第七节电力电子器件建模
一、问题的提出
上一节“电力电子系统建模”中所涉及到的电力电子器件(GTO、MOSFET、IGBT)都是理想开关模型（“0”、“1”状态），如表1。然而，当我们在研究微观时间尺度下的（电压电流）系统响应或者电力电子器件特性的时候，我们就必须对电力电子器件建立更精确的模型。这里的电力电子器件模型将不再是状态空间表达式或者传递函数的形式，这是因为简单形式的状态空间表达式或者传递函数已经无法精确表达出器件的动、静态过程。
电力电子器件的精确模型主要应用在：器件模型换向过程（微观时间尺度上）、元器件张力、功率消耗、设计器件缓冲电路等情况下。从某种意义上说电力电子器件建模是电力电子系统建模的补充。
表1 理想开关与实际功率开关对比
二、建模机理
1.电力电子器件建模需考虑的问题
对于功率半导体器件模型的发展，除了考虑半导体器件在建模时所考虑的一般问题和因素之外，在建立比较精确的仿真模型时，以下几个问题必须优先考虑，这些问题在低功率器件中不成问题，但在功率电子器件中这几个问题它们支配了器件的静态和动态特性：
(1). 阻系数的调制
为了承受较高的电压，功率半导体器件一般都有一个稍微厚度搀杂半导体层，当器件导通时，这个层决定导通压降和功率损失。这个电阻随电压和电流变化而变化，具有非线性电阻的特性。
单极型器件（MOSFET）中，电阻的变化是由有效电流导通区域变化所引起，另外随着外电场的增加迁移率的降低也会引起导通电阻的变化。
双极器件中，当器件导通时，电子和空穴充满了低搀杂层，此时注入的载流子密度比搀杂浓度还要高，这个区域的电阻明显的降低了。
在区域边界X 1到X r ，面积为A 的区域电阻由下式表示：
?
+=r
X X p n p n qA dx
R 1
)
(μμ
这里n 和p 分别是电子和空穴的密度，n μ和p μ是载流子的迁移率，载流子并不是均匀分布的，它们的密度也不是均匀的。
(2). 电荷存储量
对于双极型器件而言，当处于导通状态时，载流子电荷被存储在低搀杂区域，这些载流子电荷在器件阻断之前，必须尽快地被移走，这过程是引起开关延时和开关损耗的根本原因。我们以往使用的用于仿真的器件模型都是一种准静态模型，这就意味着电荷的分布是器件两端瞬时电压的函数，这根本不适于功率电子器件，若要准确描述器件的动态特性，就需要导入器件的基本物理方程。在暂态瞬间，功率器件的低搀杂区域内的载流子电荷随着时间和位置进行变化。
(3). MOS 电容
在MOSFET 、IGBT 、MCT 等控制门极通常都是绝缘门极，这样的门极都具有比较大的门极电容，这个电容受门极电压的影响，是个非线性电容。影响最大的是门极和阳极之间的电容，在应用电路中门极是输入端，而阳极通常是输出端，通过两极电容形成的反馈作用，对开关的特性产生了较大的影响。
(4). 电热交互作用
由于功率损耗，电力电子器件在工作时产生大量的热能，器件的特性同器件的温度有极大的关联，因此变化的温度对器件的特性产生了影响，考虑到热对器件特性的影响，也需要对器件的电热效应建模。
(5). 击穿
击穿不仅仅发生在器件损坏时，有时正常的应用也会发生击穿想象现象。功率电子器件的击穿大多数是雪崩击穿，但有时也有齐纳击穿发生。 2. 电力电子器件建模的建模方法
目前有关电力电子器件的仿真模型有很多, 这些模型主要包括下面几类: 一类是从器件的物理原理为基础的方程出发构造的模型, 这类模型可以称为微模型, 其模型参数与物理原理密切相关, 这类模型的特性比较接近器件的实际特性, 但是它的参数比较复杂, 用户使用起来很不方便。与微模型不同的是,电力电子器件的宏模型是从另外一个角度出发, 运用电阻、电容、二极管和晶体管等元器件构造电力电子器件外部特性的等效模型, 这类模型的构造相对来说要简单些, 应用起来也比较直观和方便, 但是宏模型的精确性不如微模型。
电力电子器件有各种各样电路模型，所以也存在许多建模方法。下面我们主要在子电路模型和数值模型这两种模型形式加以讨论。
(1). 数值建模法
数值模型一般是直接利用半导体功率器件的物理方程求解而到模拟结果的一种建模方法。通过这种建模方法得到的电力电子器件数值模型可以称为数值模型（或者微模型）, 其模型参数与物理原理密切相关, 这类模型的特性比较接近器件的实际特性, 但是它的参数比较复杂, 用户使用起来很不方便，对计算机的眼球也非常之高。
(2). 子电路建模法
这种模型一般都建立在已有的通用电路仿真平台上，根据需要建模的电力电子器件特性，利用仿真平台器件库中已有的器件，搭出满足电力电子器件器件静态和动态特性模型来。当然这种子电路模型可以很简单，也可能很复杂。子电路型电力电子器件模型的仿真精度一方面取决于模型本身结构，它还取决于仿真平台的计算精度和仿真平台中已有的模型精度，所以子电路型电力电子器件模型的精度不会十分理想，而且由于模型的结构有时过于复杂（有时为了追求仿真精度），所以仿真时就要花费许多时间。但它的优点是建模过程简单，容易理解和便于掌握。
3.电力电子器件的模型参数和模型参数的提取
一个模型是否精确不仅仅取决于模型本身，它还取决于模型参数。但这个问题在器件建模中并没受到足够的重视。实际上用于电路仿真的器件模型是否对电路的设计者有价值，是取决于模型的参数系列是否可靠。
简单的模型只有较少的参数，这些参数来源于对观测到器件工作特性曲线的拟合。而精确的模型则需要大量的模型参数，因为这些模型是根据器件的物理特性和器件结构建模的。
(1). 电力电子器件的模型参数
电力电子器件的模型参数分以下几类：
(a). 技术参数
这些参数涉及到器件结构和材料特性。如：不同区域的长度和宽度、掺杂浓度等。
(b). 物理参数
这些参数是同器件的物理现象有关的参数。像载流子的产生、复合、扩散、载流子的分布、迁移率和载流子的寿命等等。
(c). 电气参数
这些参数决定了器件的电气特性，在有些情况下它们由器件的一些物理和技术参数所构成。典型的参数是：饱和电流、击穿电压、门槛电压、跨导、电流放大系数等。
(d). 热参数
这些参数用来描述器件的热效应。器件的热效应常常通过热阻和热容量来建模，通常要将封装和散热器都加在一起考虑。
(e). 拟合参数
有些参数并不是直接来自器件的物理特性，而是来自对器件测量的数据和曲线，对这些曲线进行建模时产生了曲线拟合参数。曲线拟合的方法有时能够简化建模和优化建模。在建模的过程中也大量使用。但这些参数往往失去了它们的物理意义变成了纯粹的拟合参数。
(2). 电力电子器件模型参数的提取
虽然器件参数可以从多种途径得到，但最常用的方法是从被测量的器件特性上提取参数。下面介绍两种通过从被测量的器件特性上提取参数的方法。
(a). 参数优化法
测量得到的数据由数学优化的方法进行数据拟合，以使更好地以适配器件模型。但是这种方法只适用于比较少的参数系列，因此在使用这个方法时应将参数系列分成几个参数系列组来操作。对于物理型的参数，有时可能出现不收敛的问题，在这种情况下，一定要确定好再次物理特性范围内的初始值和边界条件。这种方法的优点是它适用于用一系列方程表示的复杂器件模型。
(b). 参数隔离法
器件的特性依赖于精细选取的一个或几个参数，但是参数的隔离不是总能做到的。因为器件的特性是由多个参数所决定的，而且有些参数直接的或间接地相互关联和影响。
三、建模举例
绝缘门双极型晶体IGBT(Insulted Gate Bipolar Transistor) 由于兼有MOSFET 的高输入阻抗、快速性和双极型达林顿晶体管(GTR)的高电流密度、低饱和电压的优点, 已成为普遍使用的半导体功率开关器件。并且它结构略微复杂且有一定代表性，本文将以它为例，在Pspice为仿真平台上使用子电路建模法对其进行建模。
1.IGBT分类及基本工作原理
IGBT按缓冲区的有无来分类，缓冲区是介于P+发射区和N-飘移区之间的N+层，如图2所示。无缓冲区者称为对称型IGBT，有缓冲区者称为非对称型IGBT。因为结构不同，因而特性也不同。
栅极
漏极
图2 IGBT结构剖面图
当阳极相对于阴极加负偏压时，由于阳极结J1反偏，使阳极电流通道被阻，J1结上只有很小的泄漏电流流过，IGBT处于反向阻断状态。对于没有N+缓冲层的IGBT(即非穿通型IGBT)，J1结的耗尽区主要向N-基区扩展，因而使得其具有相当的反向阻断能力；对于具有N缓冲层的非对称IGBT (即穿通型IGBT)，由于N+冲层阻止了J1结的耗尽区向N基区的扩展程度，使得其反向击穿电压比非穿通型IGBT大为降低，即穿通型IGBT具有较低的反向阻断能力。
当阳极相对于阴极加正向偏压时，阴极结J2反偏。当栅-阴极电压V GS小于阙值电压V T时，因为表面MOSFET的沟道区没有形成，器件处于关态，J2结上只有很小的泄漏电流流过，使器修具有正向阻断能力。当V GS大于阙值电压V T 时，表面MOSFET的沟道区形成，电了流由N阴极通过该沟道区流入N基区，使J1结正偏，J1结开始向N基区注入空穴，其中一部分在N基区与MOS沟道区来的电子复合，另一部分通过J2结流入P阱。随着J1结正向偏压的增加，注入N基区的空穴浓度可增加到超过N基区的背景掺杂浓度，从而对N基区产生显著的电导调制效应，使N基区的导通电阻大大降低，电流密度大为提高。对一定的V GS，当V AS达到一定值时，使沟道中的电子漂移速度达到饱和漂移速度，则阳极电流人就出现饱和。随着V GS的增加，表面MOSFET的沟道区反型加剧，通过沟道的电子电流增加，使得器件的I mos增加。
为了满足一定的耐压要求，N区往往选择较厚且轻掺杂的外延层。当沟道形成后，P衬底注入到N层的空穴(少子)，对N进行电导调制，使N的载流了浓度显著提高，阻抗减小，降低了N的通道压降，克服了MOS通电阻高的弱点，使IGBT高有低的通态电压。
