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1、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 压为0； n+a 2n期间，单相全波电路中VT 2导通，单的结 构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 相全控桥 电路中VT 2、VT 3导通，输出电压等于u 2。对于电感负 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过（a n + a）期间，单相全波电路中VT 1导通，单相全载: 电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 控 桥电路中 VT 1 、 4 导通， VT 输出电压均与电源电压 u 2 相等；（n2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺 杂N区，也称+a 2n+a）期间，单相全波电路中VT 2导 通，
2、单相全控漂移区。低掺杂 N 区由于掺杂浓度低而接近 于无掺杂的纯半 桥电路中 VT 2 、 VT 3 导通，输出波形等 于 u 2 。可见，两者的导体材料即本征半导体，由于掺 杂浓度低，低掺杂 N 区就可 输出电压相同，加到同样的负 载上时，则输出电流也相同。以承受很高的电压而不被击穿。 23带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控 2-6 GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构 为什么 GTO 能 够自整流电路相比有何主要异同？三相桥式电路是两组 三相半关断 而普通晶闸管不能 结构为什么 能够自关断而 普通 波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并 联，且晶闸管不能 而普通晶
3、闸管不能 后者需要用平衡电抗 器； 答 :GTO 和 普 通 晶 闸 管 同 为 PNPN 结 构 由 P1N1P2 和 当变压器二次电压有效值 U 2 相等时，双反 星形电路的整流 N1P2N2 构成两个晶体管 V1、V2 分别具 有共基极电流增益 电压平均值U d是三相桥式电路的1/2, 而整流电流平均值I dal和a 2,由普通晶闸管的分析可得, al a 2 1是 是三相桥式电路的2倍。在两种电路中，晶 闸管的导通及器件临界导通的条件。al a 21 两个等效 晶体管过 触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压ud和 整流电流i d的饱和而导通；al a 2 1.5而GTO则为al a 2
4、匕 1.05 , 当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时, 可实现 GTO 的饱和程 度不深接近于临界饱和这样为门极 控制关 负载换流断提供了有利条件 3 多元集成结构使每个 GTO 元阴极面 强迫换流：设置附加换流电路,给欲关断的 晶闸管强迫施加积很小 门极和阴极间的距离大为缩短使得P2 极区所谓 反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加 电容上的能量的横向电阻很 小 从而使从门极抽出较大的 电流成为可能。 实现，也称电容换流。晶闸管电路不能采 用器件换流，根据 2-7 与信息电子电路中的 MOSFET 相比 电力 MOSFET 具有怎样 电路形式的不同采用电网换流、负 载换流和强迫换
5、流 3 种方的结构特点才具有耐受高电压和 大电流的能力？ 式。1) 垂直导电结构：发射极和集电极 位于基区两侧，基区面 3什么是电压型逆变电路？什么是 电流型逆变电路？二者各 积大，很薄，电流容量很大。 有 什么特点。答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流 2) N-漂移区：集电区加入轻掺杂N-漂移区，提高耐压。侧是 电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是 3) 集电极安装于硅片底部，设计方便，封装密度高，耐压 电 流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主 特性好。要特点是：直流侧为电压源，或并联有大电容， 相当于电 2-8 试分析 IGBT 和电力 MOSFET 在内部
6、结构 和开关特性上的 压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路 呈现低阻抗。由相似和不同之处 于直流电压源的钳位作 用，交流侧输出电压波形为矩形波，答： IGBT 比电力 MOSFET 在背面多一个 P 型层， IGBT 开关速 并且与负载 阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负度高，开关 损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降 载阻抗情 况的不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提较低，输 入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小。 供无功功率，直流 侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交 2-11 试列举你所 知道的电力电子器件，并从不同的角度对这 流侧向直流侧 反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂
7、都并联些电力电子器 件进行分类。目前常用的控型电力电子器件有 了反馈二极 管。电流型逆变电路的主要特点是：直流侧串哪些答：1.按 照器件能够被控制的程度，分为以下三类： 联有大电感， 相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流（1）半控型 器件：晶闸管及其派生器件 回路呈现高阻抗。电路中开 关器件的作用仅是改变直流电（2）全控型器件： IGBTMOSFET ， GTOGTR 流的流通路径，因此交流侧输出 电流为矩形波，并且与负载（3）不可控器件:电力二极管 阻 抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情 2. 按照驱动信号的波形（电力二极管除外）况的不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要
