电力电子技术(第二版)第1章答案

【复习思考】1.1电力电子技术的任务是什么？答：电力电子技术的根本任务是实现电能的变换、控制和调节。

1.2根据电能变换种类的不同，电力电子变换电路分为哪几种类型？各自的作用是什么？答：根据电能变换种类的不同，电力电子变换电路分为直流-直流变换、直流-交流变换、交流-直流变换、交流-交流变换四种类型。

直流-直流变换的作用是将一种直流电变换为另一固定或可调电压的直流电的电路；直流-交流变换的作用是使直流变成可调的交流电，而且可输出连续可调的工作频率；交流-直流变换的作用是将交流电变换为固定或可调的直流电的电路；交流-交流变换的作用是将交流电的参数（幅值、频率等）加以转换。

1.3信息电子技术和电力电子技术的相同和不同点分别是什么？控制理论在电力电子技术中有什么作用？答：电力电子技术和信息电子技术的相同点：①从器件的制造技术上讲两者同根同源，都是采用半导体材料制成，而且两者大多数的制造工艺也是一致的。

①两者电路的分析方法也基本一致。

电力电子技术和信息电子技术的不同点：①电力电子技术变换的是“电力”，所处理的电能功率一般是“大功率”，但也可以处理“小功率”；信息电子技术变换的是“信息”，一般处理的是“小功率”。

①在信息电子技术中的电子器件既可处于放大状态，也可处于开关状态；而在电力电子技术中为了避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态。

电力电子技术实质上是将现代电子技术和控制技术引入到传统电力技术领域实现电力变换和控制，可以看作弱电控制强电的技术，是弱电和强电之间的接口。

而控制理论则是实现这种接口的强有力的纽带。

1.4电力电子器件的发展分为哪几个阶段？答：电力电子技术的发展可以根据电力电子器件的发展分为4个阶段：第一个阶段：电子管、汞弧整流器等非半导体器件为主的史前期；第二个阶段：晶闸管时代；第三个阶段：全控型器件时代；第四个阶段：复合/新型器件时代。

【复习思考】2.1电力二极管属于哪种类型的控制器件？在电力电子电路中有哪些用途？答：电力二极管属于不可控型、双极性器件；用途：可作为整流、续流、保护元件用。

1.1 晶闸管导通的条件是什么？由导通变为关断的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：u AK>0且u GK>0。

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。

1.2晶闸管非正常导通方式有几种？（常见晶闸管导通方式有5种，见课本14页，正常导通方式有：门级加触发电压和光触发）答：非正常导通方式有：(1) Ig=0，阳极加较大电压。

此时漏电流急剧增大形成雪崩效应，又通过正反馈放大漏电流，最终使晶闸管导通；(2) 阳极电压上率du/dt过高；产生位移电流，最终使晶闸管导通(3) 结温过高；漏电流增大引起晶闸管导通。

1.3 试说明晶闸管有那些派生器件。

答：晶闸管派生器件有：（1）快速晶闸管，（2）双向晶闸管，（3）逆导晶闸管，（4）光控晶闸管1.4 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V1、V2 分别具有共基极电流增益α1 和α２，由普通晶闸管的分析可得，α1 + α2 = 1 是器件临界导通的条件。

α1 + α2＞1 两个等效晶体管过饱和而导通；α1 + α2＜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α2 较大,这样晶体管T2 控制灵敏,易于GTO 关断;2)GTO 导通时α1 + α2 的更接近于l,普通晶闸管α1 + α2 ≥1.5 ,而GTO 则为α1 + α2 ≈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。

第1章电力电子器件填空题：1.电力电子器件一般工作在________状态。

2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。

3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________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________。

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________、________、________三类。

5.电力二极管的工作特性可概括为________。

6.电力二极管的主要类型有________、________、________。

7.肖特基二极管的开关损耗________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____ 正向有触发则导通、反向截止____ 。

9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L________I H。

10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM________Ubo。

11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。

12.GTO的________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________。

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________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。

15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。

16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而________，开关速度________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________。

