电力电子技术1-3章模拟题

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电⼒电⼦技术1-3章模拟题
电⼒电⼦技术1-3章知识主线
1、电⼒电⼦技术就是使⽤电⼒电⼦器件对电能进⾏变换和控制的技术
2、电⼒电⼦器件的制造技术是电⼒电⼦技术的基础。

3、变流技术则是电⼒电⼦技术的核⼼
4、电⼒变换分为整流、逆变、直流变直流、交流变交流四种电路
5、开关器件的三种类型不可控型、半控型、全控型。

其中、第⼀种的代表型器件是
电⼒⼆极管(Power Diode)、第⼆种的代表型器件是晶闸管(Thyristor)、第三种的代表型器件是IGBT和Power MOSFET。

6、在通常情况下,电⼒电⼦器件功率损耗主要有_通态损耗、断态损耗、开关损耗_,通态损耗是
电⼒电⼦器件功率损耗的主要成因。

⽽当器件开关频率较⾼时,功率损耗主要为开关损耗。

7、⼆极管的基本原理——PN结的单向导电性
8、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
MOSFET, IGBT;属于单极型电⼒电⼦器件的有电⼒MOSFET ,

属于电流驱动的是。

9、⼈们利⽤PN结的反向特性研制成了稳压⼆极管。

10、1956年美国贝尔实验室(Bell Laboratories)发明了晶闸管,1957年美国通⽤电
⽓公司(General Electric)开发出了世界上第⼀只晶闸管产品,并于1958年使其商业化。

其承受的电压和电流容量仍然是⽬前电⼒电⼦器件中最⾼,⽽且⼯作可靠,因此在⼤容量的应⽤场合仍然具有⽐较重要的地位。

11、晶闸管有阳极A、阴极K和门极(控制端)G三个联接端。

内部是PNPN四层半
导体结构。

12、晶闸管导通的⼯作原理可以⽤双晶体管(三极管)模型
来解释,则晶闸管可以看作由PNP和NPN型构成的
V1、V2的组合。

如果外电路向门极G注⼊电流I G
(驱动电流),则I G注⼊晶体管V2的基极,即产⽣
集电极电流I C2,它构成晶体管V1的基极电流,
放⼤成集电极电流I C1,⼜进⼀步增⼤V2的基极电流,
如此形成强烈的正反馈,最后V1和V2进⼊完全饱和状态,即晶闸管导通。

13、如果注⼊触发电流使两个晶体管的发射极电流增⼤以致α1+α2趋近于1的话,流过晶闸管的电流I A(阳极电流)将趋近于⽆穷⼤,从⽽实现器件饱和导通。

14、晶闸管导通的条件:晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。

晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。

晶闸管导通后,控制极便失去作⽤。

依靠正反馈,晶闸管仍可维持导通状态。

15、晶闸管关断的条件:必须使可控硅阳极电流减⼩,直到正反馈效应不能维持。

I F
16、晶闸管的触发导通⽅式有门极触发、阳极电压升⾼⾄相当⾼的数值造成雪崩效应、阳极电压上升率d u/d t过⾼、结温较⾼、光触发,光触发由于可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘⽽应⽤于⾼压电⼒设备中之外,其它都因不易控制⽽难以应⽤于实践。

只有门极触发是最精确、迅速⽽可靠的控制⼿段。

17、如右图所⽰,如果正向电压超过临界极限即
正向转折电压U bo,则漏电流急剧增⼤,器件开通。

随着门极电流幅值的增⼤,正向转折电压降低,
晶闸管本⾝的压降很⼩,在1V左右。

18、如右图所⽰双向晶闸管(Triode AC Switch ——
TRIAC 或Bidirectional triode thyristor )的
a) 电⽓图形符号 b) 伏安特性可以认为是
⼀对反并联联接的普通晶闸管的集成。

双向
晶闸管通常⽤在交流电路中,因此不⽤平均值
⽽⽤有效值来表⽰其额定电流值。

19、逆导晶闸管(Reverse Conducting Thyristor ——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,不具有承受反向电压的能⼒,⼀旦
承受反向电压即开通。