2.IGBT工作特性及电容分布
(1). 工作特性
IGBT的静态特性包括伏安特性、转移特性和静态开关特性。IGBT的动态特性包括开通过程和关断过程两个方面。
(a). 静态特性
IGBT 的静态特性包括伏安特性、转移特性和静态开关特性。
伏安特性表示器件的端电压和电流的关系。N-IGBT 的伏安特性示于图3(a)中，由图可知，IGBT 的伏安特性与GTR 基本相似，不同之处是，控制参数是门源电压V GS ，而不是基极电流。伏安特性分饱和区、放大区和击穿区。输出电流由门源电压控制，门源电压V GS 越大，输出电流I D 越大。由图2可知，当IGBT 关断后，J 2结阻断正向电压；反向阻断电压由J 1结承担。如果无N +缓冲区，正、反向阻断电压可以做到同样水平，但加入N +缓冲区后，伏安特性中的反向阻断电压只能达到几十伏，因此限制了IGBT 在需要阻断反向电压场合的应用。
IGBT 的转移特性曲线示于图3(b)中，与功率MOSFET 的转移特性相同。在大部分漏极电流范围内，I D 与V GS 呈线性关系；只有当门源电压V GS 接近开启电压V GS (Th )时才呈非线性关系，此时漏极电流已相当小。当门源电压V GS 小于开启电压V GS (Th )时，IGBT 处于关断状态。加在门源间的最高电压由流过漏极的最大电流所限定。一般门源电压的最佳值可取在15V 左右。
GS
gs
ds
(b)
(c)
图3 IGBT 的静态特性
IGBT 的静态开关特性示意图如图3(c)所示。当门源电压大于开启电压时，IGBT 即开通。由图2可知，IGBT 由PNP 晶体管和MOSFET 组成的达林顿结构，其中PNP 为主晶体管，MOSFET 为驱动元件。电阻R b 介于PNP 晶体管基极和MOSFET 漏极之间，它代表N -漂移区电阻，一般称为扩展电阻。与普通达林顿电路不同，流过等效电路中MOSFET 的电流成为IGBT 总电流的主要部分。在这种情况下，通态电压V DS(on)可用下式表示：
()V V V I R DS on J b D on =++1 (1) 式中V J1为J 1结的正向电压，其值约为0.7～1V ；V b 为扩展电阻R b 上的压降；R on 为沟道欧姆电阻。
与功率MOSFET 相比，IGBT 通态压降要小得多，1000V 的IGBT 约有2～5V 的通态压降。这是因为IGBT 中的N-漂移区存在电导调制效应的缘故。IGBT 的通态电流I DS 为
因为高压IGBT 中的βPNP 小于1，所以PNP 晶体管的基区电流，也即MOSFET
的电流构成IGBT 总电流的主要部分。这种不均衡的电流分配是由IGBT 的结构所决定的。
因为IGBT 构成的基础是功率MOSFET ，通过门源电压可控制IGBT 的状态。当V GS (b). 动态特性 IGBT 的动态特性包括开通过程和关断过程两个方面。 V V I 电流电流 图4 IGBT 动态特性 IGBT 开通时的瞬态过程如图4所示。IGBT 在降压变换电路中运行时，其电流、电压波形和功率MOSFET 开通时的波形类似。这是因为IGBT 在开通过程中大部分时间是作为MOSFET 来运行的。图中t d(on)为开通延迟时间，t ri 为电流上升时间，V GG +为门源电源电压。漏源电压的下降时间分为t fv1和t fv2两段：t fv1段曲线为IGBT 中的MOSFET 单独工作时的电压下降时间；t fv2段曲线为MOSFET 和PNP 两个器件同时工作时的电压下降时间。t fv2时间的长短由两个因素决定，其一在漏源电压降低时，IGBT 中MOSFET 的门漏电容增加，致使电压下降时间变长，这与MOSFET 相似；其二是IGBT 的PNP 晶体管从放大状态转为饱和状态要有一个过程，这段过程也使电压下降时间变长。由上可知，只有在t fv2曲线的末尾漏源电压才进入饱和阶段。在V GS 的波形图中，从t d(on)开始到t ri 结束阶段，门源电压按指数规律上升。V GS(t)曲线在从t ri 末尾至t fv2结束这段时间内，由于门源间流过驱动电流，门源之间呈现二极管正向特性，所以V GS 维持不变。当IGBT 完全导通后，驱动结束，V GS(t)重新又按指数规律最终到达V GG+值。 在降压变换电路中运行时，由图可知，在最初阶段里，关断的延迟时间t d(off)和电压V DS 的上升时间t rv ，由IGBT 中的MOSFET 决定。关断时IGBT 和MOSFET 的主要差别是电流波形分为t fi1和t fi2两部分，其中t fi1由MOSFET 决定，对应于MOSFET 的关断过程，t fi2由PNP 晶体管中存储电荷决定。因为在t fi1末尾MOSFET 已关断，IGBT 又无反向电压，体内的存储电荷难以被迅速消除，所以漏极电流 有较长的下降时间。因为此时漏源电压已经建立，过长的下降时间会产生较大的功耗，使结温增高，所以希望下降时间越短越好。IGBT中无N+层缓冲的，下降时间较短；反之，下降时间则较长。通过通态压降与快速关断时间的折衷，则可以减小下降时间，这一设计思想与一般双极型器件不同。所以在关断时，基区中的存储电荷使IGBT的电流波形中出现特有的尾部（如图4所示）。当MOSFET 部分的沟道截止时，电子流停止，IGBT电流迅速降至尾部起始空穴复合电流。 3.IGBT物理结构的电容分布 功率IGBT实际上是在功率MOSFET的衬底上加上一层P+层，其单元细胞剖面图如图3所示。可以看出正是该层使得IGBT在物理结构上等效多出一个双极型晶体管。关于功率MOSFET的内部电容分布及模型在很多文献中已有介绍。对该等效BJT，它有一个低掺杂浓度的厚基区，对其动态特性影响很大。在暂态过程中V bc随时间非线性变化，同时基集间耗尽层的宽度也随之变化，存储于此耗尽层的多子也流向基区，基区厚度W也随着变化，而且由于基区宽度变化较多子传输速度快，所以其暂态过渡过程不能用其准静态特性来描述。并且由于低掺杂的厚基区的影响使得该等效BJT具有很高的关断速度和较低的电流增益，所以它并是一个简单的高掺杂薄基区的传统BJT，它具有与以往任一功率BJT 所不同的特性。 gdj + 缓冲层 图5 IGBT单元细胞物理结构及电容分布 按照IGBT中掺杂浓度的不同和载流子的发布，各个线性、非线性电容的分布如图5所示。 其中： R b—厚基区调制电阻C oxd—门漏重叠氧化电容 C m—源极金属层电容C oxs—栅源重叠氧化电容 C gdj —栅漏重叠耗尽电容 C dsj —漏源重叠耗尽电容 C cer —集射再分布电容 C ebd —射基扩散电容 C ebj —射基耗尽电容 栅源电容C gs =C m +C oxs 栅漏电容C gd ＝C gdj C oxd /( C gdj + C oxd ) 在以上各个非线性电容中C gd 、C gs 、C cer 对IGBT 的静态及动态特性影响最 大，而这些电容的静态电容值可以以下述三种方法来获得： (a).在输入值为零且输出回路短路的情况下，可以测出静态输入电容值 C iss =C gs0+C gd0； (b). 利用反相桥电路可以测出反向传输电容C rss =C gd0 ； (c).在输入回路短路时，可以测得输出电容值C oss =C cer0+C gd0。 从而可得C gs 、C gd 、C cer 的静态值。 然而在IGBT 动态工作状态中C gd (C rss )、C oss 由于稳定的缘故是不能被直接测出的，如要得到精确的电容变化规律，则必须设计一个三维等效物理模型，并以计算机程序来模拟IGBT 内部的暂态电荷分布，往往非常耗费机时且不容易实现。但是如果我们可以通过对各电容的分析及IGBT 内部的电荷分布情况来得到比较简单但相对精确的电容描述函数，从而实现对非线性电容的仿真。 下面我们将分别对各非线性电容及电阻的动态特性加以讨论： (1). 栅源电容C gs 从图5中可以看出，栅极和源极金属层之间有一等效源极金属层电容C m ；同时存在——栅源重叠氧化电容C oxs ，而且两者以并联的方式同时影响着栅源之间的电容特性，由于C m 与C oxs 的动态特性相当稳定，所以 C gs =C m //C oxs =C m +C oxs (2) 可知C gs 可近似为一静态稳定电容。 (2).栅漏电容C gd 如图2-4，由于IGBT 的物理工艺特性，栅极与漏极之间始终存在一个稳定的线性电容－栅源重叠氧化电容C oxd ；在IGBT 工作状态下，随着V se 的增加，在源极（P +区）和栅极（N -区）下方，会产生一耗尽层( Depletion Region ) 如图5所示，该耗尽层即可等效为栅漏耗尽层重叠电容C gdj ，而C gdj 与C oxd 串联构成了栅漏电容C gd 。因此，当IGBT 未开通时，耗尽层电容C gdj 等于零，此时C gd =C oxd ，当IGBT 开通时，耗尽层产生，直至稳定，因此C gdj 等效为一非线性电容，影响着栅漏电容C gd 的大小。综上所述， { /()o x d gd oxd gdj oxd gdj C C C C C C =+ 当时当时V V V V V V ds gs th ds gs th ≤->- (3) 所以栅漏耗尽层电容C gdj 和门漏重叠氧化电容C oxd 决定着C gd 的大小。当V se 不是很低的时候C gdj 要远远小于C oxd ，由C gd ＝C gdj C oxd /( C gdj + C oxd ) 可知 C gd ≈C gdj ；而当V se 趋近于0时，由于C oxd 远远小于C gdj ，同理可知C gd ≈C ox 。