电力电子习题.doc

1、第 1 章 电力电子器件 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（以电力电子器件为核心） _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 _不可控器件 _。 6.电力二极管的主要类型有 _普通二极

2、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 有 触发则导通、 反向 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 2-4倍 _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_低于 _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 _阴极和门极在器 件内部并联 _结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13.功率晶体

3、管 GTR 从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为 _二次击穿_ 。 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 _放大区 _。 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 _略有下降 _，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 _智能功率集成电路 _。 18.按照驱动电路加在

4、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 _电流驱动器件 _和 _电压驱动器件 _两类。 19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是 _负脉冲 _。 20.GTR 的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是 _使基极驱动电流不进入放大和饱和区 。 21.抑制过电压的方法之一是用 _储能元件 _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 。 22.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

5、_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 _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 _绝缘栅双极晶体管（ IGBT

6、）、门极可关断晶闸管（ GTO）、电力晶体管（ GTR）、电力场效应管（电力 MOSFET） _；属于单极型电力电子器件的有 _电力场效应管（电力 MOSFET） _，属于双极型器件的有 _电力二极管、门极可关断晶闸管（ GTO）、电力晶体管（ GTR）、晶闸管 _，属于复合型电力电子器件得有 _绝缘栅双极型晶体管（ IGBT） _；在可控的器件中，容量最大的是 _门极可关断晶闸管（ GTO） _，工作频率最高的是 _绝缘栅双极型晶体管（ IGBT） _，属于电压驱动的是 _电力场效应管、绝缘栅双极型晶体管（ IGBT）_，属于电流驱动的是 _电力二极管、晶闸管（ SCR）、门极可关断晶闸管（

7、 GTO）、电力晶体管 _。 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？ 电力电子器件是指直接用于处理电能的主电路中，能实现电能的变换和控制的电子器件。按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，分为电压驱动型和电流驱动型。根 据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间有效信号的波形，分为脉冲触发型和电平控制型。按照器件内内部电子和空穴两种载流子分为单极性器件、双极型器件和复合型器件。 1.电力电子器件处理电功率的功率大 ，电压电流的的承受能力强； 2.因为处理的功率大，为减少损耗，处于开关状态； 3.电力电子电路由信息电子控制，

8、需要驱动电路； 4.电力电子电路由于功率比较大，需要散热器。 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？ 主电路一般会有过电压和电流的冲击，由于电力电 子器件比普通元件昂贵，承受电压电流能力差一些，需要加一些保护电路，以保证电力电子系统正常可靠的运行。 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？ 这个矛盾由电导调制效应来解释。当 PN 结注入正向电流很大时，由 P 区注入并累积在低掺杂 N区的少子空穴的浓度上升，为维持半导体电中性条件，其多子浓度也大幅增加，使其电阻率上升，

9、也就是电导率大大增加，这就是为什么桶大电流管压降仍然很低。 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？ PN 结积累的大量少子在反向压降的作用下被抽出，因而流过较大的反向电流，由于反向电流迅速下降，在外电路电感作用下的作用下，产生反向电压过冲。并不矛盾，只是需要一个反向恢复时间。器件关断对电路有冲击，在设计电路时要设计缓冲吸收电路。 30.使晶闸管导通的条件是什么？ 晶闸管导通条件是，在正向压降条件下，并在门极施加触发电流。 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？ 通过晶

10、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；在外加电压和外加电路的作用下，使流过晶闸管的电流降到零以下的某个数值，便可使晶闸管关断。 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？ 由普通晶闸管分析， GTO 不同之处在于， 2 较大，这样 2V 控制灵敏，使 GTO易于关断。使导通的 21 接近于 1，这样 GTO 的饱和程度不深，接近临界饱和（缺点导通时管压降增大）。多元集成使 GTO 的门极和阴极距离减小，使横向电阻很小，从而从门极抽出大电流成为可能。 33.GTR 的安全工作区是如何定义的？如题图 1-33 所示， GTR 带

11、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？ GTR 的安全工作区是指不能超过最高电压 ceMU 、集电极最大电流 eMI 和最大耗散功率 eMP ，也不能超过二次击穿临界线。感性负载在关断时电感能量需要释放，如果没有续流二极管，会出现一定的过电压。需要缓冲电路， V 开通时缓冲电容通过 sR 向 V放电，使电流先上一个台阶，以后因为有 dti/d 抑制电路的 iL ，ci 的上升缓慢。 34.如何防止电力 MOSFET 因静电感应应起的损坏？ 1.不用时三个电极短接； 2.装配时接触电力 MOSFET 的器件需要接地； 3.电路栅源间并接齐纳二

12、极管以防电压过高； 4.漏源间也要加缓冲电路吸收过电压。 35.晶闸管的触发电路有哪些要求？ 主要有以下几个要求： 1.触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通； 2.触发脉冲有足够大的幅度； 3.所提供的触发脉冲参数应在晶闸管额定电压、额定电流、和功率的范围内； 4.良好的抗干扰能力以及温度稳定性以及电气隔离。 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？ 二者都是电流型触发电路，开通关断都要有相应的触发脉冲，且要求触发脉冲上升沿陡峭并强触发。 GTR在在导通期间一直需要保持触发电流信号，而 GTO导通后即可去除触发信号；GTO 的电流增益小于 GTR，且