20、光控晶闸管(Light Triggered Thyristor ——LTT 是利⽤⼀定波长的光照信号触发导通的晶闸管。

由于采⽤光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘,⽽且可以避免电磁⼲扰的影响,因此
光控晶闸管⽬前在⾼压⼤功率的场合。

21、门极可关断晶闸管(GTO) 是晶闸管的⼀种派⽣器件,但可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断,因⽽属于全控型器件。

是PNPN 四层半导体结构,是⼀种多元的功率集成器件,虽然外部同样引出各极,但内部则包含数⼗个甚⾄数百个共阳极的⼩GTO 单元,这些GTO 元的阴极和门极则在器件内部并联在⼀起。

22、V 1、V 2的共基极电流增益分别是α1、α2。

α1+α2=1是器件临界导通的条件,⼤于1⼩于1则关断。

GTO 与普通晶闸管的不同
设计α2较⼤,使晶体管V 2控制灵敏,易于
GTO 关断。

导通时α1+α2更接近1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。

23、GTO的导通过程与普通晶闸管是⼀样的,只不过导通时饱和程度较浅。

⽽关断时,给门极加负脉冲,即从门极抽出电流,当两个晶体管发射极电流I A和I K的减⼩
使α1+α2<1时,器件退出饱和⽽关断。

24、GTO的多元集成结构使得其⽐普通晶闸管开通过程更快,承受d i/d t的能⼒增强。

25、电⼒晶体管(Giant Transistor——GTR)按英⽂直译为巨型晶体管,是⼀种耐⾼电压、⼤电流的双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor——BJT),采⽤⾄少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构,并采⽤集成电路⼯艺将许多这种单元并联⽽成。

GTR 是由三层半导体(分别引出集电极、基极和发射极)形成的两个PN结(集电结和发射结)构成,多采⽤NPN结构。

26、电⼒场效应晶体管分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称电⼒MOSFET(Power MOSFET)。

电⼒MOSFET是⽤栅极电压来控制漏极电流的。

按导电沟道可分为P沟道和N沟道。

当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型。

对于N(P)沟道器件,栅极电压⼤于(⼩于)零时才存在导电沟道的称为增强型。

在电⼒MOSFET中,主要是N沟道增强型。

27、绝缘栅双极晶体管(Insulated-gateBipolar Transistor——IGBT或IGT
综合了GTR和MOSFET的优点、是三端器件,具有栅极G、集电极C
和发射极E。

简化等效电路表明,IGBT是⽤GTR与MOSFET组成的
达林顿结构,相当于⼀个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。

28、IGBT开通和关断是由栅极和发射极间的电压U GE决定的。

当U GE为正且⼤于开启电压U GE(th)时,MOSFET内形成沟道,并为晶体管提供基极电流进⽽使IGBT导通。

当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时,MOSFET内的沟道消失,晶体管的基极电流被切断,使得IGBT关断。

29、整流电路(Rectifier)是电⼒电⼦电路中出现最早的⼀种,它的作⽤是将交流电能
变为直流电能供给直流⽤电设备。

按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。

按电路结构可分为桥式电路和零式电路。

按交流输⼊相数分为单相电路和多相电路。

按变压器⼆次侧电流的⽅向是单向或双向,分为单拍电路和双拍电路。

30、电阻负载的特点是电压与电流成正⽐,两者波形相同。

阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作⽤,使得流过电感的电流不能发⽣突变。

31、单相半波可控整流电路中的触发⾓α的移相范围是0-180?、直流输出电压平均值为2
cos 145.02α+=U U d 、随着α增⼤,U d 减⼩、晶闸管承受的最⼤正反向电压均为u 2的峰值即。

32、通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压⼤⼩的⽅式称为相位控制⽅式,简称相控⽅式。

33、单相半波可控整流电路带电阻负载和带阻感负载相⽐,由于电感的存在延迟了VT 的关断时刻,使u d 波形出现负的部分,与带电阻负载时相⽐其平均值U d 下降。

34
、单相桥式全控整流电路中带电阻负载时,晶闸管承受的最⼤正向电压和反向电压
分别为和。

整流电压平均值为:=d U 2
cos 19.02α+U 、向负载输出的直流电流平均值为:R U I d d =2
cos 19.02α+R U 、α=0时,U d = U d0=0.9U 2。

