电力电子习题1

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1、250什么是电力电子技术什么是电力电子技术?答：通常所说的电子技术包括信息电子技术和电力电子技术，模拟电子技 术和数字电子技术都属于前者，而后者是应用于电力领域的电子技术，即应用 电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。251电力变换包含哪些内容电力变换包含哪些内容?答：电力变换通常分为四大类，即交流变直流(整流)、直流变交流(逆变)、 直流变直流(直流斩波)和交流变交流。其中交流变交流可以是电压或电力的变 换，叫做交流电力控制，也可以是频率和相数的变换，进行上述电力变换的技 术叫做变流技术。252什么是电力电子器件什么是电力电子器件?答：在电力系统或电力设备中，主电路承担着电能的变换或控制任

2、务，电 力电子器件是直接用于主电路中实现电能的变换或控制的电子器件。目前电力 电子器件一般专指电力半导体器件。253电力电子器件如何分类电力电子器件如何分类?答：按照电力电子器件被控制信号所控制的程度，可分为以下三类：(1)不可控器件指不能用控制信号来控制其导通和关断的电力电子器件，例 如电力二极管。(2)半控型器件通过控制信号可以控制其导通，而不能控制其关断的电力电 子器件叫做半控型器件，例如晶闸管及其大部分派生器件等都是半控型器件。(3)全控型器件又叫自关断器件。指控制信号既能控制其导通，也能控制其 关断的电力电子器件。常用的有门极关断(GTO)晶闸管、电力晶体管(GRT)、绝 缘栅双极型

3、晶体管(IGBT)和电力场效应晶体管(PMOSFET)。根据器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件又可 分为单极型器件(一种载流子参与导电)、双极型器件(两种载流子参与导电)和混 合型器件(由单极型和双极型两种器件混合而成的器件)。按照控制信号的不同，还可将电力电子器件(电力二极管除外)分为电流驱动 型和电压驱动型，后者又叫场控器件或场效应器件。254电力二极管有哪些基本特性电力二极管有哪些基本特性?答：电力二极管主要有以下两种基本特性：(1)静态特性主要指其伏安特性，当它承受的正向电压大到一定值时(此值叫 门槛电压)，正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流对应

4、的 电力二极管两端电压为正向电压降。电力二极管承受反向电压时，只通过数值 微小的反向漏电流。(2)动态特性 由于电力二极管的 PN 结存在结电容，因此在零偏置、正向 偏置和反向偏置这三种状态之间转换的时候，需要一定的时间，我们称之为过 渡过程，其 PN 结的一些区域带电状态是随时间变化的，这就是电力二极管的 动态特性。255常用的电力二极管有哪些主要类型常用的电力二极管有哪些主要类型?答：在电力电子电路中，电力二极管有广泛的应用，它可以作为整流、续 流，以及电压隔离、钳位、保护等器件。在应用时，要按实际要求选择不同类 型的电力二极管。其主要类型有： (1)普通二极管 又叫整流二极管，多用 于开

5、关频率不高(1kHz 以下)的整流电路中。其反向恢复时间一般大于 5S，而 正向电流额定值和反向电压额定值可以达到数千安和数千伏以上。(2)快恢复二极管简称快速二极管。其反向恢复时间小于 5s，快恢复外延 二极管反向恢复时间更短，在 100ns 以下。(3)肖特基二极管 其优点是反向恢复时间很短，一般为 1040ns；正向恢 复过程中没有明显的电压过冲；开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管小。 其缺点是反向漏电流大且对温度敏感；当提高反向耐压时，其正向压降也相应 增加，甚至不能满足要求。256电力二极管有哪些主要参数电力二极管有哪些主要参数?答：电力二极管有以下几种主要参数。(1)正向平均电流

6、 IF(AV)指电力二极管在稳定运行时，在规定的管壳温度和 散热条件下，所允许通过的最大工频正弦半波电流的平均值。此时，管子正向 压降的损耗引起的结温升高不会超过所允许的最高工作结温。在此提醒读者， 电力二极管的额定电流是用其正向平均电流 IF(AV)标称的，经换算可知，此时 与之对应的电流有效值是 1.57IF(AV)。(2)正向压降 VF 电力二极管在规定的温度下，流过一定的稳态正向电流时 埘应的正向压降。(3)反向重复峰值电压 VRRM 指对电力二极管能重复施加而不被反向击穿 的反向最高峰值电压。其值一般是电力二极管雪崩击穿电压 VR 的 2/3。(4)最高工作结温 TJM 结温是指 P

