电力电子技术自测习题集

1第 一 章 电 力 电 子 器 件填 空 题 ：1.电 力 电 子 器 件 一 般 工 作 在 开 关 状 态 。2.在 通 常 情 况 下 ， 电 力 电 子 器 件 功 率 损 耗 主 要 为 通 态 损 耗 ， 而 当 器 件 开 关 频 率较 高 时 ， 功 率 损 耗 主 要 为 开 关 损 耗 。3.电 力 电 子 器 件 组 成 的 系 统 ， 一 般 由 控 制 电 路 、 驱 动 电 路 、 主 电 路 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 检 测 与 保 护 电 路 。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 单 极 性 、 双 极 性 、 复 合 型 三 类 。5.电 力 二 极 管 的 工 作 特 性 可 概 括 为 单 向 导 电 性 。6.电 力 二 极 管 的 主 要 类 型 有 整 流 二 极 管 、 快 恢 复 二 极 管 、 肖 特 基 二 极 管 。7.肖 特 基 二 极 管 的 开 关 损 耗 小 于 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 门 极 端 正 向 触 发 则 导 通 、 阳 极 与 阴 极 端 的强 电 压 反 向 则 截 止 。9.对 同 一 晶 闸 管 ， 维 持 电 流 IH 与 擎 住 电 流 IL 在 数 值 大 小 上 有 IL 大 于 IH 。10.晶 闸 管 断 态 不 重 复 电 压 UDRM 与 转 折 电 压 Ubo 数 值 大 小 上 应 为 UDRM 小 于 Ubo。11.逆 导 晶 闸 管 是 将 二 极 管 与 晶 闸 管 反 并 联 （ 如 何 连 接 ） 在 同 一 管 芯 上 的 功率 集 成 器 件 。12.GTO 的 多 元 集 成 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 击 穿 。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 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 饱 和 区 。15.电 力 MOSFET 的 通 态 电 阻 具 有 正 温 度 系 数 。16.IGBT 的 开 启 电 压 UGE（ th） 随 温 度 升 高 而 降 低 ， 开 关 速 度 低 于 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 功 率 集 成 电路 。18.按 照 驱 动 电 路 加 在 电 力 电 子 器 件 控 制 端 和 公 共 端 之 间 的 性 质 ， 可 将 电 力 电 子 器件 分 为 电 流 控 制 型 和 电 压 控 制 型 两 类 。19.为 了 利 于 功 率 晶 体 管 的 关 断 ， 驱 动 电 流 后 沿 应 是 缓 慢 衰 减 。20.GTR 的 驱 动 电 路 中 抗 饱 和 电 路 的 主 要 作 用 是 加 快 关 断 速 度 。21.抑 制 过 电 压 的 方 法 之 一 是 用 RC 电 路 吸 收 可 能 产 生 过 电 压 的 能 量 ， 并 用 电 阻将 其 消 耗 。 在 过 电 流 保 护 中 ， 快 速 熔 断 器 的 全 保 护 适 用 于 小 功 率 装 置 的 保 护 。222.功 率 晶 体 管 缓 冲 保 护 电 路 中 的 二 极 管 要 求 采 用 快 恢 复 型 二 极 管 ， 以 便 与 功率 晶 体 管 的 开 关 时 间 相 配 合 。23.晶 闸 管 串 联 时 ， 给 每 只 管 子 并 联 相 同 阻 值 的 电 阻 R 是 静 态 均 压 措 施 ， 给 每只 管 子 并 联 RC 支 路 是 动 态 均 压 措 施 ， 当 需 同 时 串 联 和 并 联 晶 闸 管 时 ， 应 采 用 先串 后 并 的 方 法 。