2015春四川大学《电力电子技术》在线作业及答案二

电力电子技术答案2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。

2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。

低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。

2-2.使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：uAK>0且uGK>0。

2-3. 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。

2-4图2-27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I1、I2、I3。

解：a) Id1=I1=b) Id2=I2=c) Id3=I3=2-5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、Id2、Id3各为多少?这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?解：额定电流IT(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) Im1A, Im2Id2c) Im3=2I=314 Id3=2-6 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和，由普通晶阐管的分析可得，是器件临界导通的条件。

一、选择题1. 电力电子技术的主要研究对象是什么？A. 电力系统B. 电子电路C. 功率半导体器件及其应用D. 电力设备和控制系统答案：C2. 以下哪种器件不属于电力电子器件？A. 晶闸管B. MOSFETC. 晶体管D. 线圈答案：D3. 在电力电子技术中，以下哪个不是一种电力变换方式？A. 电压变换B. 电流变换C. 频率变换D. 波形变换答案：D4. 下列哪种电力电子变换器可以实现直流电压的升降？A. 逆变器B. 整流器C. 直流变换器D. 交交变频器答案：C5. 电力电子技术中的“开关频率”指的是什么？A. 电路中电流的频率B. 电路中电压的频率C. 功率开关动作的频率D. 输出电压或电流的频率答案：C二、填空题1. 电力电子技术是利用_________对电能进行_________的技术。

答案：功率半导体器件；高效变换2. 电力电子技术中常用的功率半导体器件有_________、_________和_________。

答案：晶闸管；MOSFET；GTO3. 电力电子技术中的“硬开关”和“软开关”技术主要针对_________。

答案：开关过程三、判断题1. 电力电子技术只应用于工业领域，与日常生活无关。

（）答案：错误2. 电力电子技术中的整流器可以将交流电转换为直流电。

（）答案：正确3. 电力电子技术中的逆变器只能将直流电转换为交流电。

（）答案：错误4. 电力电子技术中的变频器可以实现交流电的频率变换。

（）答案：正确四、简答题1. 简述电力电子技术在电力系统中的应用。

答案：电力电子技术在电力系统中的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：- 交流-直流变换：如太阳能光伏发电、风力发电等新能源的并网；- 直流-直流变换：如电动汽车充电、电力电子设备供电等；- 交流-交流变换：如变频调速、电力电子补偿等。

2. 简述电力电子技术中的功率半导体器件的特点。

答案：电力电子技术中的功率半导体器件具有以下特点：- 高开关速度：能够快速实现电路的通断；- 高导通电压：能够在高电压下工作；- 高导通电流：能够在大电流下工作；- 高功率密度：能够在有限的体积内实现高功率输出。

《电力电子技术》练习题一、填空题(每空1分，共５０分)1、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。

2、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________。

3、晶闸管断态不重复电压U DSM与转折电压U BO数值大小上应为，U DSM________U BO。

4、电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm等于________，设U2为相电压有效值。

5、三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差________。

6、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值________。

7、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是________措施。

8、三相全控桥式变流电路交流侧非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有________二种方式。

9、抑制过电压的方法之一是用________吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。

10、180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在________的上、下二个开关元件之间进行。

11、改变SPWM逆变器中的调制比，可以改变________的幅值。

12、为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。

13、恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。

14、功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用________型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合15、晶闸管门极触发刚从断态转入通态即移去触发信号，能维持通态所需要的最小阳极电流，称为______。

16、晶闸管的额定电压为断态重复峰值电压U DRm和反向重复峰值电压U RRm中较______的规化值。

17、普通晶闸管的额定电流用通态平均电流值标定，双向晶闸管的额定电流用_____标定。

18、晶闸管的导通条件是：晶闸管______和阴极间施加正向电压，并在______和阴极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。

第二章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电,Z =20mH,U 2=100V ,求当︒=0α时和︒60时的负载电流Id,并画出Ud 与Id 波形。