8、提供无功功（1）脉冲触发型： 晶闸管及其派生器件 率，直流侧电感起缓冲无功能量的作 用。因为反馈无功能量（ 2 ）电平控制型： （全控型器件） IGBTMOSFET ， GTOGTR 时直流电流并不反向，因此不必 像电压型逆变电路那样要给 3. 按照器件内部电子和空穴两 种载流子参与导电的情况分 开关器件反并联二极管。为三 类：（1）单极型器件：电力MOSFET,功率SIT肖特7.串 联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是什么？基二 极管（2）双极型器件：GTRGTO晶闸管，电力二极管试 分析换流过程。等（ 3）复合型器件： IGBTMCTIGCT 等 答： 二极管的主要作用，一是为换流电
9、容器充电提供通道， 4.按 照驱动电路信号的性质，分为两类： 并使换流电容的电压 能够得以保持， 为晶闸管换流做好准备；（1）电流驱动型： 晶闸管， GTO， GTR 等 二是使换流电容的电压能够施加到 换流过程中刚刚关断的晶（2）电压驱动型：电力 MOSFETIGBT 等 闸管上， 使晶闸管在关断之后能够承受 一定时间的反向电压，常用的控型电力电子器件： 门极可 关断晶闸管 电力晶闸管， 确保晶闸管可靠关断， 从而确 保晶闸管换流成功。以VT 1和VT 3电力场效应晶体管， 绝缘栅双极晶体管。 之间的换流为例，串联二极管式电流 型逆变电路的换流过程 3-2 图 2-9 为具有变压器中心抽头
10、的单相全波可控整流电可简述如下：给VT 3施加触发脉冲, 由于换流电容 C 13 电压的作路，问该变压器还有直流磁化 问题吗？试说明：晶闸管承用，使VT 3导通，而VT 1被 施以反向电压而关断。直流电流I d受的最大反向电压为2 根号下2U2；当负载是电阻或电感 从VT 1换到VT 3上 C 13通过VD 1、U相负载、W相负载、VD 2、VT 2、 时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。 直流 电源和VT 3放电，如图5-16b所示。因放电电流恒为I d，答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变 故 称恒流放电阶段。在C 13电压u C13下降到零之前，VT 1 一直承压
11、器没有直流磁化的问题。因为单相全波可控整流电 路变压 受反压，只要反压时间大于晶闸管关断时间 t q ，就 能保证可器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方 向相反，靠关断。u C13降到零之后在U相负载电感的作 用下,开始对C 13波形对称，其一个周期内的平均电流为零， 故不会有直流磁 反向充电。如忽略负载中电阻的压降，则 在 u C13 0 时刻后，二化的问题。以下分析晶闸管承受最大 反向电压及输出电压和 极管VD3受到正向偏置而导通，开 始流过电流，两个二极管同电流波形的情况。以晶闸管 VT 2 为例。当VT 1导通时，晶闸管时导通，进入二极管换流阶 段，如图5-16c所示。随着C
12、13充VT 2通过VT 1与2个 变压器二次绕组并联，所以VT 2承受的最大 电电压不断增 高，充电电流逐渐减小，到某一时刻充电电流电压为 2 根 号下 2U2。 当单相全波整流电路与单相全控桥式整 减到零 VD 1 承受反压而关断，二极管换流阶段结束。之后，流电 路的触发角相同时，对于电阻负载：（0a）期间无进 入 VT 2 、VT 3 稳定导通阶段，电流路径如图 5-16d 所示。 晶闸管导通，输出电压为0；（an）期间，单相全波电路中 6-3交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各 运用VT 1导通，单相全控桥电路中VT 1、VT 4导通，输 出电压均与电 于什么样的负载？为什么？源
13、电压 u 2 相等； nn+a期间，均无晶闸管导通，输出电答：交流调压电路和 交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方 式不同。 交流调压电路是在交流电源的 使矩形脉冲和相应 的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到每个周期对输出电 压波形进行控制。而交流调功电路是将负 PWM 波形。各 PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化载与交流电 源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接 的。根据 面积等效原理， PWM 波形和正弦半波是等效的。对于通周 波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功 正弦 波的负半周，也可以用同样的方法得到 PWM 波形。可见， 率。交流调压电路广泛用
14、于灯光控制（如调光台灯和舞台灯 所得到的 PWM 波形和期望得到的正弦波等效。光控制）及 异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。 5什么是 异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分在供用 电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。此外， 段同 步调制有什么优点？在高电压小电流或低电压大电流直流 电源中，也常采用交流 答：载波信号和调制信号不保持同 步的调制方式称为异步调调压电路调节变压器一次电压。 如采用晶闸管相控整流电路， 制。在异步调制方式中，通 常保持载波频率 f c 固定不变，因高电压小电流可控直流电 源就需要很多晶闸管串联；同样， 而当信号波频率 f r 变化 时，载波比N是变
15、化的。异步调制的主低电压大电流直流电 源需要很多晶闸管并联。这都是十分不 要特点是： 在信号 波的半个周期内， PWM 波的脉冲个数不固定，合理的。采 用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电 相位也不 固定， 正负半周期的脉冲不对称， 半周期内前后 1/4 流值 都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流 周 期的脉冲也不对称。这样，当信号波频率较低时，载波比 N 就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。交 较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半 流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。 周期内前后 1/4 周期脉冲不对称产生的不利影响都较小， PWM 由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的 每个周 波形接近正弦波。载波比N等于常数，并在变频时 使载波和信期进行频繁控制。 号波保持同步的方式称为同 步调制。 同步调制的主要特点是：5-4简述示升压斩波电 路的基本工作原理。 在同步调制方式中，信号波频率变化 时载波比 N 不变，信号波答：假设电路中电感 L 值很大，电 容C值也很大。当V处于通态一个周期内输出的脉冲数是 固定的，脉冲相位也是固定的。时，电源E向