电力电子技术试题（第一章）一、填空题1、普通晶闸管内部有PN 结,，外部有三个电极，分别是极极和极。

1、两个、阳极A、阴极K、门极G。

2、晶闸管在其阳极与阴极之间加上电压的同时，门极上加上电压，晶闸管就导通。

2、正向、触发。

3、晶闸管的工作状态有正向状态，正向状态和反向状态。

3、阻断、导通、阻断。

4、某半导体器件的型号为KP50 —7 的，其中KP 表示该器件的名称为，50 表示，7 表示。

4、普通晶闸管、额定电流50A、额定电压100V。

5、只有当阳极电流小于电流时，晶闸管才会由导通转为截止。

5、维持电流。

6、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会。

6、减小。

7、按负载的性质不同，晶闸管可控整流电路的负载分为性负载，性负载和负载三大类。

7、电阻、电感、反电动势。

8、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会，解决的办法就是在负载的两端接一个。

8、减小、并接、续流二极管。

9、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角、电流波形不连续、呈状、电流的平均值。

要求管子的额定电流值要些。

9、小、脉冲、小、大。

10、单结晶体管的内部一共有个PN 结，外部一共有3 个电极，它们分别是极、极和极。

10、一个、发射极E、第一基极B1、第二基极B2。

11、当单结晶体管的发射极电压高于电压时就导通；低于电压时就截止。

11、峰点、谷点。

12、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压，保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的被触发，才能得到稳定的直流电压。

12、同步、时刻。

13、晶体管触发电路的同步电压一般有同步电压和电压。

13、正弦波、锯齿波。

14、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用与一个或几个的叠加，利用改变的大小，来实现移相控制。

14、正弦波同步电压、控制电压、控制电压。

15、在晶闸管两端并联的RC 回路是用来防止阳”接法。

（×）损坏晶闸管的。

9、晶闸管采用“共阴”接法或“共阳”接法都一样。

《电力电子技术》习题及解答第1章思考题与习题1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。

导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A决定。

1.2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A减小，I A下降到维持电流I H以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。

进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A决定。

1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。

1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1) I g=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。

1.5请简述晶闸管的关断时间定义。

答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。

即gr rr q t t t +=。

1.6试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。

1.7请简述光控晶闸管的有关特征。

答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。

主要用于高压大功率场合。

1.8型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题1.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答：（a ）因为H A I mA K V I <=Ω=250100，所以不合理。

电力电子技术练习及参考解答第一章1．如图1-1所示型号为KP100-3、维持电流I H =4mA 的晶闸管，在以下各电路中使用是否合理？为什么？（不考虑电压、电流安全裕量）答：晶闸管的型号为KP100-3，表明其额定电流I T(A V)=100A 、额定电压U Tn =300V 。

图（a ），由于负载电阻值太大，以致电流I A =100/50=2mA ，小于维持电流I H =4mA ，电路不能工作，所以不合理。

图（b ），由于晶闸管承受的最大反向压电压超过了其额定电压，即u Tm =2202=311V 大于U Tn =300V ，将导致晶闸管被反向击穿，所以不合理。

图（c ），晶闸管未被触发导通时，所承受的最大电压为u Tm =150V ，小于额定电压U Tn =300V .；晶闸管被触发导通后，电流为I T =150/1=150A ，而额定电流有效值为I Tn =1.57 I T(A V)=157A ，可见晶闸管可以正常使用，即如果不考虑电压、电流安全裕量，则是合理的。

2．图1-2中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，设最大值均为I m ,试计算各图中的电流平均值I d 和有效值I 。

解：图（a ） m mm d I I t td I I 477.0)211()(sin 13≈+==⎰πωωπππΩ50k Ω1Ω图1-1（a ） （b ） （c ）I（a ）图1-2II（c ）m m m I I t d t I I 51.08331)()sin (132=-==⎰πωωπππ 图（b ） m m m dI I t td I I 24.0)211(2)(sin 213≈+==⎰πωωπππ m m m I I t d t I I 36.083312)()sin (2132=-==⎰πωωπππ 图（c ） 41)(2120m m d I t d I I ==⎰πωπm m I t d I I 21)(21202==⎰πωπ3．画出图1-3所示电路中负载电阻R d 上的电压波形。

电力电子技术试题(第一章)一、填空题1、普通晶闸管内部有PN结,,外部有三个电极,分别就是极极与极。

1、两个、阳极A、阴极K、门极G。

2、晶闸管在其阳极与阴极之间加上电压的同时,门极上加上电压,晶闸管就导通。

2、正向、触发。

3、、晶闸管的工作状态有正向状态,正向状态与反向状态。

3、阻断、导通、阻断。

4、某半导体器件的型号为KP50—7的,其中KP表示该器件的名称为,50表示,7表示。

4、普通晶闸管、额定电流50A、额定电压100V。

5、只有当阳极电流小于电流时,晶闸管才会由导通转为截止。

5、维持电流。

6、当增大晶闸管可控整流的控制角α,负载上得到的直流电压平均值会。

6、减小。

7、按负载的性质不同,晶闸管可控整流电路的负载分为性负载, 性负载与负载三大类。

7、电阻、电感、反电动势。

8、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时,负载两端的直流电压平均值会,解决的办法就就是在负载的两端接一个。