解:︒=0α时,在电源电压U2的正半周期晶闸管导通时,负载电感L 储能,在晶闸管开始导通时刻,负载电流为零。

在电源电压U2的负半周期,负载电感L 释放能量,晶闸管继续导通。

因此,在电源电压U2的一个周期里,以下方程均成立:t U dtdi Ldωsin 22= 考虑到初始条件：当0=t ω时id=0可解方程：）－（＝t cos 1LU22Id ωω ⎰∏∏=20)(d t cos 1LU2221Id t ωωω）－（)(51.22U22A L==ω Ud 与Id 的波形如下图：当a=︒60时,在U2的正半周期︒60~︒180期间, 晶闸管导通使电惑L 储能,电感L 储藏的能量在U2负半周期︒180~︒300期间释放,因此在U2的一个周期中︒60~︒300期间，以下微分方程成立：t U dtdi Ldωsin 22= 考虑到初始条件：当︒=60t ω时id=0可解方程得：id=)cos 2122t dt U ω－（ 其平均值为Id=⎰∏∏=-∏35322)25.11L2U 2)()cos 21(221A t d t L U （＝ωωωω 此时Ud 与id 的波形如下图：2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该变压器还有直流磁化问题吗 试说明(1)晶闸管承受的最大反向电压为2U2;(2)当负载是电阻或电感时,其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同.答:具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,该变压器没有直流磁化的问题. 因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中,正负半周内上下绕组内电流的方向相反,波形对称, 其一个周期内的平均电流为零,故不会有直流磁化的问题. 以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况.①以晶闸管VT2为例.当VT1导通时,晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕组并联,所以VT2承受的最大电压为2U2.②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角相同时,对于电阻负载;(O~)期间无晶闸管导通,输出电压为0;(~)期间,单相全波电路中VT1导通,单相全控桥电路中VTl,VT4导通,输出电压均与电源电压U2相等;( ~+)期间均无晶闸管导通,输出电压为0;( + ~2)期间,单相全波电路中VT2导通,单相全控桥电路中VT2,VT3导通,输出电压等于-U2.对于电感负载;( ~+)期问,单相全波电路中VTl 导逼,单相全控桥电路中VTl,VT4导通,输出电压均与电源电压U2相等;( + ~2+)期间,单相全波电路中VT2导通,单相全控桥电路中VT2,VT3导通,输出波形等于-U2. 可见,两者的输出电压相同,加到同样的负载上时,则输出电流也相同.3．单相桥式全控整流电路，U 2＝100V ，负载中R ＝2Ω，L 值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d 、i d 、和i 2的波形；②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2； ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

试题1．第1题单选题下列哪种功能不是变流的功能____。

A、有源逆变B、交流调压C、变压器降压D、直流斩波标准答案：C您的答案：C题目分数：3此题得分：3.0批注：2．第2题单选题变流器工作在逆变状态时，控制角α必须在____。

A、0°-90°B、30°-120°C、60°-150°D、90°-150°标准答案：D您的答案：D题目分数：3此题得分：3.0批注：3．第3题单选题比较而言，下列半导体器件中开关速度最快的是____。

A、GTOB、GTRC、MOSFET标准答案：C您的答案：C题目分数：3此题得分：3.0批注：4．第4题单选题若增大SPWM逆变器的输出电压基波频率，可采用的控制方法是____。

A、增大三角波幅度B、增大三角波频率C、增大正弦调制波频率D、增大正弦调制波幅度标准答案：C您的答案：C题目分数：3此题得分：3.0批注：5．第5题单选题直流斩波电路是一种____变换电路。

A、AC/ACB、DC/ACC、DC/DCD、AC/DC标准答案：B您的答案：B题目分数：3此题得分：3.0批注：6．第6题单选题下列半导体器件中属于电流型控制器件的是____。

A、GTRB、MOSFETC、IGBT标准答案：A您的答案：A题目分数：3此题得分：3.0批注：7．第7题多选题改变频率的电路称为变频电路，变频电路有____和____电路两种形式，前者又称为直接变换，后者也称为间接变换。

A、交交变频电路B、交直交变频电路C、交直变频电路D、直交直变频电路标准答案：A,B您的答案：A,B题目分数：6此题得分：6.0批注：8．第8题多选题在下列全控器件中, 属于电压控制型的器件是____。

A、P-MOSFETB、GTOC、GTRD、IGBT标准答案：A,D您的答案：A,D题目分数：6此题得分：6.0批注：9．第9题多选题下列全控器件中，属于电流控制型的器件是____。

第2章习题（2）第1部分：填空题1. GTO的多元结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。

2. GTO的开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。

3. GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅,导通时管压降增大。

4. GTO最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值I GM之比称为电流关断增益, 该值一般很小，只有5 左右，这是GTO的一个主要缺点。

5. GTR导通的条件是：集电极承受正电压（NPN型）且基极施加驱动电流。

6. 在电力电子电路中GTR工作在开关状态, 在开关过程中，在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区。

7. 电力MOSFET导通的条件是：漏源极间加正电源且在栅源极间加正电压U GS，且大于开启电压。

8. 电力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放大区。

9.电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数。

10.IGBT是由MOSFET 和GTR 两类器件取长补短结合而成的复合器件。

11.IGBT导通的条件是：集射极间加正电源且u GE大于开启电压U GE(th)。

12. IGBT的输出特性分为三个区域，分别是：阻断区、有源区和饱和区。

IGBT的开关过程，是在阻断区和饱和区之间切换。

13.IGCT由IGBT 和GTO 两类器件结合而成的复合器件，目前正在与IGBT等新型器件激烈竞争，试图最终取代GTO 在大功率场合的位置。

14.将多个电力电子器件封装在一个模块中，称为功率模块。

15.与单管器件相比，功率模块的优点是：可缩小装置体积、减小线路电感。

16.功率集成电路将功率器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上。

17.功率集成电路实现了电能和信息的集成，成为机电一体化的理想接口。

电力电子技术答案2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。

2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。

低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。

2-2.使晶闸管导通的条件是什么答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：uAK>0且uGK>0。

2-3. 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。

2-4图2-27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I1、I2、I3。

解：a) Id1=I1=b) Id2=I2=c) Id3=I3=2-5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、Id2、Id3各为多少这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少解：额定电流IT(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) Im1A, Im2Id2c) Im3=2I=314 Id3=2-6 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和，由普通晶阐管的分析可得，是器件临界导通的条件。

《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。