电力电子技术实用复习指导

第一章电力电子器件重点和难点：一、电力二极管特性静态特性主要是指其伏安特性，而动态特性是由于结电容的存在，电力二极管在零偏置、正向偏置和反向偏置者三种状态之间转换的时候，必然要要经历一个过渡过程，在这些过渡过程中，PN结的一些区域是需要一定的时间来调整其带电的状态，因而其电压－电流特性不能用通常所说的伏安特性来描述，而是随时间变化的；电力二极管的正向平均电流是指其长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下其允许流过的最大公频正旋半波电流的平均值；电力二极管的正向压降是指在指定的温度下，流过某一指定的稳定正向电流时对应的正向压降。二、晶闸管的工作原理参见教材P16，当对晶闸管施以正向电压且门极有电流注入则导通，当对其施以反相电压时晶闸管截止，而把正向电压改为反向电压或使的流过晶闸管的电流降低到接近与零的某一个数值时晶闸管关断。三、MOSFET、IGBT的工作原理1、电力MOSFET的工作原理（1）截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。（2）导电：在栅源极间加正电压UGS,当UGS大于UT时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。2、IGBT的结构和工作原理（1）三端器件：栅极G、集电极C和发射极E（2）驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压uGE决定。导通：uGE大于开启电压U＝GE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。四、电力二极管工作原理电力二极管工作原理与信息电子电路中的二极管的工作原理时一样的，都是以半导体PN结为基础的，电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。例题一、如何用万用表判别普通晶闸管的极性？如何用万用表判别双向晶闸管的极性？答：1、选用R×100档，当黑笔接某一电极，红笔依次碰触另外两个电极，若有一次阻值很小，另一次阻值很大，则黑笔接的是门极，在阻值小时红笔接的是阴极，在阻值大时红笔接的是阳极。2a、根据T2与G相距较近，正反向电阻仅为几十，而T1-T2、T1-G为∞，选用R×10档判断T1；2b、假设T2、G，用Ⅰ+、Ⅲ-方式判别、验证。例题二、如图1.1所示，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。图1.1解：a)Id1=Im2717.0)122(2Im)(sinIm214tI1=Im4767.021432Im)()sin(Im2142wtdtb)Id2=Im5434.0)122(2Im)(sinIm14wtdtI2=Im6741.021432Im2)()sin(Im142wtdtc)Id3=20Im41)(Im21tdI3=Im21)(Im21202td1.为减少自身损耗，提高效率，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_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_单极型器件_、_双极型器件_、_复合型器件_三类。5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反向电压截止_。6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_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__正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__。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UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__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.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__。14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。15.IGBT的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET。16.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_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。17.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。18.在如下器件：电力二极管（PowerDiode）、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_电力二极管__，属于半控型器件的是__晶闸管_，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_电力二极管、晶闸管、GTO、GTR_，属于复合型电力电子器件得有__IGBT_；在可控的器件中，容量最大的是_晶闸管_，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_晶闸管、GTO、GTR_。19.电力电子器件的关断缓冲电路又称为_du/dt抑制电路_，开通缓冲电路又称为_di/dt抑制电路_。