α=180?时,U d =0。

可见,α⾓的移相范围为180?。

35、说明,单相桥式控整流电路中,变压器⼆次电流有效值与输出直流电流 36、单相桥式全控整流电路带阻感负载时,移相范围是当α=0时,U d0=0.9U 2。

α=90?时,
U d =0。

晶闸管移相范围为90?。

晶闸管承受的最⼤正反向电压均为。

晶闸管导通⾓θ与α⽆关,均为180?变压器⼆次侧电流i 2的波形为正负各180?的矩形波,其相位由α⾓决定,有效值I 2=I d 。

37、三相可控整流电路交流侧由三相电源供电,最基本的是三相半波可控整流电路,应⽤最为⼴泛的三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路、⼗⼆脉波可控
22U 222U 22U I I T 2
1=22U
整流电路。

38、三相半波可控整流电路为得到零线,变压器⼆次侧必须接成星形,⽽⼀次侧接成三⾓形,避免3次谐波流⼊电⽹。

39、三相半波可控整流电路将晶闸管换作⼆极管,三个⼆极管对应的相电压中哪⼀个的值最⼤,则该相所对应的⼆极管导通,并使另两相的⼆极管承受反压关断,输出整流电压即为该相的相电压。

在相电压的交点处,均出现了⼆极管换相,称这些交点为⾃然换相点。

将其作为α的起点,即α=0。

40、三相半波可控整流电路中三个晶闸管轮流导通120? ,u d 波形为三个相电压在正半周期的包络线。

晶闸管电压由⼀段管压降和两段线电压组成,随着α增⼤,晶闸管承受的电压中正的部分逐渐增多。

α=30? 负载电流处于连续和断续的临界状态,各相仍导电120?。

负载电流断续时,各晶闸管导通⾓⼩于120?。

41、三相半波可控整流电路,电阻负载时α⾓的移相范围为150?。

α≤30?时,负载电流连续,有=U αcos 17.1U ,晶闸管承受的最⼤反向电压为
变压器⼆次线电压峰值、晶闸管阳极与阴极间的最⼤
电压等于变压器⼆次相电压的峰值
42、三相半波可控整流电路,阻感负载时α的移相范围为90?。

、整流电压平均值。

43、三相桥式全控整流电路阴极连接在⼀起的3个晶闸管(VT 1,VT 3,VT 5)称为共阴极组;
阳极连接在⼀起的3个晶闸管(VT 4,VT 6,VT 2)
称为共阳极组。

晶闸管的导通顺序为
VT 1-VT 2-VT 3-VT 4-VT 5-VT 6。

带电阻负载时的⼯作情况各⾃然换相点既是相电压的交点,同时
也是线电压的交点。

αcos 17.12d U U =
44、三相桥式全控整流电路带阻感负载时,当α≤60?时u d波形均连续,对于电阻负载,
i d波形与u d波形的形状是⼀样的,也连续。

α=0?时,u d为线电压在正半周的包络线。

45、对于三相桥式全控整流电路,当α=0?,相当于⽤六个⼆极管替换六个晶闸管时,⽤哪⼀相的相电压最⼤,对应的共阴极组的晶闸管导通,哪⼀相的相电压最低,对应的共阳极组的晶闸管导通,构成回路。

除α=0?之外的所有情况,都要⽤下表进⾏分析。

123456
依次差60?。

共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120?,共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120?。

同⼀相的上下两个桥臂,即VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2,脉冲相差180?。

整流输出电压u d⼀周期脉动6次,每次脉动的波形都⼀样,故该电路为6脉波整流电路。

,带电阻负载时三相桥式全控整流电路α⾓的移相范围是120?,带阻感负载时,三相桥式全控整流电路的α⾓移相范围为90?。

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