13、无论开通还是关断，对触发信号电流的要求要高于GTR。 37.IGBT、 GTR、 GTO 和电力 MOSFET 的驱动电路各 有什么特点？ IGBT 驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻， IGBT 是电压型驱动器件， IGBT 的驱动多采用专用的混合型集成驱动器。 GTR 驱动电路的特点：开通和关断时，驱动电路提供的驱动电流前沿陡峭并采用强触发。为电流驱动器件。 GTO 驱动电路的特点： GTO 要求其驱动电流的前沿应该有足够的陡度和强触发，在导通期间要加正门极电流，触发电流脉冲的要求要高于 GTR。 电力 MOSFET 的驱动电路的特点：要求驱动电路输入电阻小，驱动功率小且电路简单

14、。 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。 全控器件缓冲电路主要是抑制器件的内因过电压 dtdidt /du 和过电流 ，减小器件的关断损耗。 RCD 的器件，在 V开通时， sC 通过 sR 放电， sR 的作用是限制放电电流的大小，关断时，负载电流经 sVD 从 sC 分流，使 dtdu/ 减小，抑制过电压。 39.试说明 IGBT、 GTR、 GTO 和电力 MOSFET 各自的优缺点。 器件 优点 缺点 IGBT 电压驱动，驱动功率小；开关速度快，开关损耗小；输入阻抗高，耐脉冲电压冲击 开关速度低于电力MOSFET，电流容量低于GTO GT

15、R 耐压高、电流大 开关速度低，电流驱动，所需驱动功率大，开关频率低，二次击穿问题 GTO 适用于大功率场合，具有电导调制效应使通流能力强 电流增益小，开关速度低，驱动功率大 电力 MOSFET 开关速度高，驱动简单，功率小 适用于低于 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 ,其电压定额应选多大 ? 41.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，

16、 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。 44.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 ? 第 2 章 整流电路 填空题： 1.电阻负载的特点是 _，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

17、围是 _。 2.阻感负载的特点是 _，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 _ ，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 U2 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 _，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， 角移相范围为 _，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，可在主电路中直流输出侧串联一个 _。 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 时，晶闸管的

18、导通角 =_; 当控制角 小于不导电角 时，晶闸管的导通角=_。 5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与 _的波形基本相同，只是后者适用于 _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 _，使负载电流连续的条件为 _(U2为相电压有效值 )。 7.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差_，当它带阻感负载时， 的移相范围为 _。 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 _的相电压，而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是 _的相电压；这种电

19、路 角的移相范围是 _， ud波形连续得条件是 _。 9.对于三相半波可控整流电路，换相重迭角的影响，将使用输出电压平均值_。 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 Ud _U2(U2 为相电压有效值 )。 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。 12.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 _，当 从90 180

20、变化时，整流输出的电压 ud 的谐波幅值随 的增大而 _。 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 ，交流侧电流中所含次谐波次数为 _，其整流输出电压中所含的谐波次数为 _。 14.带平衡电抗器的双反星形可控整流电路适用于 _的场合 ，当它带电感负载时，移相范围是 _，带电阻负载时，移相范围是 _；如果不接平衡电抗器，则每管最大的导通角为 _，每管的平均电流为_Id 。 15.多重化整流电路可以 提高 _，其中移相多重联结有 _和_两大类。 16.逆变电路中，当交流侧和电网连结时，这种电路称为

21、_，欲实现有源逆变，只能采用 _电路 ，当控制角 0时，电路工作在_状态； 时，电路工作在 _状态。 17.在整流电路中，能够实现有源逆变的有 _、 _等（可控整流电路均可），其工作在有源逆变状态的条件是 _和 _。 18.晶闸管直流电动机系统工作于整流状态，当电流连续时，电动机的机械特性为一组 _，当电流断续时，电动机的理想空载转速将 _，随 的增加，进入断续区的电流 _。 19.直流可逆电力拖动系统中电动机可以实现四象限运行，当其处于第一象限时，电动机作 _运行，电动机 _转，正组桥工作在 _状态；当其处于第四象限时，电动机做 _运行，电动机 _转， _组桥工作在逆变状态。 20.大、中功

22、率的变流器 广泛应用的是 _触发电路，同步信号为锯齿波的触发电路，可分为三个基本环节，即 _、 _和 _。 简答题： 21.如题图 2-21所示的单相桥 式半控整流电路中可能发生失控现象，何 为失 控，怎样抑制失控？ 22.单相全波可控整流电路与单相桥式全控整流电路从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的，那么二者是否有区别呢？ 23.三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其向量如题 图 2-23 所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增加 10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？ 24.三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接