当 V V V gs th s e ->时，在门极下就形成一积累层，此时流经N －区到P ＋ 区的电子电流I mos 均匀分布，因此这时C gdj 变的比C ox 要大的多，此时C gd 几乎达到C oxd 的数值；当V gs 不变而V ds 增大时，I mos 随之增大，这样便使栅源耗尽层变厚而减小C gdj 进而使C gd 减小，同时该功率管从线性区进入放大区。 其中，如果A gd 表示栅漏耗尽区，W gdj 表示栅漏耗尽层宽度，硅的介电常数以εsi 表示，等效BJT 中集—基间空间电荷浓度以N scl 表示。那么， /g d j g d s i g d j g d j s c l C A W W ε== (4) 而且，C dsj 在形成原因上与C gdj 相似： C A A W W V V qN dsj gd si dsj dsj si ds th scl =-=+()/()/εε2 (5) (3). 集射再分布电容C cer 集射再分布电容 C cer 是由基区与集电区边界条件中的电荷分布所引起的，其动态特性主要决定于集基耗尽电容C bcj 且与之成比例，而C bcj 由于其形成原因同C dsj 相同，因此包含在MOSFET 模型中，如图3所示。集基耗尽层的宽度与C bcj 成反比，当集基间电压增加时，集基间耗尽层的宽度W bcj 也随之增加，且二者的关系为[2]： b c j s c l W = /b c j s i b c j C A W ε= (6) 其中W bcj 表示基射耗尽层宽度。 在以上公式中，如果令I c 表示集电极电流I mos 表示MOSFET 沟道电流，则集—基间空间电荷浓度N scl 可表示为： /()-/()s c l B c p s a t m o s n s a t N N I q A v I q A v =+ (7) 其中，N B 表示等效BJT 中厚基区掺杂浓度，A 为IGBT 器件有效面积，q 为电子电荷，v nsat 与v psat 分别表示电子与空穴饱和速率。 C cer 的表达式为： 22c e r b c j B e f f W Q C C Q W =? (8) 其中，W 是N －区与等效BJT 基—集耗尽层宽度差，而W eff 是基区载流子流通有效宽度，通常情况下，两者的比值大约为0.334。 在实际工作过程中，基区多子电荷数Q 要远远大于P +衬底电荷数Q B ，因此在IGBT 关断时输出电容中分布电容C cer 占主导地位。而在IGBT 开通时由于Q 的值为零，因此此时的输出电容要远远小于关断时的输出电容。在射基区之间没有缓冲区时，Q 及Q B 可以表示为： 0/2Q qAWP = B s c l Q q A W N = (9) 其中，P 0表示等效BJT 中靠发射极侧基区末端载流子密度。 (4). 等效射基电容 C eb 由图5中可知，等效BJT 射基扩散电容C ebj 及射基耗尽电容C ebd 串联构成了C eb 。在IGBT 实际工作状态下，当射基PN 结反偏时，C ebj 占主导地位，而当射基PN 结正向偏置时，C ebd 占主导地位。通常我们以电容两端电压特性来代替电容特性： 对于C ebj ： 220.6-(-)/(2)ebj bi B si V Q Q qN A ε= (10) 对于C ebd ： 00 021 ln ()()-ln c B ebd B B nc B i P D P N kT V N P q N N n μ??+=++???? (11) 其中，() 2 nc pc c nc pc kT D q μμμμ=?+ 1(1/1/) n c c n μμμ=+ 1(1/1/)p c c p μμμ=+ -2/31/l n (1) c p p μδδ=+ 综上所述， m i n (,)e b j e b e b j e b d e b d V V V V V ?? =??? 当当 当Q Q Q Q Q bi bi <>≥≥0 0 (12) 式中 D c 为载流子扩散率 m 2/s ，μnc 、μpc 为n 或p 载流子扩散变化率 m 2/Vs (5). 沟道调制电阻R b 沟道调制电阻是IGBT 中所特有的特性，它的存在使得IGBT 关断尾部电流得到了抑止，使得关断速度能够加以提高，使其具有优良的动态特性。但是这又和器件开关时的能量损耗有着直接的关系，同时，由于IGBT 自身的散热问题，也使得器件设计者们必须选择一个择中的方案。若是以Q 表示所有载流子的电荷总和，那么： { /() /()n c B b e f f e f f W q A N R W q A n μμ= 当当Q Q <≥00 (13) 其中，/()eff nc pc B Q Q Q μμμ=++ csc ()tanh()2eff B n N P h L L =?? +???? (14) W W W L b c j =- (15) μμμμμμnc n c pc p c =+=+111111/(//) /(//) (16) 式中 μeff 为有效双极变化率 m 2/Vs ，n eff 为N -区有效掺杂浓度 m -3。 4. Pspice 下IGBT 模型的建立 按照上节的分析，李浩昱教授在文献[1]中吸取了以往所有IGBT 模型的优点基于PSPICE 平台给出IGBT 的原理模型，如图4。如果选取IR （国际整流器）公司的产品IRGBC40S ，其V CES 为600V ，I C 为50A 。按照产品手册所给定的一些IGBT 自身参数以及Si 的一些传统特性参数，经过一些计算后参数。下面我们将逐一分析各个非线性元件的电特性及数学表达，其最终表达式均统一为V GS 与V GD 的函数。 G 图6 IGBT 的子电路原理模型 (1)．沟道调节电阻R b b R = bc d eb V V E =- (2)．栅漏电容C gd 的数学表达式(3)、(4)、(5)得出。在实际工作中IGBT 作为开关器件时漏源间电压往往是定值，为了简化表达式，不妨取V DS ＝600 V ，则I mos 可以表示为： 220()2()/2ds mos p gs T ds p p gs T V I K V V V K K V V ? ?? =--??-?? g s t h d s g s t h d s g s t h V V V V V V V V <≤->- 在额定工作范围内，等效MOSFET 沟道电流I mos 大约为I c 的1.7~2.4倍，所以式(4)中N scl ≈1.6×1020/m 3。则是式(4)中 /0.183/gdj gd si gdj C A e W == /()0.293/0.183)gd axd gdj axd gdj C C C C C nF =+= (3)．对于C dsj ，类似于C gdj ，而且A ＝2A gd ，所以有 2.86410//gdj gdj gd si gdj W C A e W -=?= (4)．集射再分布电容C cer 与C bcj 成正比，则可得： 12.83/cer C = (5)．等效射基极电容C eb 的大小可以直接用其两端电压V eb 来替代，它的大小与V gs 成反比，则： 439.2/eb V =5. Pspice 下IGBT 仿真 静态特性测试电路如图5所示，图6是国际整流器公司参数手册上给出的静态特性曲线，我们在Pspice 仿真平台上可以使Vgs 和V D 同时进行参数扫描，这样便可得到图4-6中的仿真静态特性曲线。 V D =0~10V R L =0.2Ω V gs 图7 IRGBC40S 静态特性测试电路 CE ,V V DS , V I D , A 图8 IRGBC40S 静态特性 图9 IGBT 子电路模型的仿真静态特性 可以看出，图8、9的静态特性几乎是相同的，由于IGBT 可以等效地看作 为一个VDMOS( 垂直沟道MOS )和一个等效二极管的串联组合，所以它的自身压降决不小于一个二极管的通态压降，大约为0.7V ，不过由于静态特性受非线性元件的影响不是很大，所以几乎以往任意一IGBT 仿真模型均可作到这一点。但这也同时验证了本论文所搭制的子电路模型的静态特性的稳定性。 动态特性包括开通特性与关断特性，如图10所示，为IRGBC40S 参数手册提供的典型动态特性测试电路。在我们仿真过程中，我们严格按照该电路所提供的元件参数来进行Pspice 上的参数提取，所以其仿真结果一定能够完全再现该电路所有的特性。图11为参数手册完全根据图10电路所得到的IGBT 动态实测开通波形： V D =500V L L =20nF R L =20 Ω 图10 IGBT 关断波形测试电路 基于Pspice 平台上的开通仿真如图10所示电路，当V gs 脉冲上升沿到来时，其仿真结果如图12所示： V C E 100V/div Ic 5A/div 0.2s /div μV CE I c 0Time ,2520 15 10 5 I c ,A μs V CE 图11 IRGBC40S 开通实测曲线 图12 IGBT 开通仿真波形 IGBT 动态特性的最主要的特性，也是MOSFET 和GTR 不具备的特性，就是关断时尾部电流的变化，这是由于IGBT 模块中等效功率MOSFET 和功率晶体管并不同时关断，后者厚基区剩余电荷的续流引起的。这个特性在本论文中的子电路模型里完全的体现出来。 如图11为参数手册中给出的IRGBC40S 在25℃时，测试电路如图10所示为额定电流下的典型实测关断波形。