为825V，则该晶闸管的额定电压应为（ ）A、700V B、750V C、800V D、850V答：A6、双向晶闸管是用于交流电路中的，其外部有（ ）电极。A、 一个 B、 两个 C、 三个 D、 四个 答：C 7、双向晶闸管的四种触发方式中，灵敏度最低的是（ ） 。A、+ B、- C、+ D、 - 答：C8、双向晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ ）来表示的。A、 有效值 B、 最大值 C、 平均值 D、 瞬时值答：A9、比较而言，下列半导体器件中开关速度最快的是（ ）A、IGBT B、 MOSFET C、 GTR D、 GTO答：B 10、比较而言，下列半导体器件中开关速度最慢的是（ ） 。A、IGBT B、GTR C、MOSFET D、 GTO答：D11、比较而言，下列半导体器件中性能最好的是（ ） 。A GTR B MOSFET C IGBT D GTO答： C12、比较而言，下列半导体器件中输入阻抗最大的是（ ） 。6A、GTR B、MOSFET C、IGBT D、GTO 答：B 13、下列半导体器件中属于电流型控制器件的是（ ） 。A、 PIC B、 MOSFET C、 IGBT D、 GTO 答：D 14、下列半导体器件中属于混合型器件的是( )。A、 GTR B、 MOSFET C、 IGBT D、 GTO答：C 15、下列器件中属于全控型电力电子器件的是（ ） 。A、KP50-7 B、3DD15C C、ZP100-10 D、9013答：B15、下列电力半导体器件电路符号中表示 IGBT 器件的电路符号是( )。A B C D答：C四、简答题1、电力电子器件的特性表现在哪些方面？答：1）电力电子器件工作在开关状态，为的是减小本身的损耗。2）电力电子器件因直接用在电力电路上，要承受高电压大电流。3）电力电子器件需要弱电来控制，应有控制、驱动电路。4）因耗散功率大，需有必要的散热措施。2、怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答： 在实际电路中是采用阳极电压反向、减小阳极电压、或增大回路阻抗等方式，使阳极电流小于维持电流，晶闸管即关断。3、 在晶闸管的门极通入几十毫安的小电流可以控制阳极几十、几百安培的大流量的导通，它与晶体管用较小的基极电流控制较大的集电极电流有什么不同？晶闸管能不能像晶体管一样构成放大器？答：晶体管在共发射极接法时，基极电流 Ib 可以控制较大的集电极电流 Ic变化，起到了电流放大作用；而晶闸管在电路中只能由门极控制信号控制其通断，在电路中只起到一个开关作用，要关断还需要采取措施（如阳极加反向电压） 。因此，不能构成放大器。4、在夏天，工作正常的晶闸管装置到冬天变得不可靠了，可能是什么原因？7冬天工作正常，夏天工作不正常有可能是什么原因？答：夏天工作正常，冬天工作不正常的原因可能是电路提供的触发电流 Ig偏小，夏天勉强能触发，而冬天则不能满足对触发电流的要求了。冬天正常，夏天不正常的原因可能是晶闸管的维持电流小，冬天勉强能关断，到了夏天不容易关断；或者是，选用的晶闸管电压偏低，到了夏天，管子的转折电压与击穿电压值下降，造成“ 硬开通 ”或击穿。5、图 2-1 为调试晶闸管电路，在断开 Rd 测量输出电压 Ud 是否正确可调时，发现电压表读数不正确，接上 Rd 后一切正常，为什么？答：当 Q 未合上时，因电压表内阻很大，即使晶闸管门极加触发脉冲，此时流过晶闸管的阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管没有导通，电压表上显示的读数只是管子电流形成的电阻与电压表内阻的分压值，所以这个读数是不正确的。当 Q 合上后，Rd 接入电路，晶闸管能正常导通，电压表的读数才能正确显示。 图 2-1 例 5 图6 晶闸管的门极允许加多高电压？通过多大电流？不同规格的晶闸管一样吗？答： 按规定门极电压、电流瞬时值不能超过 10V、2A。在宽脉冲下，控制门极所加的平均功率，即电流电压乘积再乘以脉冲宽度的百分数，不能超过500mW,但 100A 以上的器件门极的面积增大，能够承受的外加控制信号的功率也可以增大，对 100200A 的器件可以允许平均损耗为 1W，对 300500A 器件为 2W。