20.晶闸管从断态转入通态，触发信号移除后，能够维持导通的最小电流称之为_擎住电流_。21.在GTO、IGBT与MOSFET中，开关速度最快的是__MOSFET_，单管输出功率最大的是____GTO_____，在中小功率领域应用最为广泛的是___IGBT________。22.电力电子器件的驱动电路一般应具有控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离，例如光耦；或磁隔离，例如脉冲变压器。23.根据下面列出的电力电子器件参数的定义，在空格处填写该参数的名称。参数定义参数名称GTR集电极电流与基极电流之比电流放大系数β使IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压开启电压UGE（th）维持晶闸管导通所必需的最小阳极电流维持电流IH24.电力电子学由电力学、电子学和控制理论交叉而形成的学科。25.按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为以下三类；不可控型、半控型和全控型。26.设GTO的电流关断增益为5,如果该器件要关断直流500A的电流，关断时门极负脉冲电流的峰值应不小于A。27.IGBT的开启电压一般为V。28.从晶闸管的物理结构角度，回答下列问题：1）分析为什么晶闸管一旦触发导通之后，就可以自锁导通，而不再需要触发电流？2）为什么晶闸管导通之后，门极就失去控制作用，不能控制器件关断？29.图2中画出了有、无RCD缓冲电路时，晶体管关断过程中的电压电流变化轨迹。当有RCD缓冲电路时，回答下列问题：1）晶体管关断时应按照那条电压电流线（工作点轨迹）转移？并说明理由。2）在该轨迹线上标出工作点转移的方向，并说明理由。ADCBuCEiCO30.请在正确的空格内标出下面元件的简称：电力晶体管GTR；可关断晶闸管GTO；功率场效应晶体管MOSFET；绝缘栅双极型晶体管IGBT；IGBT是MOSFET和GTR的复合管。31.晶闸管对触发脉冲的要求是要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。32.多个晶闸管相并联时必须考虑均流的问题，解决的方法是串专用均流电抗器。33.有一晶闸管的型号为KK200－9，请说明KK快速晶闸管；200表示表示200A，9表示900V。34.型号为KS100-8的元件表示双向晶闸管晶闸管、它的额定电压为800V伏、额定有效电流为100A。35.当温度降低时，晶闸管的触发电流会增加、正反向漏电流会下降；当温度升高时，晶闸管的触发电流会下降、正反向漏电流会增加。36.由晶闸管构成的逆变器换流方式有负载换流和强迫（脉冲）换流。37.一般操作过电压都是瞬时引起的尖峰电压，经常使用的保护方法是阻容保护而对于能量较大的过电压，还需要设置非线性电阻保护，目前常用的方法有压敏电阻和硒堆。38.晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？答：（1）触发信号应有足够的功率。（2）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。（3）触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。39.晶闸管稳定导通的条件（）A、晶闸管阳极电流大于晶闸管的擎住电流B、晶闸管阳极电流小于晶闸管的擎住电流C、晶闸管阳极电流大于晶闸管的维持电流D、晶闸管阳极电流小于晶闸管的维持电流40.某晶闸管，若其断态重复峰值电压为500V，反向重复峰值电压700V，则该晶闸管的额定电压是（）A500VB600VC700VD1200V41.（）存在二次击穿问题。A.SCRB.GTOC.GTRD.P.MOSFETE.IGBT42.下图所示的是（）的理想驱动信号波形。A.SCRB.GTOC.GTRD.P.MOSFETE.IGBT43.IGBT综合了（）和（）的优点，因而具有良好的特性。A.SCRB.GTOC.GTRD.P.MOSFETF.电力二极管44.图1是的典型驱动电路？A.SCRB.GTOC.GTRD.P.MOSFETVD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2图145.计算MOSFET功率损耗：Pon+Ps=I2R+ESf46.型号为KS100-8的元件表示双向晶闸管、它的额定电压为800V、额定电流为100A。第二章整流电路重点和难点：一、单相桥式全控整流电路波形分析及参数定量计算1、带电阻负载的工作情况（1）电路结构如图2.1所示图2.1（2）工作原理及波形分析如图2.2所示VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。图2.2（3）数量关系2、带阻感负载的工作情况（1）电路结构如图2.3所示图2.32cos19.02cos122)(dsin21222dUUttUU（2）工作原理及波形分析如图2.4所示u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4并不关断。至ωt=π+a时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流。图2.4（3）数量关系例题一、已知全波整流电路由一只晶闸管和一只二极管组成，U2=220伏，=60，求：⑴Ud表达式⑵ud、id波形⑶uVT、uVD波形解：波形如图2.5所示。cos9.0cos22)(dsin21222dUUttUU000uduVDuVT222U222U22U图2.5ttdUttdUUdsin221sin2212022cos345.02U例题二、具有中点二极管的单相半控桥式整流电路如图所示。求：⑴=90时的ud⑵Ud表达式⑶Udmax、U