24.IGBT 的 通 态 压 降 在 1/2 或 1/3 额 定 电 流 以 下 区 段 具 有 负 温 度 系 数 ， 在 1/2或 1/3 额 定 电 流 以 上 区 段 具 有 正 温 度 系 数 。25.在 如 下 器 件 ： 电 力 二 极 管 （ Power Diode） 、 晶 闸 管 （ SCR） 、 门 极 可 关 断 晶 闸管 （ GTO） 、 电 力 晶 体 管 （ GTR） 、 电 力 场 效 应 管 （ 电 力 MOSFET） 、 绝 缘 栅 双 极 型 晶体 管 （ IGBT） 中 ， 属 于 不 可 控 器 件 的 是 Power Diode ， 属 于 半 控 型 器 件 的 是 SCR ， 属 于 全 控 型 器 件 的 是 GTO、 GTR、 电 力 MOSFET、 IGBT ； 属 于 单 极 型 电 力 电 子器 件 的 有 电 力 MOSFET ， 属 于 双 极 型 器 件 的 有 Power Diode、 SCR、 GTO、 GTR ， 属 于 复 合 型 电 力 电 子 器 件 的 有 IGBT ； 在 可 控 的 器 件 中 ， 容 量 最 大 的 是 GTO ，工 作 频 率 最 高 的 是 电 力 MOSFET ， 属 于 电 压 驱 动 的 是 电 力 MOSFET、 IGBT ， 属于 电 流 驱 动 的 是 SCR、 GTO、 GTR 。 简 答 题 ：26.电 力 电 子 器 件 是 如 何 定 义 和 分 类 的 ？ 同 处 理 信 息 的 电 子 器 件 相 比 ， 它 的 特 点 是什 么 ？27.应 用 电 力 电 子 器 件 的 系 统 组 成 如 题 图 1-27 所 示 ， 试 说 明 其 中 保 护 电 路 的 重 要意 义 ？28.二 极 管 的 电 阻 主 要 是 作 为 基 片 的 低 掺 杂 N 区 的 欧 姆 电 阻 ， 阻 值 较 高 且 为 常 量 ，为 何 二 极 管 在 正 向 电 流 较 大 时 管 压 降 仍 然 很 低 ？ 29.二 极 管 在 恢 复 阻 断 能 力 时 为 什 么 会 形 成 反 向 电 流 和 反 向 电 压 过 冲 ？ 这 与 它 们 的单 相 导 电 性 能 是 否 矛 盾 ？ 这 种 反 向 电 流 在 电 路 使 用 中 会 带 来 什 么 问 题 ？30.使 晶 闸 管 导 通 的 条 件 是 什 么 ？ 答 ：使 晶 闸 管 导 通 的 条 件 ： 晶 闸 管 承 受 正 向 阳 极 电 压 ， 并 在 门 极 施 加 触 发 电 流 （ 脉 冲 ）。 或 ： uAK0 且 uGK0， 直 到 晶 闸 管 电 流 达 到 擎 住 电 流 IL 以 上 。31.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 ：3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 。32.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 和 ， 由 普 通 晶 闸 管 的 分 析 可 得 ， + =112 2是 器 件 临 界 导 通 的 条 件 。 + 1， 两 个 等 效 晶 体 管 过 饱 和 而 导 通 ； + 1，12 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 较 大 ， 这 样 晶 体 管 V2 控 制 灵 敏 ， 易 于 GTO 关 断 ；22) GTO 导 通 时 的 + 更 接 近 于 1， 普 通 晶 闸 管 + 1.15， 而 GTO 则 为1 2+ 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 。33.GTR 的 安 全 工 作 区 是 如 何 定 义 的 ？ 如 题 图 1-33 所 示 ， GTR 带 电 感 性 负 载 时 ，如 果 不 接 二 极 管 VD 会 产 生 什 么 问 题 ？ 