而图12则是采用手册测试电路中完全相同的元件参数并在相同的环境温度下Pspice 仿真结果。 I c V CE V CE 100V/div Ic 5A/div 0.2s /div μ 0Time ,2520 15 10 5 I c ,A μs V CE 图13 IRGBC40S 动态关断波形 图14 IGBT 仿真动态关断曲线 从图中不难看出，该模型较专用电子电路仿真软件ICAP/4中IGBT 库中模型有了较大的改进，它更接近于实际中IGBT 关断尾部特性，而且关断时间也同图13中手册波形一致。 参考文献： 1. 李浩昱,功率器件IGBT 模型的建立与研究, 哈尔滨工业大学硕士学位论文, 1997. 2. Allen R. Hefner, Modeling Buffer Layer IGBT?s for Circuit Simulation, IEEE …T rans. On P.E. , 10(2),111-123, 1995. 3. Allen R. Hefner, Analytical Modeling of Device- Circuit Interactions for the Power Insulated Gate Bipolar Transistor ( IGBT), IEEE Trans. on I.A, 26(6), 995-1005, 1990. 4. Chang SU Mitter, Allen R. Hefner, Dan Y. Chen, et al. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Modeling Using IG-Spice, IEEE Trans on I.A. , 30(1), 24-33 , 24-33, 1993. 5. Allen R. Hefner, A Dynamic Electro-Thermal Model for the IGBT, IEEE Trans on I.A. , 30(2) 294-405, 1994. 6. Allen R. Hefner, David L. Blackburn. Simulating the Dynamic Electrothermal Behavior of Power Electronic Circuits and Systems, IEEE Trans on P.E. , 8(4), 376-385, 1993. 7. R. Hefnertt, D. L. Blackburnt, and K. F. Gallowaytt. The Effect Of Neutrons On The Characteristics Of The Insulaed Gate Bipolar Transistor (IGBT), IEEE Trans. on N.S. , 33(6), 1428-1434,1986. 附录 表2 系统变量方程 一、单选题(共 35小题，每小题 1 分)： 1．《电网工程建设预算编制与计算标准》适用于 ( A 、国家投资建设 B 、国家电网公司投资建设 C 、国有资金投资建设 D 、各种投资渠道投资建设 答案： D 2．建筑安装工程费的计算公式为 ( )。 A 、建筑安装工程费 = 直接工程费 + 间接费 + 利润 + 税金 B 、 建筑安装工程费 = 直接费 + 措施费 + 间接费 + 利润 + 税金 C 、 建筑安装工程费 = 直接费 + 间接费 + 利润 + 税金 D 、 建筑安装工程费 = 直接费 + 间接费 + 规费 + 税金 答案： C 4．施工图文件审查费应计入 ( )。 A 、前期工作费 B 、项目法人管理费 C 、设计文件评审费 D 、勘察设计费费 答案： B 5．根据《国家电网公司输变电工程设计变更管理办法》规定，重大设计变更，是指 改变了初步设计审查确定的工程设计方案、 规模、 标准等原则意见的设计变更， 或单项工程 增减投资超过 ( )万元的设计变更。 A 、 30 B 、 50 C 、 80 D 、 100 答案： B 6．根据《国家电网公司输变电工程设计变更管理办法》规定，涉及费用变化的设计 变更，必须附有工程量明细和预算书并由相关单位 ( )人员签署意见。 A 、领导 B 、技术 C 、技经 D 、现场管理 答案： C 7．国家电网公司基本建设技经工作管理办法规定，工程概算编制应由具有相应资质 的设计单位或工程造价咨询单位进行，工程概算应控制在核定的 ( )范围内。 A 、可行性研究估算 B 、同类工程的造价 C 、施工图预算 D 、典型造价 答案： A 8．以下不属于《 电网工程建设预算编制与计算标准》所 定义的建设预算内容的是 ( )。 A 、投资估算 B 、初步设计概算 C 、施工图预算 D 、工程结算 答案： D 9．在电网工程中， ( )不计列夜间施工增加费。 A 、变电站建筑工程 B 、变电站安装工程 C 、一般架空线路工程 D 、大跨越工程 答案： C 3．变电站建筑工程社会保障费的计算公式为 0.16 X 缴费费率 0.18 X 缴费费率 1.12 X 缴费费率 1.2 X 缴费费率 )。 A 、社会保障费 B 、社会保障费 C 、社会保障费 D 、社会保障费 答案： B =直接工程费X =直接工程费X =直接工程费X =直接工程费X )的新建、改建和扩建工程。 第二章 2-1解： ①122053.40.4 0.132/(min )1500N N a e N N U I R C V r n ---?Φ= == 9.55 1.26/T N e N C C N m A Φ=Φ= ②67.28N t N N T C I N m =Φ= 29.5563.67260 N N N N N P P T N m n n π= == ③02 3.61N N T T T N m =-= ④01666.67/min N e N U n r C = =Φ 002 1657.99/min a e t N R n n T r C C =- =Φ实际 ⑤0000.5()1583.34/min a N N N I n n n n n n r I =-?=--= ⑥2200.1321400 880.4 N e N a a U C n I A R -Φ-?= == 2-2 解： 1311222333112212285.2170.4110 0.646170.4 1.711.710.130.2221.710.130.381.710.130.6460.2220.130.0920.380.N N st st a st a st a st st a st st st I I A A U R I R R R R R R r R R r R R λλλλ==?== === ====?=Ω==?=Ω==?=Ω=-=-=Ω=-=-3322220.1580.6460.380.266st st st r R R =Ω=-=-=Ω 2-3 解： 取 12118.32236.6N I I A ==?= 式中1I 为最大允许电流，稳态时，负载电流L N I I =，令切换电流 2 1.15 1.15L N I I I == 则1 2 1.74I I λ= = 1lg 3.7lg N a U I R m λ ?? ? ??== 取m=4. 则 1.679λ==，122 1.191.679N N L I I I I I λ===> 4342312(1)0.0790.1330.2230.374st a st st st st st st R R R R R R R R λλλλ=-=Ω==Ω==Ω==Ω 、 式中，1st R ，2st R ，3st R ，4st R 分别是第一级，第二级，第三级，第四级切除阻值。 2-4解： ①电枢电路不串电阻达稳态时， 0.80.80.8126.8 em L T N a N T N N a N T T T C I T C I I I φφ=====?== 0.20415N N a N N N a e N N N a e N N U I R U E I R C n I R C n φφ-=+=+?= = 则电枢回路不串电阻时的转速： 四、计算题 1某虚拟存储器的用户编程空间共32个页面，每页为1KB,内存为16KBo假定某时刻一用户页表中已调入内存的页面的页号和物理块号的对照表如下： 则逻辑地址0A5C（H）所对应的物理地址是什么？要求：写出主要计算过程。 1. 解：页式存储管理的逻辑地址分为两部分：页号和页内地址。由已知条件用户编程空间共32个页面”可知页号部分占5位；由每页为1KB” 1K=210,可知内页地址占10位。由内存为16KB'，可知有16块，块号为4位。 逻辑地址0A5C（ H）所对应的二进制表示形式是：000 1010 0101 1100 ，根据上面的 分析，下划线部分为页内地址，编码000 10 ”为页号，表示该逻辑地址对应的页号为2o 查页表，得到物理块号是11（十进制），即物理块地址为：10 11,拼接块内地址10 0101 1100, 得10 1110 0101 1100 ，即2E5C（ H）o 2、对于如下的页面访问序列： 1, 2 , 3 , 4 , 1 , 2 , 5 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 当内存块数量为3时，试问：使用FIFO、LRU置换算法产生的缺页中断是多少？写出依次产生缺页中断后应淘汰的页。（所有内存开始时都是空的，凡第一次用到的页面都产生一 次缺页中断。