23、法， a、 b 两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？ 25.有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是 ，那么共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，例如都是 a 相，在相位上差多少度？ 26.题图 2-26 为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直 流磁化问题吗？试说明： 晶闸管承受的最大反向电压为 2 ； 当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。 27.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压 ud 波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而

24、短路，其它晶闸管受什么影响？ 28.单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流 电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？ 29.三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是 D， y-5，采用 NPN 锯齿波触发器，并附有滞后 30的 R-C 滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。 30.单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？ 31.三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧 电流中含有哪些

25、次数的谐波？其中主要的是哪几次？ 32.变压器漏感对整流电路有何影响？ 33.无功功率和谐波对公用电网分别有那些危害？ 34.单相桥式不可控整流带电容滤波电路和三相桥式不可控整流带电感电路，它们交流侧谐波组成有什么规律？ 35.整流电路的输出电压和电流是周期性的非正弦波，试以 为例，分析此时整流电压、电流中的谐波关系。 36.12 脉波、 24 脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐波？ 37.带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相 桥式全控整流电路相比有何主要异同？ 38.整流电路多重化的主要目的是什么？ 39.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？ 40.什么是逆变

26、失败？如何防止逆变失败？ 计算题： 41.晶闸管通态平均电流 IT=100A，当流过晶闸管的实际电流如题图 2-41 所示 , 求允许平均电流 Id 的值 (不考虑环境温度与安全裕量 )? 42.单相半波可控整流电路对电感负载供电， L 20mH， U2 100V，求当 0和 60时的负载电流 Id，并画出 ud 与 id 波形。 43.单相桥式全控整流电路 ， U2 100V，负载中 R 2， L 值极大，当 30时，要求： 作出 ud、 id、和 i2 的波形； 求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次电流有效值I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 44.单相桥式

27、半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。 45.单相桥式全控整流电路， U2=100V，负载中 R=2， L 值极大，反电势 E=60V，当 =30时，要求： 作出 ud、 id 和 i2 的波形； 求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值 I2； 考虑安 全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 46.单相桥式全控整流电路带电阻负载工作，设交流电压有效值 U2 220V，控制角 rad,负载电阻 Rd 5W,试求：（ 1）输出电压的平均值 Ud ；（ 2）输出电流有效值 I。 47.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作，设交流电压有效值 U2 400

28、V，负载电阻Rd 10W, 控制角 rad, 试求：（ 1）输出电压平均值 Ud；（ 2）输出电流平均值 Id。 48.晶闸管串联的单相半控桥（桥中 VT1、 VT2为晶闸管，电路如题图 2-48所示， U2=100V，电阻电感负载， R=2， L 值很大，当 =60时求流过器件电流的有效值，并作出 ud、 id、 iVT、iD的波形。 49.在三相半波整流电路中，如果 a 相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压 ud 的波形。 50.三相半波可控整流电路， U2=100V，带电阻电感负载， R=5， L 值极大，当 =60时，要求： 画出 ud、 id 和 iVT1 的波

29、形； 计算 Ud、 Id、 IdT 和 IVT。 51.三相桥式全控整流电路， U2=100V，带电阻电感负载， R=5， L 值极大， 当 =60时，要求： 画出 ud、 id 和 iVT1 的波形； 计算 Ud、 Id、 IdT 和 IVT。 52.单相全控桥，反电动势阻感负载， R=1， L=， E=40V， U2=100V， LB=0.5mH，当=60时求 Ud、 Id 与 的数值，并画出整流电压 ud 的波形。 53.三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载， U2=100V， R=1， L=， LB=1mH ，求当 =30时、 E=50V 时 Ud、 Id、 的值并作出 ud 与 i

30、VT1 和 iVT2 的波形。 54.三相桥式不可控整流电路，阻感负载， R=5， L=， U2=220V， XB=0.3，求 Ud、Id、 IVD、 I2 和 的值并作出 ud、 iVD 和 i2 的波形。 55.三相全控桥，反电动势阻感负载， E=200V， R=1， L=， U2=220V， =60，当 LB=0和 LB=1mH 情况下分别求 Ud、 Id 的值，后者还应求 并分别作出 ud 与 iT 的波形。 56.试计算第 43 题中 i2 的 3、 5、 7 次谐波分量的有效值 I23、 I25、 I27。 57.试计算第 51 题中 i2 的 5、 7 次谐波分量的有效值 I25、 I27。 58.试分别计 算第 43 题和第 51 题电路的输入功率因子。 59.三相全控桥变流器，反电动势阻感负载， R=1， L=， U2=220V， LB=1mH，当EM=-400V， =60时求 Ud、 Id 与 的值，此时送回电网的有功功率是多少？ 60.单相全控桥，反电动势阻感负载， R=1， L=， U2=100V， L=0.5mH，当 EM=-99V，=60时求 Ud、 Id 和 的值。 第 3章 直流斩波电路 填空题： 1.直流斩波电路完成得是直流到 _的变换。 2.直流斩波电路中最 基本的两种电路是 _和 _。 3.斩波电路有三种控制方式： _、 _和 _。