7、N 结的平均温度，最高工作结温是指在 P N 结不致损坏的条件下，电力二极管所能承受的最高平均温度，通常为 125175。(5)涌浪电流 IRSM 指电力二极管能承受的连续一个或几个工频周期的最 大电流。257什么是晶闸管什么是晶闸管?它有哪些用途它有哪些用途?答：晶闸管是晶体闸流管的简称，它包括普通晶闸管和双向、门极关断、 逆导、快速等晶闸管。普通晶闸管(Thyristor)曾称为可控硅整流器，常用 SCR(S iliccm Controlled Rectifier)表示。在实际应用中，如果没有特殊说明，晶闸管皆 指普通晶闸管。晶闸管主要用来组成整流、逆变、斩波、交流调压、变频等变流装置和交

8、 流开关以及家用电器实用电路等中，由于上述装置特别是变流装置是静止型的 ，具有体积小、寿命长、效率高、控制性能好，并且具有无毒、无噪声、造价 低、维修方便等优点，因此得到广泛的应用。258如何区分晶闸管的三个电极如何区分晶闸管的三个电极?答：晶闸管是一种四层(PNPN)三端(A、K、G)电力半导体器件，工业上应用的晶闸管功率 较大，其结构、外形和图形符号如图 3-1 所示。从外形上分，有螺栓形和平板形，三个引出端分别叫做阳极 A、阴极 K、门 极 G。对于螺栓形晶闸管，螺栓是阳极，粗辫子为阴极，细辫子为门极。而平 板形晶闸管，两侧是阳极和阴极，由中间金属环边缘引出的细辫子是门极，门 极离阴极较

9、近。目前，200A 以上的晶闸管都采用平板形结构，主要原因是散热 效果好。三个电极不能从外形上区分时，可采用第 259 题(1)中所述的方法区分 。259259怎样鉴别晶闸管的好坏怎样鉴别晶闸管的好坏? ?答：在没有专用测试设备的条件下，可通过下述方法判断晶闸管能否投入 工作。(1)将万用表置于 R10k 档，测量阳极一阴极之间和阳极一门极之间的 正、反向电阻，正常值都应在几百千欧以上；门极-阴极之间正向电阻约数十欧 到数百欧，反向电阻较正向电阻略大。测量时，特别是测量门极一阴极之问的 阻值时，绝不允许使用 R10k 档，以防止表内高压电池击穿门极的 PN 结。 测量时，如发现任何两个极短路或

10、门极对阴极断路，说明晶闸管已经损坏。(2)按照(1)所述方法，只是初步鉴别晶闸管的好坏，能否投入工作，还需按图 3-2 所示的方 法接线进行实验。欲使晶闸管导通，需要同时具备两个条件，即在晶闸管阳极一阴极间加正 向电压以及给门极加正向电压，使足够的门极电流 Io 流入。因此，按图 3-2 接 线，闭合 S 时，小灯泡不亮，再按一下 SB，小灯泡如果发亮，说明晶闸管良好 ，能够投入电路工作。以上是鉴别晶闸管好坏的一种简易方法，如果想要进一步知道品闸管的特 性和有关参数，则需要查产品合格证上所标的测试参数或用专门测试设备进行 测试。260260晶闸管的型号表示什么意义晶闸管的型号表示什么意义? ?

11、答：以 KP 型普通晶闸管为例来说明晶闸管型号的含义。KP200-14 表示额定电流为 200A ，额定电压为 1400V。晶闸管的额定电压在 1000V 以下用百位数表示；1000V 及以上用千 位和百位数表示。261261晶闸管是如何触发导通的晶闸管是如何触发导通的? ?答：在品闸管阳极-阴极之间加正向电压，门极也加正向电压，产生足够的 门极电流 Ig 时晶闸管导通，其导通过程叫做触发。晶闸管是四层三端器件，具有三个 PN 结，可将它等效成两个晶体管 VT1(P1 N1P2)和 VT2(N1P2N2)，如图 3-3 所示。VT1、VT2 的集电极电流分别为 Icl=a1I a，Ic2=a2