要求写出计算步骤。） 2. 解： 采用先进先出（FIFO ）调度算法，页面调度过程如下： 共产生缺页中断9次。依次淘汰的页是1、2、3、4、1、2 共产生缺页中断10次。依次淘汰的页是1、2、3、4、5、1、2o 3、下表给出了某系统中的空闲分区表，系统采用可变式分区存储管理策略。现有以下作业序列：96K、 20K、200K o若用首次适应算法和最佳适应算法来处理这些作业序列，试问哪一种算法可以满足该作业序列的请求，为什么？ 空闲分区表 一、单选题（共35小题，每小题1分）： 1．《电网工程建设预算编制与计算标准》适用于( )的新建、改建和扩建工程。 A、国家投资建设 B、国家电网公司投资建设 C、国有资金投资建设 D、各种投资渠道投资建设 答案：D 2．建筑安装工程费的计算公式为( )。 A、建筑安装工程费= 直接工程费+ 间接费+ 利润+ 税金 B、建筑安装工程费= 直接费+ 措施费+ 间接费+ 利润+ 税金 C、建筑安装工程费= 直接费+ 间接费+ 利润+ 税金 D、建筑安装工程费= 直接费+ 间接费+ 规费+ 税金 答案：C 3．变电站建筑工程社会保障费的计算公式为( )。 A、社会保障费=直接工程费×0.16×缴费费率 B、社会保障费=直接工程费×0.18×缴费费率 C、社会保障费=直接工程费×1.12×缴费费率 D、社会保障费=直接工程费×1.2×缴费费率 答案：B 4．施工图文件审查费应计入( )。 A、前期工作费 B、项目法人管理费 C、设计文件评审费 D、勘察设计费费 答案：B 5．根据《国家电网公司输变电工程设计变更管理办法》规定，重大设计变更，是指 改变了初步设计审查确定的工程设计方案、规模、标准等原则意见的设计变更，或单项工程增减投资超过( )万元的设计变更。 A、30 B、50 C、80 D、100 答案：B 6．根据《国家电网公司输变电工程设计变更管理办法》规定，涉及费用变化的设计 变更，必须附有工程量明细和预算书并由相关单位( )人员签署意见。 A、领导 B、技术 C、技经 D、现场管理 答案：C 7．国家电网公司基本建设技经工作管理办法规定，工程概算编制应由具有相应资质 的设计单位或工程造价咨询单位进行，工程概算应控制在核定的( )范围内。 A、可行性研究估算 B、同类工程的造价 C、施工图预算 D、典型造价 答案：A 8．以下不属于《电网工程建设预算编制与计算标准》所定义的建设预算内容的是( )。 A、投资估算 B、初步设计概算 C、施工图预算 D、工程结算 答案：D 第二章 2-1解： ① 122053.40.4 0.132/(min )1500 N N a e N N U I R C V r n ---?Φ= == 9.55 1.26/T N e N C C N m A Φ=Φ= ② 67.28N t N N T C I N m =Φ= 29.5563.67260 N N N N N P P T N m n n π= == ③ 02 3.61N N T T T N m =-= ④ 01666.67/min N e N U n r C = =Φ 002 1657.99/min a e t N R n n T r C C =- =Φ实际 ⑤ 0000.5()1583.34/min a N N N I n n n n n n r I =- ?=--= ⑥ 2200.1321400 880.4 N e N a a U C n I A R -Φ-?= == 2-2 解： 1311222333112212285.2170.4110 0.646170.4 1.711.710.130.2221.710.130.381.710.130.6460.2220.130.0920.380.N N st st a st a st a st st a st st st I I A A U R I R R R R R R r R R r R R λλλλ==?== =======?=Ω==?=Ω==?=Ω=-=-=Ω=-=-3322220.1580.6460.380.266st st st r R R =Ω=-=-=Ω 2-3 解： 取12118.32236.6N I I A ==?= 式中1I 为最大允许电流，稳态时，负载电流L N I I =，令切换电流 2 1.15 1.15L N I I I == 则1 2 1.74I I λ= = 1lg 3.7lg N a U I R m λ?? ? ??== 取m=4. 则 1.679λ= =，122 1.191.679 N N L I I I I I λ===> 4342312(1)0.0790.1330.2230.374st a st st st st st st R R R R R R R R λλλλ=-=Ω==Ω==Ω==Ω 、 式中，1st R ，2st R ，3st R ，4st R 分别是第一级，第二级，第三级，第四级切除阻值。 2-4解： ①电枢电路不串电阻达稳态时， 0.80.80.8126.8 em L T N a N T N N a N T T T C I T C I I I φφ=====?== 0.20415N N a N N N a e N N N a e N N U I R U E I R C n I R C n φφ-=+=+?= = 则电枢回路不串电阻时的转速： 12200.1126.8 1015.53/min 0.20415 N a a e N U I R n r C φ--?= == ② 22 ()N a s N a s N a s a a e N e T N e N e N e N U R R U R R U R R I n T I C C C C C C φφφφφ++-+= -=-= 习题四 3、何谓静态链接？何谓装入时动态链接和运行时的动态链接？ 答：(1) 静态链接。在程序运行之前，先将各目标模块及它们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开。我们把这种事先进行链接的方式称为静态链接方式。 (2) 装入时动态链接。这是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的链接方式。 (3) 运行时动态链接。这是指对某些目标模块的链接，是在程序执行中需要该(目标)模块时，才对它进行的链接。 6、为什么要引入动态重定位？如何实现？ 答：（1）在连续分配方式中，必须把一个系统或用户程序装入一连续的内存空间。如果在系统中只有若干个小的分区，即使它们容量的总和大于要装入的程序，但由于这些分区不相邻接，也无法把该程序装入内存。这种不能被利用的小分区称为“零头”或“碎片”。为了消除零头所以要引入动态重定位。 （2）在动态运行时装入的方式中，作业装入内存后的所有地址都仍然是相对地址，将相对地址转换为物理地址的工作，被推迟到程序指令要真正执行时进行。为使地址的转换不会影响到指令的执行速度，必须有硬件地址变换机构的支持，即须在系统中增设一个重定位寄存器，用它来存放程序(数据)在内存中的起始地址。程序在执行时，真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的。地址变换过程是在程序执行期间，随着对每条指令或数据的访问自动进行的，故称为动态重定位。 14、较详细地说明引入分段存储管理是为了满足用户哪几方面的需要。 答：1) 方便编程 通常，用户把自己的作业按照逻辑关系划分为若干个段，每个段都是从0 开始编址，并有自己的名字和长度。因此，希望要访问的逻辑地址是由段名(段号)和段内偏移量(段内地址)决定的。 基建造价管理 一、单项选择题 1. 根据《电网工程建设预算编制与计算标准》的规定，以下费用项目不属于强制性费用的项目是（）。 （A）税金（B）规费（C）安全文明施工措施补助费（D）工程监理费 答案：D 2.在项目建议书和可行性研究阶段对拟建项目预先测算出的投资额称为（）。 （A）投资匡算（B）投资估算（C）初步设计概算（D）施工图预算 答案：B 3. 《电力建设工程概（预）定额》的基价人工费中未包括的内容是（）。 （A）劳动保护费（B）工资性补贴（C）职工福利费（D）工伤保险。 答案：D 4. 现场施工人员产、婚、丧假期间的工资，女工哺乳期间的工资在（）中已经包括。 （A）定额人工费（B）社会保障费（C）企业管理费（D）基本预备费 答案：A 5. 施工机械操作人员的工资包括在（）中。 （A）定额人工费（B）施工机械使用费（C）企业管理费（D）项目法人管理费 答案：B 6. 在电网建设工程中，（）不计列夜间施工增加费。 （A）变电站建筑工程（B）变电站安装工程（C）一般架空线路工程（D）大跨越工程 答案：C 7. 现场施工工区间的临时隔墙的砌筑费用由（）开支。 （A）临时设施费（B）安全文明施工措施费（C）企业管理费（D）临时工程费 答案：A 8. 施工企业职工由基地到所承建工程现场调遣期间的工资包括在（）中。 （A）定额人工费（B）施工机构转移费（C）企业管理费（D）前期工作费 答案：B 9. 施工现场土方覆盖、施工过程中的淋水降尘等措施费用应在（）项下开支。 （A）临时设施费（B）企业管理费（C）安全文明施工措施费（D）临时工程费 答案：C 10. 按照《电网工程建设预算编制与计算标准》规定，规费是指按照（）部门规定必须缴纳的费用。 （A）国家行政主管（B）省级行政主管（C）电力行业主管（D）县级以上主管 答案：A 11. 我国社会保障体系“五险一金”，在新预规规定的规费中未包括的是（）。 （A）养老保险（B）失业保险（C）工伤保险（D）生育保险 答案：D 12. 施工企业现场临时宿舍的取暖费用由（）开支。 （A）冬雨季施工增加费（B）临时设施费（C）企业管理费（D）项目法人管理费 答案：C 13. 在计算设备购置费时，设备包装费应计算在（）中。 （A）设备费（B）设备运输费（C）上站费（D）采购保管费 答案：A 14. 变电站所征用土地上发生的房屋拆迁配套费应计入（） （A）土地征用费（B）迁移补偿费（C）余物清理费（D）施工场地租用费 答案：A 1、 什么叫电力拖动系统？ 答：电力拖动系统是指由各种电动机作为原动机，拖动各种生产机械（如起重机的大车和小车、龙门刨床的工作台等），完成一定生产任务的系统。 2、 什么叫单轴系统？什么叫多轴系统？为什么要把多轴系统折算成单轴系统？ 答：在电力拖动系统中，若电动机和工作机构直接相连，这种系统称为单轴系统。若电动机和工作机构通过传动机构相连，这种系统我们称为多轴系统。 多轴电力拖动系统的运动情况比单轴系统就复杂多了。若按多轴，要列出每根轴自身的运动方程式，再列出各轴之间互相联系的方程式，最后联立求解这些方程，才能分析研究整个系统的运动比较复杂。为了简化分析计算，通常把传动机构和工作机构看成一个整体，且等效成一个负载，直接作用在电动机轴上，变多轴系统为单轴系统，再用运动方程式来研究分析，这样简单方便。 3、 常见的生产机械的负载特性有哪几种？位能性恒转矩负载与反抗性恒转矩负载有何区别？ 答：常见的生产机械的负载特性有恒转矩负载特性、恒功率负载特性及转矩随转速而变的其它负载特性。其中恒转矩负载特性分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载，反抗性恒转矩负载的大小恒定不变，而方向总是与转速的方向相反，即负载转矩始终是阻碍运动的。位能性恒转矩负载的大小和方向都不随转速而发生变化。 4、 运用拖动系统的运动方程式，说明系统旋转运动的三种状态。 答： dt dn GD T T L 3752=- （1）当T ＞T L ， 0>dt dn 时，系统作加速运动，电动机把从电网吸收的电能转变为旋转系统的动能，使系统的动能增加。 （2）当T ＜T L ，dt dn ＜0时，系统作减速运动，系统将放出的动能转变为电能反馈回电网，使系统的动能减少。 （3）当T ＝T L ，0=dt dn 时，n =常数（或n =0），系统处于恒转速运行（或静止）状态。系统既不放出动能，也不吸收动能。 5、 他励直流电动机的机械特性指的是什么？ 答：直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压，励磁电流、电枢回路电阻为恒定值的条件下，即电动机处于稳定运行时，电动机的转速n 与电磁转矩T 之间的关系：n =f (T )。 6、 什么叫他励直流电动机的固有机械特性？什么叫人为机械特性？ 答：他励直流电动机的固有机械特性是指在额定电压和额定磁通下，电枢电路没有外接电阻时，电动机转速与电磁转矩的关系。 第二章 电力系统各元的参数及等值网络 一、电力系统各元件的参数和等值电路 2-1 一条110kV 、80km 的单回输电线路，导线型号为 LGJ 线间距离为4 m ，求此输电线路在 40 C 时的参数，并画出等值电路。 2-1 解： D m BjD ab D bc D ea 4 5.04m=5040mm 单位长度的电抗: 查表：LG J — 300型号导线 d =24.2mm 对 LGJ —150 型号导线经查表得：直径 d =17mm 31.5 mm 2/km =17/2=8.5mm 单位长度的电阻: 「 20 31.5 150 0.21 /km 「40 「20 [1 (t 20)] 0.2 1 [1 0.0036(40 20)] 0.225 / km 单位长度的电阻： 31.5 r 1 0.105 / km S 300 单位长度的电抗： c ……7560 X 1 0.1445lg 0.0157 0.42 / km 12.1 单位长度的电纳： 7.58 6 6 ― b 1 10 2.7 10 S/km 1 , 7560 lg 12.1 临界电晕相电压： D m U cr 49.3m 1m 2. .rig 于是 r =24.2/2=12.1mm r —150，水平排列，其 D m X 1 0.1445lg — r 0.0157 单位长度的电纳: 7.58 下 lg - r 10 5040 0.1445 lg 8.5 7.58 5040 lg 0.0157 0.416 /km 10 6 2.73 10 6S/km 8.5 R □ L 0.225 80 18 = -j1.09 W -4S - -j1.09 K)-4S X x 1L 0.416 80 33.3 B b 1L 2.73 106 80 2.18 10 4 S 习题解图2-1 B 2 1.09 10 4 S 2-2 某 220kV 输电线路选用LGJ — 300 型导线 ,直径为 24.2mm, 水平排列, 31.5 mm 2/km D m 3 6 6 2 6 7.560 m=7560mm 集中参数: 线间 18+j33.3Q —□- 距离为6 m ，试求线路单位长度的电阻、电抗和电纳，并校验是否发生电晕。 2-2 解： 电力工程造价管理与控制措施 电力企业是高科技产业，同时也是资金密集型产业，要想全面发展电力产业，则需要大量的资金作为支撑，这样才能满足区域发展需要，形成供电规模，推动经济发展。电力项目工程建设除了要有资金支撑外，还要有先进的技术做保障，这样才能在有效时间段完成建设任务，实现快速供电需要。如何在保质保量、按时完工的基础上降低工程造价，是企业发展过程中需要解决的问题，解决了工程造价问题，也就解决了市场销售问题，从产供销环节上优化了电力结构，实现了企业健康良性循环发展。电力企业只有不断创新管理能力，从工程造价方面不断强化管控、减少资源浪费，才能从本质上降低工程造价，进一步提升电力工程社会和经济综合效益，为经济建设与发展服务。 1电力工程造价管理的含义 电力工程较为复杂，涉及到的内容较多，要想满足管理目标，则需要从造价入手，以此为出发点，对各环节进行有效控制。电力工程造价管理有着深刻的内涵，要想做好管理，则需要严格把握内涵实质，电力工程造价管理是在全面把握经济、法律、技术等多种手段基础上，通过合理调配与控制，有效释放工程最大生产力，优化配置资源，通过降低制造成本，达到全面控制造价范围的目的，把项目各节点按优化条件进行限额等分，形成项目科学规划与设计，从而对项目建设全过程进行有力的管控、预测、分析、监督、优化等，确保电力工程项目实现预定目标，保证企业实现项目投资效益最大化。 2加强电力工程造价管理的必要性 市场经济快速发展，带来了经济活跃的同时，也使行业成本增高，各行业在竞争中，要想胜出就需要减少投入，扩大产出。电力企业也是面临同样的问题。特别是近年来，电力工程造价越来越高，已经到了只增不减的地步，增加了企业负担，也使用电费用提高，给电力企业带来了严重的经营发展负担，面对电力项目减少、电力设施老化陈旧、市场竞争加剧等新问题，电力企业资金链问题一直困扰企业向前发展，电力企业普遍均面临一个筹资难的问题，甚至有的电力工程因企业资金周转困难被迫停建，由此造成的损失难以估计，导致企业无法向前发展。从整个社会大环境看，电力工程造价普遍升高是整个电力行业的问题，是不可逆转的大趋势，不是几个电力企业就可以转变的，所以面临这种形式，就需要企业不断提高管理能力，通过科学管理强化软实力建设。电力企业必须要通过内部深化改革，来适应市场、赢得竞争，企业需要从内部管理入手，严格落实精细化管理措施，从自身做起、从内部抓起、从管理入手，做好工程建设流程环节控制，以此保证造价降低，维护企业发展利益。但是，从目前我国电力各个企业管理层次、层级上看，造价管理还不尽如人意，制度不完善、意识不到位、管理水平低档的问题，实在是令人堪忧，正是大多数电力企业疏于对内部的精细管理和对工程造价管理认识不够，才导致了行业造价居高不下，企业发展后劲不足，使企业发展更加沉重。新时期新形态，在这种高压的严峻形势下，电力企业只有不断创新发展能力，摆脱高造价阴影，形成自己的竞争优势，才能赢得市场，所以，加强 第一章 直流电机 1-3 直流发电机和直流电动机中的电磁转矩T 有何区别？它们是怎样产生的？而直流发电机和直流电动机中的电枢电动势，a E 又有何区别？它们又是怎样产生的？ 解：直流发电机的电磁转矩T 是制动性质的，直流电动机的电磁转矩T 是驱（拖）动性质的，它们都是由载流导体在磁场中受到的电磁力，形成了电磁转矩；直流发电机的电枢电动势E a 大于电枢端电压U ，直流电动机的电枢电动势E a 小于电枢端电压U ，电枢电动势E a 都是运动导体切割磁场感应产生的。 1-4 直流电机有哪些主要部件？各起什么作用？ 解：直流电机的主要部件有定子：主磁极（产生主极磁场）、机座（机械支撑和导磁作用）、换向极（改善换向）、电刷（导入或导出电量）；转子：电枢铁心（磁路的一部分，外圆槽中安放电枢绕组）、电枢绕组（感应电动势，流过电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换）、换向器（与电刷一起，整流或逆变） 1-5 直流电机里的换向器在发电机和电动机中各起什么作用？ 解：换向器与电刷滑动接触，在直流发电机中起整流作用，即把线圈（元件）内的交变电整流成为电刷间方向不变的直流电。在直流电动机中起逆变作用，即把电刷间的直流电逆变成线圈（元件）内的交变电，以保证电动机能向一个方向旋转。 