电力电子技术期末习题和答案

电⼒电⼦技术期末习题和答案
第⼀章复习题
1.使晶闸管导通的条件是什么？
答：当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。

2．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：（1）维持晶闸管导通的条件是使晶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。

（2）若要使已导通的晶闸管关断，只能利⽤外加电压和外电路的作⽤使流过晶闸管的电流降到接近于零的某⼀数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

3.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：（1）GTO在设计时，a2较⼤，这样晶体管v2控制灵敏，易于GTO关断；
（2）GTO导通时a1+a2的更接近于1，普通晶闸管a1+a2≥1.5，⽽GTO则为约等于1.05，GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制提供了有利条件；
（3）多元集成结构每个GTO元阴极⾯积很⼩，门极和阴极间的距离⼤为缩短，使得p2极区所谓的横向电阻很⼩，从⽽使从门极抽出较⼤的电流成为可能。

4．如何防⽌电⼒MOSFET因静电感应引起的损坏？
答：（1）⼀般在不⽤时将其三个电极短接；
（2）装配时⼈体，⼯作台，电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必须接地；
（3）电路中，栅，源极间常并联齐纳⼆极管以防⽌电压过⾼。

（4）漏，源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。

5.IGBT,GTR,GTO和电⼒MOSFET的驱动电路各有什么特点？
答：IGBT驱动电路的特点是：驱动电路具有较⼩的输出电阻，IGBT是电压驱动型器件，IGBT 的驱动多采⽤专⽤的混合集成驱动器。

GTR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有⾜够陡的前沿，并有⼀定的过冲，这样可加速开通过程，减⼩开通损耗，关断时，驱动电路能提供幅值⾜够⼤的反向基极驱动电流，并加反偏截⽌电压，以加速关断速度。

GTO驱动电路的特点是：GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有⾜够的幅值和陡度，且⼀般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更⾼，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。

电⼒MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路具有较⼩的输⼊电阻，驱动功率⼩且电路简单。

6.全控型器件的缓冲电路的主要作⽤是什么？试分析RCD缓冲电路中各元件的作⽤。

答：全控型器件缓冲电路的主要作⽤是抑制器件的因过电压，du/dt或过电流和di/dt，减
⼩器件的开关损耗。

RCD缓冲电路中，各元件的作⽤是：开通时，Cs经Rs放电，Rs起到限制放电电流的作⽤；关断时，负载电流经VDs从Cs分流，使du/dt减⼩，抑制过电压。

7.试说明IGBT,GTR,GTO和电⼒MOSFET各⾃的优缺点。

（第7题答案）
1、请在正确的空格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。

2、晶闸管对触发脉冲的要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。

3、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。

4、在电⼒晶闸管电路中，常⽤的过电流保护措施有快速熔断器、串进线电抗器、接⼊直流快速开关、过电流继电器。

（写出四种即可）
5、晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常⽤的有普通晶闸管与门极可断晶闸管。

6、电⼒电⼦器件⼀般都⼯作在开关状态。

7、为了保证晶闸管可靠与迅速地关断，通常在管⼦阳极电压降为0之后，加⼀段时间反
向电压。

8、选⽤晶闸管的额定电压值应⽐实际⼯作时的最⼤电压⼤2-3 倍，使其有⼀定的电压裕量。

9、选⽤晶闸管的额定电流时，根据实际最⼤电流计算后⾄少还要乘以1.5-2 倍。

10、在螺栓式晶闸管上有螺栓的⼀端是阳极。

11、普通晶闸管的图形符号是：三个电极分别是阳极A 阴极K 和门极G 晶闸管的导通条件是承受正向电压，仅在门极有触发电流的情况下，关断条件利⽤外加电压和外电路的作⽤使流过晶闸管的电流降到接近于零的某⼀数值⼀下。

12、可关断晶闸管的图形符号是：电⼒场效应管的图形符号是：
绝缘栅双极晶体管的图形符号：电⼒晶体管的图形符号是：
13、绝缘栅双极晶体管是G作为栅极E作为发射极与集电极C复合⽽成。

14、1、双向晶闸管的图形符号是，三个电极分别是第⼀阳极T1，第⼆阳极T2和门极G；双向晶闸管的的触发⽅式
有 I+、 I-、III+、 III .。

15、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RC过电压抑制电路⽽对于能量较⼤的过电压还需要设置⾮线性电阻保护，⽬前常⽤的⽅法有雪崩⼆极管和⾦属氧化物压敏电阻。