12、Ik，发射极 电流分别为 IE1=Ia，IE2=Ik。当晶闸管承受正向电压时，欲使晶闸管导通，必须使承受反 压的 J2 结失去阻挡作用。从图 3-3c 可见，每个晶体管的集电极电流同时是另一个晶体管 的基极电流，因此，一旦门极流入足够的电流 Ig，就会形成强烈的正反馈，即在很短的时间内，使两个晶体管饱和导通，即晶闸管导通。 262262晶闸管的静态特性是怎样的晶闸管的静态特性是怎样的? ?答：晶闸管的静态特性主要是指它的伏安特性，如图 3-4 所示。位于第 I 象限的为正向特性，它又分为阻断状态和导通状态；位于第象限的为反向特 性。当 Ig=0 时，逐渐升高晶闸管的正向阳极电压，此时只有很小的

13、漏电流通过 晶闸管，当正向阳极电压上升到某一数值(此电压值叫转折电压)时，晶闸管从 断态转为通态，这种情况叫“硬开通”(多次“硬开通”会损坏晶闸管)。通态 下，晶闸管的伏安特性和二极管正向特性相似，即通过较大的电流而本身压降 仅为 1V 左右。门极电流上升，转折电压下降，当门极电流足够大时，转折电压 很小，此时，晶闸管和二极管等同，一旦承受正向电压，管子就能导通。晶闸管在反向电压的作用下，总是处于阻断状态，直到反向电压增加到反 向击穿电压时，管子反向击穿，电流急剧增大，导致管子损坏，其反向特性类 似于二极管。263263晶闸管的动态特性是什么晶闸管的动态特性是什么? ?答：晶闸管开通与关断动态

14、过程的波形如图 3-5 所示。图中，在 t=0 时，在晶闸管承受正 向电压的前提下，门极流入触发电流 Ig，晶闸管导通，进入正常工作状态；在 t=t1 时，晶 闸管承受电压由正向变为反向，使晶闸管关断。在导通过程中，阳极电流从零开始增长，升到稳态值的 10时，这段时间 叫延迟时间 td，阳极电流从稳态值的 10上升到 90所需要的时间叫做上升时 间 tr，两者之和被定义为晶闸管的开通时间，即 tgt=td+tr。晶闸管关断也不是瞬时完成的，流过晶闸管的电流从稳态值降到接近于零的时间，为晶闸 管的反向阻断恢复时间 trr。此后，载流子需要复合，晶闸管恢复对正向电压阻断能力还需 要一段时间，即正向

15、阻断恢复时间 tgr，在此特别提醒读者，在正向阻断恢复时间内，若对 晶闸管重新施加正向电压，则管子会立即导通，而无需门极电流的控制。两者之和被定义 为晶闸管的关断时间，即 tq=trr+tgr264晶闸管有哪些主要参数晶闸管有哪些主要参数?答：晶闸管参数都和结温有关，主要的参数有：(1)电压定额1)断态重复峰值电压 VDRM 指允许重复加在晶闸管阳极-阴极间的正向峰 值电压，规定它的数值为断态不重复峰值电压 VD 刚的 90。2)反向重复峰值电压 VRRM 指允许重复加在晶闸管阳极-阴极间的反向峰值 电压，规定其值为反向不重复峰值电压 VRSM 的 90。3)额定电压 VTN 通常取实测的 V

16、DRM、VRRM 中的较小值，按规定的标 准电压等级就低取整数，即为晶闸管的额定电压。4)通态平均电压 VT(管压降) 在规定的环境温度和标准散热条件下，晶闸 管通过正弦半波的额定通态平均电流时，阳极一阴极间电压降的平均值叫通态 平均电压，其值为 0.41.2V。(2)电流定额1)通态平均电流 IT(AV) 晶闸管在环境温度为 40时和规定的冷却条件下 ，结温不超过额定结温时，所允许通过的最大工频正弦半波(不小于 170)通态 电流在一个周期内的平均值。在此特别提醒读者，晶闸管的额定电流就用其通 态平均电流按电流标准等级就低取整数标定，而晶闸管通过的额定电流有效值 I TN 则为 ITN=1.57IT(AV)。2)维持电流 IH 晶闸管在导通状态下，维持晶闸管导通的最小阳极电流叫维 持电流。3)擎住电流 IL 晶闸管从断态转入通态，当阳极电流升到某值时，去掉门极 信号，如果仍能维持管子导通，所需要的最小阳极电流叫擎住电流。对同一个 管子来说，擎住电流 IL 为维持电流