1-6 一台Z2型直流发电机，m in,/1450,230,145r n V U kW P N N N ==-求该发电机额定电流。 解： A U P I N N N 43.630230 101453 =?== 1-7 一台Z2型直流电动机，m in,/1500%,90,220,160r n V U kW P N N N N ===-η求该额定电流是多少？ 解： A U P I N N N N 08.8089 .022*******=??==η 1-12 如何判断直流电机是发电机运行还是电动机运行？它们的电磁转矩、电枢电动势、电枢电流、端电压的方向有何不同？ 解：用E a 与U 的关系来判断：直流发电机的E a >U ，电枢电流I a 与电枢电动势E a 同方向，电磁转矩T 是制动性质的(方向与转向n 相反)，电流是流到电压U 的正端；直流电动机的U > E a ，电枢电流I a 与电枢电动势E a 反方向，电磁转矩T 是驱动性质的(方向与转向n 相同)，电流是从电压U 的正端流出的。 1-13 直流电机的励磁方式有哪几种？在各种不同励磁方式的电机中，电机输入（输出）电流I 与电枢电流I a 及励磁电流I f 有什么关系？ 解：直流电机的励磁方式有四种：他励、并励、串励、复励。以直流电动机为励：他励的I=I a （与I f 无关），并励的I= I a + I f ，串励的I= I a = I f ，复励的I= I a + I f 并 。 1-14 一台并励直流电动机，U N =220V ，I N =80A ，电枢回路总电阻R a =0.036Ω,励磁回路总电阻R f =110Ω，附加损耗85.0,01.0==n s pN p η。试求：①额定输入功率P 1；②额定输出功率P 2；③总损耗p E ；④电枢铜损耗cua p ；⑤励磁损耗f p ；⑥附加损耗s p ；⑦机械损耗和铁心损耗之和o p 操作系统复习题 一、单项选择题：在每小题列出的四个备选项中只有一个是最符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．操作系统的主要功能是管理计算机系统中的（）。【D 】A．程序B．数据 C．文件D．资源 2．产生死锁的基本原因是（）和进程推进顺序非法。【 A 】A．资源分配不当B．系统资源不足 C．作业调度不当D．进程调度不当 3．动态重定位是在作业的（）中进行的。【D 】A．编译过程B．装入过程 C．连接过程D．执行过程 4．存放在磁盘上的文件，（）。【A 】A．既可随机访问又可顺序访问B．只能随机访问 C．只能顺序访问D．只能读写不能访问 5．对于硬盘上存放的信息，物理上读写的最小单位是一个（）。【C 】A．二进制（bit）B．字节(byte) C．物理块D．逻辑记录 6．操作系统中利用信号量和P、V操作，（）。【C 】A．只能实现进程的互斥B．只能实现进程的同步 C．可实现进程的互斥与同步D．可完成进程调度 7．SPOOLing技术可以实现设备的（）。【C 】A．独占B．共享 C．虚拟D．物理 8．在存储管理的各方案中，可扩充主存容量的方案是（）存储管理。【D 】A．固定分区B．可变分区 C．连续D．页式虚拟 9．磁盘是可共享的设备，每一时刻（）进程与它交换信息。【C 】A．允许有两个B．可以有任意多个 C．最多一个D．至少有一个 10．逻辑文件存放到存储介质上时，采用的组织形式是与（）有关。【B 】 ×××××试题答案及评分参考（×）第1页（共×页） A．逻辑文件结构B．存储介质特性 C．主存管理方式D．分配外设方式 11．在操作系统中，（）是竞争和分配计算机系统资源的基本单位。【B 】A．程序B．进程 C．作业D．线程 12．作业调度的关键在于（）。【C 】A．选择恰当的进程管理程序B．用户作业准备充分 C．选择恰当的作业调度算法D．有一个较好的操作环境 13．文件的保密是指防止文件被（）。【C 】A．篡改B．破坏 C．窃取D．删除 14．系统抖动是指（）。【 D 】A．使用机器时，屏幕闪烁的现象 B．由于主存分配不当，偶然造成主存不够的现象 C．系统盘有问题，致使系统部稳定的现象 D．被调出的页面又立刻被调入所形成的频繁调入调出现象 15．避免死锁的一个著名的算法是（）。【C 】A．先入先出算法 B．优先级算法 C．银行家算法D．资源按序分配法 16．在多进程的并发系统中，肯定不会因竞争（）而产生死锁。【D 】A．打印机B．磁带机 C．磁盘D．CPU 17．用户程序中的输入、输出操作实际是由（）完成。【C 】A．程序设计语言B．编译系统 C．操作系统D．标准库程序 18．在分页存储管理系统中，从页号到物理块的地址映射是通过（）实现的。【B 】A．段表B．页表 C．PCB D．JCB 19．在操作系统中，进程的最基本特征是（）。【A 】A．动态性和并发性B．顺序性和可再现性 C．与程序的对应性D．执行过程的封闭性 20．一种既有利于短小作业又兼顾到长作业的作业调度算法是（）。【C 】A．先来先服务B．轮转 C．最高响应比优先D．均衡调度 ×××××试题答案及评分参考（×）第2页（共×页） 电力工程造价试卷带答 案 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】 一、单选题（共35小题，每小题1分）：1．《电网工程建设预算编制与计算标准》适用于( )的新建、改建和扩建工程。 A、国家投资建设 B、国家电网公司投资建设 C、国有资金投资建设 D、各种投资渠道投资建设 答案：D 2．建筑安装工程费的计算公式为( )。 A、建筑安装工程费 = 直接工程费 + 间接费 + 利润 + 税金 B、建筑安装工程费 = 直接费 + 措施费 + 间接费 + 利润 + 税金 C、建筑安装工程费 = 直接费 + 间接费 + 利润 + 税金 D、建筑安装工程费 = 直接费 + 间接费 + 规费 + 税金 答案：C 3．变电站建筑工程社会保障费的计算公式为( )。 A、社会保障费=直接工程费××缴费费率 B、社会保障费=直接工程费××缴费费率 C、社会保障费=直接工程费××缴费费率 D、社会保障费=直接工程费××缴费费率 答案：B 4．施工图文件审查费应计入( )。 A、前期工作费 B、项目法人管理费 C、设计文件评审费 D、勘察设计费费 答案：B 5．根据《国家电网公司输变电工程设计变更管理办法》规定，重大设计变更，是指 改变了初步设计审查确定的工程设计方案、规模、标准等原则意见的设计变更，或单项工程 增减投资超过( )万元的设计变更。 A、30 B、50 C、80 D、100 答案：B 6．根据《国家电网公司输变电工程设计变更管理办法》规定，涉及费用变化的设计变更，必须附有工程量明细和预算书并由相关单位( )人员签署意见。 A、领导 B、技术 C、技经 D、现场管理 答案：C 7．国家电网公司基本建设技经工作管理办法规定，工程概算编制应由具有相应资质的设计单位或工程造价咨询单位进行，工程概算应控制在核定的( )范围内。 A、可行性研究估算 B、同类工程的造价 C、施工图预算 D、典型造价 答案：A 8．以下不属于《电网工程建设预算编制与计算标准》所定义的建设预算内容的是( )。 A、投资估算 B、初步设计概算 C、施工图预算 D、工程结算 答案：D 9．在电网工程中，( )不计列夜间施工增加费。 A、变电站建筑工程 B、变电站安装工程 C、一般架空线路工程 D、大跨越工程 答案：C 10．定额水平是反映( )消耗量水平。 一、填空题 1．电磁系统主要由( 衔铁 ) ( 铁心 ) ( 线圈 ) ( 反作用弹簧 )四部分组成。 2．三相异步电动机电动运行时从电源吸收的功率（大于）（填“大于” 或“小于”）从转轴上输出的功率。 3．切割磁力线是三相异步电动机产生转子（感应电流 ）和电磁转矩的必要条件。 4．三相异步电动机转子绕组的形式有两种，一种是( 鼠笼 )型绕组，另一种是 ( 绕线 )型绕组。 5．空气阻尼式时间继电器主要由（电磁机构） 、（触电系统）和（延时机构）三部份组成。若要将通电延时型改成断电延时型，只需将（电磁机构翻转180°） 6．反接制动时，使旋转磁场反向转动与电动机的转动方向（相反）。 7．三相异步电动机是利用定子绕组中三相交流电产生的（旋转磁场）与转子绕组的（转子电流的有功分量）相互作用而旋转的。 8．当旋转磁场具有P 对磁极时，旋转磁场的转速为（ 160f p ）。 9．转速差与同步转速的比值称为（ 转差率 ）。 10．异步电动机中的定子绕组相当于变压器的（ 一次绕组 ）。 11．当Ｔem ＞ＴL 时，Δn/Δt＞0 ，电力拖动系统处于（ 加速状态 ）状态； 当Ｔem ＜ＴL 时，Δn/Δt＜0 ，电力拖动系统处于（ 减速状态 ）状态。 12．凡用于交、直流电压为1200V 及以下的电路中，起通断保护，控制作用的电器叫（ 低压电器 ）。 13．步进电动机用电脉冲进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的（ 角 ）位移或（ 直线）位移的执行器。 14．在三相异步电动机的定子中布置有相隔（ 120°）电角度的对称三相绕组。 15. 直流电动机有两种常用起动方法（ 电枢回路串电阻起动）（降压起动）。 16．交流测速发电机的输出电压和频率与转速关系为：交流测速发电机的输出电压U 2与（ 转速n ）成正比，输出频率f 2等于（励磁电源频率f 1）；转向改变时， 输出电压的相位变化（ 180°）电角度。 17.