哈尔滨工业大学--电力电子技术08

电力电子技术第8讲2电力电子器件（6）哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.2电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育本讲是的习题课，讲解第1，2章所布置的习题。第1章习题第1部分：填空题1.电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。2.电力电子技术是应用在电力变换领域的电子技术。3.电能变换的含义是在输入与输出之间，将电压、电流、频率（含直流）、相位、相数中的一项以上加以改变。4.在功率变换电路中，为了尽量提高电能变换的效率，所以器件只能工作在开关状态，这样才能降低损耗。5.电力电子技术的研究内容包括两大分支：电力电子器件制造技术和变流技术。6.半导体变流技术包括用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构成电力电子装置和电力电子系统的技术。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.3电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育第1章习题第2部分：简答题1.什么是电力电子技术？答：电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。2.电能变换电路的有什么特点？机械式开关为什么不适于做电能变换电路中的开关？答：电能变换电路在输入与输出之间将电压、电流、频率、相位、相数中的一相加以变换。电能变换电路中理想开关应满足切换时开关时间为零，使用寿命长，而机械开关不能满足这些要求。3.电力电子变换电路包括哪几大类？答：交流变直流——整流；直流变交流——逆变；直流变直流——斩波；交流变交流——交流调压、变频。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.4电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育第2章习题（1）第1部分：填空题1.电力电子器件是直接用于主电路电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。2.主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。3.电力电子器件一般工作在开关状态。4.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。5.按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件、全控型器件。6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。7.电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。8.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。9.普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1KHz以下的整流电路。其反向恢复时间较长，一般在5μs以上。10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较长，一般在5μs以下。11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.5电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。13.通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2～3倍。14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的称为2～4倍。15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。16.普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10μs左右。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。17.双向晶闸管晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。18.逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。19.光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.6电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育第2章习题（1）第2部分：简答题1.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？答：电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能变换或控制的电子器件。按照控制程度：不控型器件，半控型器件，全控型器件。按驱动电路：电流驱动型，电压驱动型。特点：处理的功率大，器件处于开关状态，需要信息电子电路来控制，需要安装散热片。2.使晶闸管导通的条件是什么？答：两个条件缺一不可：（1）晶闸管阳极与阴极之间施加正向阳极电压。（2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。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流过晶闸管的电流大于维持电流。欲使之关断，只需将流过晶间管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极电压反向、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.7电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育第2章习题（1）第3部分：计算题1.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,其电压定额应选多大?解：晶闸管所承受的正、反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值311V；（注：电压峰值＝1.414*有效值）取晶闸管的安全裕量为2倍，则晶闸管额定电压不低于：2×311V＝622V。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.8电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育2.流经晶闸管的电流波形如题图1－41所示,其电流最大值为Im。试计算电流波形的平均值、有效值。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？哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.9电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育3.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c)图波形的电流平均值Id3与电流有效值I3。如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的最大平均电流Id3为多少？这时，相应的电流最大值Im3为多少?2300111()0.25222TdmmmIItdtIdIITππθππ===×=∫∫2230011[()]0.52TmmIItdtIdITπθπ===∫∫30.51.57*100157m3.解：IIA===3314mIA=30.2578.5dmIIA==最大平均电流电流最大值100A的晶闸管对应的有效值哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.10电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育第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IGM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UGS，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哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.11电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育11.IGBT导通的条件是：集射极间加正电源且uGE大于开启电压UGE(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。18.按照载流子参与导电的情况,，可将电力电子器件分为:单极型、双极型和复合型三类。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.12电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育19.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电力二极管,SCR,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SCR，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。20.画出下面电力电子器件的电气符号。电力二极管晶闸管GTOGTRIGBT电力场效应管哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术08.13电力电子技术电力电子器件(6)哈尔滨工业大学远程教育第2章习题（2）第2部分：简答题1.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能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：设计α2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于关断GTO。导通时α1+α2更接近1，导通时接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。多元集成结构，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。2.试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。答：GTR的容量中等，工作频率一般在10kHz以下，所需驱动功率较大，耐压高，电流大，开关特性好，。GTO：容量大，但驱动复杂，速度低，电流关断增益很小，功耗达，效率较低。MOSFET器件工作频率最高，所需驱动功率最小，热稳定性好，但其容量较小、通态压降大，开通损耗相应较大，耐压低。IGBT的容量和GTR的容量属同一等级，但属电压控制型器件，驱动功率小，工作频率高，通态压降低，输入阻抗高。