有 了 二 极 管 VD 是 否 还 要 加 缓 冲 电 路 呢 ？ 34.如 何 防 止 电 力 MOSFET 因 静 电 感 应 应 起 的 损 坏 ？答 ：电 力 MOSFET 的 栅 极 绝 缘 层 很 薄 弱 ， 容 易 被 击 穿 而 损 坏 。 MOSFET 的 输 入 电 容是 低 泄 露 电 容 ， 当 栅 极 开 路 时 极 易 受 静 电 干 扰 而 充 上 超 过 20V 的 击 穿 电 压 ， 所 以 为防 止 MOSFET 因 静 电 感 应 而 引 起 的 损 坏 ， 应 注 意 以 下 几 点 ：一 般 在 不 用 时 将 其 三 个 电 极 短 接 ；装 配 时 人 体 、 工 作 台 、 电 烙 铁 必 须 接 地 ， 测 试 时 所 有 仪 器 外 壳 必 须 接 地 ；电 路 中 ， 栅 、 源 极 间 常 并 联 齐 纳 二 极 管 以 防 止 电 压 过 高 ；漏 、 源 极 间 也 要 采 取 缓 冲 电 路 等 措 施 吸 收 过 电 压 。35.晶 闸 管 的 触 发 电 路 有 哪 些 要 求 ？36.GTO 与 GTR 同 为 电 流 控 制 器 件 ， 前 者 的 触 发 信 号 与 后 者 的 驱 动 信 号 有 哪 些 异同 ？37.IGBT、 GTR、 GTO 和 电 力 MOSFET 的 驱 动 电 路 各 有 什 么 特 点 ？答 ：IGBT 驱 动 电 路 的 特 点 是 ： 驱 动 电 路 具 有 较 小 的 输 出 电 阻 ， IGBT 是 电 压 驱 动 型器 件 ， IGBT 的 驱 动 多 采 用 专 用 的 混 合 集 成 驱 动 器 。GTR 驱 动 电 路 的 特 点 是 ： 驱 动 电 路 提 供 的 驱 动 电 流 有 足 够 陡 的 前 沿 ， 并 有 一 定 的4过 冲 ， 这 样 可 加 速 开 通 过 程 ， 减 小 开 通 损 耗 ， 关 断 时 ， 驱 动 电 路 能 提 供 幅 值 足 够 大 的 反向 基 极 驱 动 电 流 ， 并 加 反 偏 截 止 电 压 ， 以 加 速 关 断 速 度 。GTO 驱 动 电 路 的 特 点 是 ： GTO 要 求 其 驱 动 电 路 提 供 的 驱 动 电 流 的 前 沿 应 有 足 够的 幅 值 和 陡 度 ， 且 一 般 需 要 在 整 个 导 通 期 间 施 加 正 门 极 电 流 ， 关 断 需 施 加 负 门 极 电 流 ，幅 值 和 陡 度 要 求 更 高 ， 其 驱 动 电 路 通 常 包 括 开 通 驱 动 电 路 ， 关 断 驱 动 电 路 和 门 极 反 偏 电路 三 部 分 。电 力 MOSFET 驱 动 电 路 的 特 点 ： 要 求 驱 动 电 路 具 有 较 小 的 输 入 电 阻 ， 驱 动 功 率 小且 电 路 简 单 。38.全 控 型 器 件 的 缓 冲 电 路 的 主 要 作 用 是 什 么 ？ 试 分 析 RCD 缓 冲 电 路 中 各 组 件 的作 用 。答 ：全 控 型 器 件 缓 冲 电 路 的 主 要 作 用 是 抑 制 器 件 的 内 因 过 电 压 ， du/dt 或 过 电 流 和di/dt， 减 小 器 件 的 开 关 损 耗 。RCD 缓 冲 电 路 中 ， 各 元 件 的 作 用 是 ： 开 通 时 ， Cs 经 Rs 放 电 ， Rs 起 到 限 制 放 电 电流 的 作 用 ； 关 断 时 ， 负 载 电 流 经 VDs 从 Cs 分 流 ， 使 du/dt 减 小 ， 抑 制 过 电 压 。39.试 说 明 IGBT、 GTR、 GTO 和 电 力 MOSFET 各 自 的 优 缺 点 。答 ：器 件 优 点 缺 点IGBT开 关 速 度 高 ， 开 关 损 耗 小 ， 具有 耐 脉 冲 电 流 冲 击 的 能 力 ， 通 态 压降 较 低 ， 输 入 阻 抗 高 ， 为 电 压 驱 动 ，驱 动 功 率 小 。开 关 速 度 低 于 电 力MOSFET， 电 压 ， 电 流 容 量 不 及GTOGTR耐 压 高 ， 电 流 大 ， 开 关 特 性 好 ，通 流 能 力 强 ， 饱 和 压 降 低 。