16、在电⼒晶闸管电路中，常⽤的过电流保护措施有快速熔断器、串进线电抗器、接⼊直流快速开关、过电流继电器。

（写出四种即可）
17、给晶闸管阳极加上⼀定的正向电压在门极加上正向电压，并形成⾜够的门极电流，晶体管才能导通。

18、对变流电路实施过电压保护时，过电压保护⽤到的主要原件有：电阻、电容、⼆极管、电感。

第⼆章复习题
1、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不同？
答：双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相⽐，在采⽤相同晶闸管的条件下，双反星形电路的输出电流可⼤⼀倍。

2、指出造成逆变失败的⼏种主要原因？
答：（1）触发电路⼯作不可靠，不能适时、准确地给各晶体管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相，使交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。

（2）晶闸管发⽣故障，在应该阻断期间，器件失去阻断能⼒，或在应该导通期间，器件不能导通，造成逆变失败。

（3）在逆变⼯作时，交流电源发⽣缺相或突然消失，由于直流电动势Em的存在，晶闸管仍可导通，此时交流器的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压，因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路。

（4）换相的裕量⾓不⾜，引起换相失败，应考虑变压器漏抗引起重叠⾓对逆变电路换相的影响。

3、实现有源逆变必须满⾜哪两个必不可少的条件？
答：（1）要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通⽅向⼀致，其值应⼤于变流电路直流侧的平均电压。

（2）要求晶闸管的控制⾓a＞π/2，使Ud为负值。

4、晶闸管触发的触发脉冲需要满⾜哪⼏项基本要求？
答：、A:触发信号应有⾜够的功率。

B：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。

C：触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相围必须满⾜电路要求。

5、实现正确触发的同步定相的⽅法步骤有哪些？
答：A：根据不同触发电路与脉冲移相围的要求，确定同步信号电压us与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系。

B：根据整流变压器TS的接法与钟点数，以电⽹某线电压作参考⽮量，画出整流变压器⼆次侧也就是晶闸管阳极电压的⽮量。

再根据A确定同步信号U S与晶闸管阳极电压的相位关系，画出对应的同步相电压⽮量和同步线电压的⽮量。

C：根据同步变压器⼆次线电压⽮量位置，定出同步变压器TS的钟点数和接法。

只需把同步变压器⼆次电压Usu、Usv、Usw 分别接到VT1，VT3，VT5管的触发电路；Us(-U)、Us(-v)、Us(-w)分别接到VT4、VT6、VT2的触发电路，与主电路的各个符号完全对应，即能保证触发脉冲与主电路同步。

6、单相桥式半控整流电路，电阻性负载。

当控制⾓α=90o时，
画出：负载电压u d、晶闸管VT1电压u VT1、整流⼆极管VD2电压u VD2，在⼀周期的电压波形图
7、晶闸管对触发电路有哪些要求？
8、三相半波整流电路，将整流变压器的⼆次绕组均分为两段，每段的电动势相同，接成两折接法，其分段布置及⽮量图如图所⽰，问变压器铁⼼是否被直流磁化，为什么？
解：三相半波可控整流电路，当变压器⼆次绕组分成两组，按本题图⽰曲折接线，及⽮量图所⽰。

变压器⼆次绕组中，同⼀相的两个绕阻的电流，⽅向相反⼤⼩相等，因⽽形成的磁通，⽅向也相反、磁通量⼤⼩也会相等。

这样变压器铁⼼中就不会存在直流磁通，⾃然就不会被直流磁化了。

9、什么是逆变失败？逆变失败后有什么后果？形成的原因是什么？
解：逆变失败指的是：逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件末关断，该导通的器件末导通。

从⽽使逆变桥进⼊整流状态，造成两电源顺向联接，形成短路。

逆变失败后果是严重的，会在逆变桥与逆变电源之间产⽣强⼤的环流，损坏开关器件。

产⽣逆变失败的原因：⼀是逆变⾓太⼩；⼆是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等。

10、实现有源逆变必须满⾜哪些必不可少的条件？（6分）
答1、实现有源逆变必须外接⼀直流电源，其⽅向与晶闸管电流⽅向相同，其数值要稍⼤于逆变桥电压，才能提供逆变能量。

另外变流器必须⼯作在β<90o，（α>90o）区域，使U d<0，才能把直流功率逆变为交流功率返送电⽹。

11、根据对输出电压平均值进⾏控制的⽅法不同，直流斩波电路可有哪三种控制⽅式？并简述其控制原理。

答：第⼀种调制⽅式为：保持开关周期不变，改变开关导通时间t on称为脉宽调制。

简称“PWM”调制。

第⼆种调制⽅式为：保持开关导通时间t on不变，改变开关周期，称为频率调制。

简称为“PFM”调制。

第三种调制⽅式为：同时改变周期T与导通时间t
on。

使占空⽐改变，称为混合调制。

12、对直流斩波电路的控制⽅式通常有哪⼏种？画出不同控制⽅式的输出电压波形。