7、有些器件的门极只加 2V 就可使晶闸管触发导通，是否对于触发电路只输出 3V 就够了？答：按规定门极触发电压在 3.5(50A 器件)或 4V（100A 以上器件）以下者均为合格产品。但希望触发电压仍能在 56V 以上，这是因为一方面希望触发电路的通用性好些，另一方面，一般合格证上所给的数据是在室温下测定的，在低温下，要求触发电压、电流均显著增大，例如在-25时触发电压、电流可能增大 1 倍左右。8、用万用表测量晶闸管门极时，为什么正反向电阻不同？是否阻值愈小愈好？答：晶闸管的门极对阴极是一个 P-N 结，所以正反向电阻不同。但是同一型号的门极伏安特性相差很大，所以不能以门极电阻大小来确定特性好坏。当然，如果测得电阻值为零或无穷大，则表明门极与阴极已短路或开路，不能使8用。9、晶闸管最大冲击电流允许多大？超过了是否一定会坏？答：据对 100A 元件冷态进行冲击试验，通过正弦半波平均电流 3000A 达28 次才损坏。但在热态下(结温 100)耐受冲击电流能力就要小得多。所以晶闸管在冷态下允许的冲击电流比热态时要大得多，参看表 2-1.表 2-1 电流过载倍数10、螺栓式与平均式晶闸管你拧紧在散热器上，是否拧紧得越紧越好？答：元件固定在散热器上，拧得愈紧，散热效果愈好。但是，螺栓式元件在螺栓的六角上加力旋紧时，座底与硅片之间将产生应力，扭力大时会引起硅片损坏，所以拧紧时不可加力太大。11、晶闸管在使用时突然损坏，有哪些可能的原因？答 引起元件损坏的原因有很多，下面介绍一些常见的损坏元件的原因。电流方面的原因输出发生短路或过载，而过电流保护不完善，熔断器规格不对。快速性能不合要求。输出接电容滤波，触发导通时，电流上升率太大造成损坏。电压方面的原因没有适当的过电压保护，外界因开关操作、雷击等有过电压侵入或整流电路本身因换相造成换相过电压，或是输出回路突然断开而造成过电压均可损坏元件。元件特性不稳定，正向电压额定值下降，造成连续的正向转折引起损坏，反向电压额定值下降引起反向击穿。门极方面的原因门极所加最高电压、电流或平均功率超过允许值；门极和阳极发生短路故障；触发电路有故障，加在门极的电压太高，门极所加反向电压太大（超过允许值 10V 以上造成反向击穿） 。散热冷却方面的原因散热器没拧紧，温升超过允许值，或风机、水冷却停转，元件温升超过允许值。912、可用什么样的信号作为晶闸管的门极控制信号？答：可用尖脉冲、矩形脉冲、强触发脉冲。多相可控整流时要求宽脉冲。为了减少门极控制回路的电源个数和各元件与阴极的绝缘，通常把宽脉冲变换为高频脉冲列，经脉冲变压器共给门极。此外，如果使用光耦器则无需变换为脉冲列，而且能保证绝缘强度高。对可关断晶闸管(GTO)需要输入连续的阶跃脉冲信号，所以多采用光耦合器。13、晶闸管的额定电流 IT(AV)、维持电流 IH 和擎住电流 IL 是如何定义的？答：1）额定电流：即通态平均电流，条件为环境温度 400C 和规定的冷却条件，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大的工频正弦半波电流的平均值。2）维持电流：晶闸管维持导通状态所必需的最小电流。3）擎住电流：晶闸管由断态进入导通过程中，如果撤掉触发脉冲，能继续维持晶闸管导通的最小电流。14、 简述如何用万用表鉴别晶闸管的好坏。答：1). 万用表置于 R10 位置，测量晶闸管的门极-阴极之间的正反向电阻，阻值应为几欧几十欧，其正向电阻应小于或接近于反向电阻。2).万用表置于 R1K 位置，测量晶闸管的阳极 -阴极、阳极-门极之间的正反向电阻，正、反向电阻都很大，在几百千欧以上或为无穷大，且正、反向电阻相差很小。3).如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路或断路，说明晶闸管已经损坏。15、简述晶闸管的静态特性。答：1). 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；2).承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；16、什么是 GTR 的一次击穿和二次击穿？会有什么后果？答：1）当集电极电压 UCE 增大到集射极间的击穿电压 UCEO 时，集电极电流 iC 将急剧增大，出现击穿现象，这是首次出现正常性质的雪崩现象，称为一次击穿，一般不会损坏 GTR 器件。2).一次击穿