开 关 速 度 低 ， 为 电 流 驱 动 ， 所需 驱 动 功 率 大 ， 驱 动 电 路 复 杂 ， 存在 二 次 击 穿 问 题 。GTO电 压 、 电 流 容 量 大 ， 适 用 于 大功 率 场 合 ， 具 有 电 导 调 制 效 应 ， 其通 流 能 力 很 强 。电 流 关 断 增 益 很 小 ， 关 断 时 门极 负 脉 冲 电 流 大 ， 开 关 速 度 低 ， 驱动 功 率 大 ， 驱 动 电 路 复 杂 ， 开 关 频率 低 。电 力MOSFET开 关 速 度 快 ， 输 入 阻 抗 高 ， 热稳 定 性 好 ， 所 需 驱 动 功 率 小 且 驱 动电 路 简 单 ， 工 作 频 率 高 ， 不 存 在 二次 击 穿 问 题 。电 流 容 量 小 ， 耐 压 低 ， 一 般 只适 用 于 功 率 不 超 过 10kW 的 电 力 电子 装 置 。计 算 题 ：40.晶 闸 管 在 单 相 正 弦 有 效 值 电 压 220V 时 工 作 ， 若 考 虑 晶 闸 管 的 安 全 裕 量 为2.5， 其 电 压 定 额 应 选 多 大 ?541.流 经 晶 闸 管 的 电 流 波 形 如 题 图 1-41 所 示 。 试 计 算 电 流 波 形 的 平 均 值 、 有 效 值及 波 形 系 数 。 若 取 安 全 裕 量 为 2， 问 额 定 电 流 为 100A 的 晶 闸 管 ， 其 允 许 通 过 的 电 流平 均 值 和 最 大 值 为 多 少 ？42.在 题 图 1-42 电 路 中 ， E=50V， R=0.5W， L=0.5H， 晶 闸 管 擎 住 电 流 为15mA。 要 使 晶 闸 管 导 通 ， 门 极 触 发 脉 冲 宽 度 至 少 应 为 多 少 ？43.题 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 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= = ( ) 0.2717 Im24)(sintm mI1= = 0.4767 Im42)(sin(2tIm3b) Id2 = = ( ) 0.5434 Im 14)(sintdImI12I2 = = 0.6741I42)(sin(1tdImI13c) Id3= = Im20)(tdIm4I3 = = Im20)(1tdIm144.上 题 中 如 果 不 考 虑 安 全 裕 量 ， 问 100A 的 晶 闸 管 能 送 出 的 平 均 电 流Id1、 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 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) Im1 329.35， Id1 0.2717 Im1 89.48476.Ib) Im2 232.90, Id2 0.5434 Im2 126.560c) Im3=2 I = 314, Id3= Im3=78.56第 二 章 整 流 电 路填 空 题 ：1.电 阻 负 载 的 特 点 是 电 压 与 电 流 成 正 比 ， 在 单 相 半 波 可 控 整 流 电 阻 性 负 载 电 路中 ， 晶 闸 管 控 制 角 的 最 大 移 相 范 围 是 0 180 。2.阻 感 负 载 的 特 点 是 流 过 电 感 的 电 流 不 能 发 生 突 变 ， 在 单 相 半 波 可 控 整 流 带 阻感 负 载 并 联 续 流 二 极 管 的 电 路 中 ， 晶 闸 管 控 制 角 的 最 大 移 相 范 围 是 0 180 ，其 承 受 的 最 大 正 反 向 电 压 均 为 ， 续 流 二 极 管 承 受 的 最 大 反 向 电 压 为 （ 设 U22U 2为 相 电 压 有 效 值 ） 。3.