8、减小、并接、续流二极管。

9、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角、电流波形不连续、呈状、电流的平均值。

要求管子的额定电流值要些。

9、小、脉冲、小、大。

10、单结晶体管的内部一共有个PN结,外部一共有3个电极,它们分别就是极、极与极。

10、一个、发射极E、第一基极B1、第二基极B2。

11、当单结晶体管的发射极电压高于电压时就导通;低于电压时就截止。

11、峰点、谷点。

12、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压,保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的被触发,才能得到稳定的直流电压。

12、同步、时刻。

13、晶体管触发电路的同步电压一般有同步电压与电压。

13、正弦波、锯齿波。

14、正弦波触发电路的同步移相一般都就是采用与一个或几个的叠加,利用改变的大小,来实现移相控制。

14、正弦波同步电压、控制电压、控制电压。

15、在晶闸管两端并联的RC回路就是用来防止损坏晶闸管的。

15、关断过电压。

16、为了防止雷电对晶闸管的损坏,可在整流变压器的一次线圈两端并接一个或。

一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。

题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。

2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。

电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。

2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。

电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。

2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。

导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。

阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。

电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。

感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。

2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。

若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。

2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。

从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。

第1章 电力电子器件习题答案1.晶闸管导通的条件是什么?关断的条件是什么? 答: 晶闸管导通的条件:① 应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。

② ②应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。

晶闸管关断的条件:要关断晶闸管,必须使其阳极电流减小到一定数值以下,或在阳极和阴极加反向电压。

2.为什么要限制晶闸管的通态电流上升率?答:因为晶闸管在导通瞬间,电流集中在门极附近,随着时间的推移,导通区才逐渐扩大,直到全部结面导通为止。

在刚导通时,如果电流上升率/di dt 较大,会引起门极附近过热,造成晶闸管损坏，所以电流上升率应限制在通态电流临界上升率以内。

3.为什么要限制晶闸管的断态电压上升率？答：晶闸管的PN 结存在着结电容，在阻断状态下，当加在晶闸管上的正向电压上升率/du dt 较大时，便会有较大的充电电流流过结电容，起到触发电流的作用，使晶闸管误导通。

因此，晶闸管的电压上升率应限制在断态电压临界上升率以内。

4.额定电流为100A 的晶闸管流过单相全波电流时，允许其最大平均电流是多少？ 解：额定电流为100A 的晶闸管在不考虑安全裕量的情况下，允许的电流有效值为：A I I 15710057.157.1T(A V )T =⨯==晶闸管在流过全波电流的时候，其有效值和正弦交流幅值的关系为：2d )sin (1m 02m T I t t I I ==⎰πωωπ其平均值与和正弦交流幅值的关系为：πωωππmm d 2d sin 1I t t I I ==⎰则波形系数为：11.122d T f ===πI I K 则晶闸管在流过全波电流的时候，其平均值为：A K I I 1.14111.1157f T d ===所以，额定电流为100A 的晶闸管流过单相全波电流时，允许其最大平均电流是141.4A 。

5.晶闸管中通过的电流波形如下图所示，求晶闸管电流的有效值、平均值、波形系数及晶闸管额定电流。

解：晶闸管电流的有效值为A I t I I 5.11532003d 21m 3202m T ====⎰πωπ晶闸管电流的平均值为A I t I I 7.6632003d 21m 320m d ====⎰πωπ波形系数为732.17.665.115d T f ===I I K 晶闸管的额定电流为A I I 120)2~5.1(57.1TT(AV)=⨯=6.比较GTO 与晶闸管的开通和关断，说明其不同之处。

第一章电力电子器件1.1 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或者U AK >0且U GK>01.2 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。

1.3 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I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。

解：a) I d1=Im2717.0)122(2Im)(sinIm214≈+=⎰πωπππtI1=Im4767.021432Im)()sin(Im2142≈+=⎰πϖπππwtdtb) I d2=Im5434.0)122(2Im)(sinIm14=+=⎰wtd tππϖπI2=Im6741.021432Im2)()sin(Im142≈+=⎰πϖπππwtdtc) I d3=⎰=2Im41)(Im21πωπtdI3=Im21)(Im2122=⎰tdωππ1.4.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知a) I m135.3294767.0≈≈I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A b) I m2,90.2326741.0A I ≈≈ I d2A I m 56.1265434.02≈≈ c) I m3=2I=314I d3=5.78413=m I1.5.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 和普通晶阐管同为PNPN 结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶阐管的分析可得，121=+αα是器件临界导通的条件。