电磁式电器的电磁机构主要由( 衔铁 )、( 铁心 )、线圈、反作用弹簧等几部分组成，其作用是将电磁能转换成( 机械能 ) 。 18.三相异步电动机转子绕组的形式有两种，一种是(鼠笼)型绕组，另一种是(绕 第3章（大本）习题解答 一、填空 1．将作业相对地址空间的相对地址转换成内存中的绝对地址的过程称为 地址重定位 。 2．使用覆盖与对换技术的主要目的是 提高内存的利用率 。 3．存储管理中，对存储空间的浪费是以 内部碎片 和 外部碎片 两种形式表现出来的。 4．地址重定位可分为 静态重定位 和 动态重定位 两种。 5．在可变分区存储管理中采用最佳适应算法时，最好按 尺寸 法来组织空闲分区链表。 6．在分页式存储管理的页表里，主要应该包含 页号 和 块号 两个信息。 7．静态重定位在程序 装入 时进行，动态重定位在程序 执行 时进行。 8．在分页式存储管理中，如果页面置换算法选择不当，则会使系统出现 抖动 现象。 9．在请求分页式存储管理中采用先进先出（FIFO ）页面淘汰算法时，增加分配给作业的块数时， 缺页中断 的次数有可能会增加。 10．在请求分页式存储管理中，页面淘汰是由于 缺页 引起的。 11．在段页式存储管理中，每个用户作业有一个 段 表，每段都有一个 页 表。 二、选择 1．虚拟存储器的最大容量是由 B 决定的。 A ．内、外存容量之和 B ．计算机系统的地址结构 C ．作业的相对地址空间 D ．作业的绝对地址空间 2．采用先进先出页面淘汰算法的系统中，一进程在内存占3块（开始为空），页面访问序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5、6。运行时会产生 D 次缺页中断。 A ．7 B ．8 C ．9 D ．10 从图3-1中的“缺页计数”栏里可以看出应该选择D 。 1 2 3 4 1 2 5 1 2 3 4 5 6 页面走向→ 3个内存块→缺页计数→ 图3-1 选择题2配图 3．系统出现“抖动”现象的主要原因是由于 A 引起的。 A ．置换算法选择不当 B ．交换的信息量太大 C ．内存容量不足 D ．采用页式存储管理策略 4．实现虚拟存储器的目的是 D 。 A ．进行存储保护 B ．允许程序浮动 C ．允许程序移动 D ．扩充主存容量 电力工程造价员-题库 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 基建造价管理 一、单项选择题 1. 根据《电网工程建设预算编制与计算标准》的规定，以下费用项目不属于强制性费用的项目是（）。 （A）税金（B）规费（C）安全文明施工措施补助费（D）工程监理费 答案：D 2.在项目建议书和可行性研究阶段对拟建项目预先测算出的投资额称为（）。 （A）投资匡算（B）投资估算（C）初步设计概算（D）施工图预算 答案：B 3. 《电力建设工程概（预）定额》的基价人工费中未包括的内容是（）。 （A）劳动保护费（B）工资性补贴（C）职工福利费（D）工伤保险。 答案：D 4. 现场施工人员产、婚、丧假期间的工资，女工哺乳期间的工资在（）中已经包括。 （A）定额人工费（B）社会保障费（C）企业管理费（D）基本预备费 答案：A 5. 施工机械操作人员的工资包括在（）中。 （A）定额人工费（B）施工机械使用费（C）企业管理费（D）项目法人管理费 答案：B 6. 在电网建设工程中，（）不计列夜间施工增加费。 （A）变电站建筑工程（B）变电站安装工程（C）一般架空线路工程（D）大跨越工程 答案：C 7. 现场施工工区间的临时隔墙的砌筑费用由（）开支。 （A）临时设施费（B）安全文明施工措施费（C）企业管理费（D）临时工程费 答案：A 8. 施工企业职工由基地到所承建工程现场调遣期间的工资包括在（）中。 （A）定额人工费（B）施工机构转移费（C）企业管理费（D）前期工作费 答案：B 9. 施工现场土方覆盖、施工过程中的淋水降尘等措施费用应在（）项下开支。 （A）临时设施费（B）企业管理费（C）安全文明施工措施费（D）临时工程费 答案：C 《电机与拖动基础》课后习题 第一章 习题答案 1．直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？ 答：主要部件：（1）定子部分：主磁极，换向极，机座，电刷装置。 （2）转子部分：电枢铁心，电枢绕组，换向器。 直流电机的主磁极一般采用电磁铁，包括主极铁心和套在铁心上主极绕组（励磁绕组）主磁极的作用是建立主磁通。 换向极也是由铁心和套在上面的换向绕组构成，作用是用来改善换向。机座通常采用铸钢件或用钢板卷焊而成，作用两个：一是用来固定主磁极，换向极和端盖，并借助底脚将电机固定在机座上；另一个作用是构成电机磁路的一部分。 电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条等组成，作用是把转动的电枢与外电路相连接，并通过与换向器的配合，在电刷两端获得直流电压。 电枢铁心一般用原0.5mm 的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠加而成。有两个作用，一是作为磁的通路，一是用来嵌放电枢绕组。 电枢绕组是用带有绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成的线圈按一定的规律联接而成，作用是感应电动势和通过电流，使电机实现机电能量装换，是直流电机的主要电路部分。 换向器是由许多带有鸠尾的梯形铜片组成的一个圆筒，它和电刷装置配合，在电刷两端获得直流电压。 2．一直流电动机，已知，，，，0.85r/m in 1500n V 220U kw 13P N N N ====η求额定电流N I 。 解：电动机η?=N N N I U P ， 故 A =??=?=5.6985.02201013U P I 3N N N η 3． 一直流电动机，已知，，，，0.89r/m in 1450n V 230U kw 90P N N N ====η求额定电流N I 。 解：发电机N N N I U P =， 故 A ?==3912301090U P I 3N N N 供电工程复习题-翁双安 第一章 1.P1 电力系统的构成包含：发电、输电、变电、配电和用电。 2.P4 电力系统运行的特点：（1）电力系统发电与用电之间的动态平衡 （2）电力系统的暂态过程十分迅速（3）电力系统的地区性特色明显 （4）电力系统的影响重要 3、P4 简答：对电力系统运行的要求 （1）安全在电能的生产、输送、分配和使用中，应确保不发生人身和设备事故 （2）可靠在电力系统的运行过程中，应避免发生供电中断，满足用户对供电可靠性的要求（3）优质就是要满足用户对电压和频率等质量的要求 （4）经济降低电力系统的投资和运行费用，尽可能节约有色金属的消耗量，通过合理规划和调度，减少电能损耗，实现电力系统的经济运行。 4、P7 电力系统中性点的接地方式：电源中性点不接地，电源中性点经消弧线圈接地，电源中性点经小电阻接地和中性点直接接地。 P9 电源中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，非故障相的对地电压电压升至电源相电压的√3倍，非故障相的电容电流为正常工作时的√3，而故障相的对地电容电流升至正常工作时的3倍。 ·中性点不接地发生单相短路时，短路电流小； ·源中性点直接接地发生单相短路时，短路电流很大。 对于3-10kV电力系统中单相接地电流大于30A，20kV及以上电网中单相接地电流大于10A时，电源中性点必须采用经消弧线圈的接地方式。 5、P14 三相低压配电系统分类N、TT和IT系统。 6、P18 各级电力负荷对供电电源的要求： 一级负荷：由两个独立电源供电 二级负荷：采用两台变压器和两回路供电 三级负荷：对供电方式无特殊要求（一个回路） 7、额定电压的计算：P6 用电设备的额定电压=所连电网的额的电压U N 发电机的额定电压U N.G =1.05U N （U N 同级电网额定电压） 电力变压器的额定电压： 一次绕组：与发电机或同级电网的额定电压相同，U 1N.T =U N.G 或U 1N.T =U N1 ； 二次绕组：线路长：U 2N.T =1.1U N.G ; 线路短: U 2N.T =1.05U N2 8、输电电压等级：220/380v，380/660v，1kv，3kv，6kv，10kv，20kv，35kv，66kv，110kv，220kv，330kv，500kv，750kv。我国最高电压等级为750kv. 9、P17 大型电力用户供电系统需经用户总降压变电所和配电变电所两级变压；中小型的组只需一次变压。 第二章负荷计算与无功补偿 1、P23 计算负荷:通过对已知用电设备组的设备容量进行统计计算出的，用来安发热条件选择供电系统中各元件的最大负荷值。 2、P23 用电设备的工作制：长期连续工作制，短时工作制，断续周期工作制。 3、P24 负荷持续率（又称暂载率）为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值ξ=t/T*100%=t/(t+t )* 100% ，用来表征断续周期工作制的设备的工作特性 4、P25 年最大负荷P m =Pc=P 30 (计算负荷) P26 年平均负荷，电力负荷在全年时间内平均消耗的功率P av =W a / 8760 5、P28 需要系数：Kd=Pm/Pe电力工程造价试卷带答案
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