单 相 桥 式 全 控 整 流 电 路 中 ， 带 纯 电 阻 负 载 时 ， 角 移 相 范 围 为 0 180 ， 单个 晶 闸 管 所 承 受 的 最 大 正 向 电 压 和 反 向 电 压 分 别 为 和 ； 带 阻 感 负 载 时 ， 2U2角 移 相 范 围 为 0 90 ， 单 个 晶 闸 管 所 承 受 的 最 大 正 向 电 压 和 反 向 电 压 分 别 为和 ； 带 反 电 动 势 负 载 时 ， 欲 使 电 阻 上 的 电 流 不 出 现 断 续 现 象 ， 可 在 主 电 路 中 直2U2流 输 出 侧 串 联 一 个 平 波 电 抗 器 。4.单 相 全 控 桥 反 电 动 势 负 载 电 路 中 ， 当 控 制 角 大 于 不 导 电 角 d 时 ， 晶 闸 管 的 导通 角 q = -d- ； 当 控 制 角 小 于 不 导 电 角 d 时 ， 晶 闸 管 的 导 通 角 q = -2d 。5.从 输 入 输 出 上 看 ， 单 相 桥 式 全 控 整 流 电 路 的 波 形 与 单 相 全 波 的 波 形 基 本 相 同 ，只 是 后 者 适 用 于 低 输 出 电 压 的 场 合 。6.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 UFM 等 于， 晶 闸 管 控 制 角 的 最 大 移 相 范 围 是 150 ， 使 负 载 电 流 连 续 的 条 件 为 30 2U(U2 为 相 电 压 有 效 值 )。7.三 相 半 波 可 控 整 流 电 路 中 三 个 晶 闸 管 的 触 发 脉 冲 相 位 按 相 序 依 次 互 差 120 ，当 它 带 阻 感 负 载 时 ， a 的 移 相 范 围 为 0 90 。8.三 相 桥 式 全 控 整 流 电 路 带 电 阻 负 载 工 作 中 ， 共 阴 极 组 中 处 于 通 态 的 晶 闸 管 对 应 的是 最 高 的 相 电 压 ， 而 共 阳 极 组 中 处 于 导 通 的 晶 闸 管 对 应 的 是 最 低 的 相 电 压 ； 这种 电 路 角 的 移 相 范 围 是 0 120 ， ud 波 形 连 续 的 条 件 是 60 。9.对 于 三 相 半 波 可 控 整 流 电 路 ， 考 虑 换 相 重 迭 角 的 影 响 ， 将 会 使 得 输 出 电 压 平 均值 Ud 减 小 。10.电 容 滤 波 单 相 不 可 控 整 流 带 电 阻 负 载 电 路 中 ， 空 载 时 ， 输 出 电 压 为 ， 随2U负 载 加 重 Ud 逐 渐 趋 近 于 ， 通 常 设 计 时 ， 应 取 RC T， 此 时 输 出 电 压 为20.9U1.52:(U2 为 相 电 压 有 效 值 )Ud 1.2 U2。11.电 容 滤 波 三 相 不 可 控 整 流 带 电 阻 负 载 电 路 中 ， 电 流 id 断 续 和 连 续 的 临 界 条 件是 ， 电 路 中 的 二 极 管 承 受 的 最 大 反 向 电 压 为 U2。3RC 612.实 际 工 作 中 ， 整 流 电 路 输 出 的 电 压 是 周 期 性 的 非 正 弦 函 数 ， 当 从 0 90变化 时 ， 整 流 输 出 的 电 压 ud 的 谐 波 幅 值 随 的 增 大 而 增 大 ， 当 从 90 180变 化7时 ， 整 流 输 出 的 电 压 ud 的 谐 波 幅 值 随 的 增 大 而 减 小 。13.三 相 桥 式 全 控 整 流 电 路 带 阻 感 负 载 时 ， 设 交 流 侧 电 抗 为 零 ， 直 流 电 感 L 为 足够 大 。 当 =30时 ， 三 相 电 流 有 效 值 与 直 流 电 流 的 关 系 为 I= Id ， 交 流 侧 电 流 中23所 含 的 谐 波 次 数 为 ， 其 整 流 输 出 电 压 中 所 含 的 谐 波 次 数 为 。61k 6k14.带 平 衡 电 抗 器 的 双 反 星 形 可 控 整 流 电 路 适 用 于 低 电 压 大 电 流 的 场 合 ， 当 它带 电 感 负 载 时 ， 移 相 范 围 是 0 90 ， 带 电 阻 负 载 时 ， 移 相 范 围 是 0 120 ； 如果 不 接 平 衡 电 抗 器 ， 则 每 管 最 大 的 导 通 角