电力电子技术第1章答案

电力电子技术第1章答案
1.晶闸管导通的条件是什么?关断的条件是什么?
答: 晶闸管导通的条件:
①应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。

②②应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压与电流。

晶闸管关断的条件:
要关断晶闸管,务必使其阳极电流减小到一定数值下列,或者在阳极与阴极加反向电压。

2.为什么要限制晶闸管的通态电流上升率?
答:由于晶闸管在导通瞬间,电流集中在门极邻近,随着时间的推移,导通区才逐步扩大,直到全部结面导通为止。

在刚导通时,假如电流上升di dt较大,会引起门极邻近过热,造成晶闸管损坏，因此电流上升率率/
应限制在通态电流临界上升率以内。

3.为什么要限制晶闸管的断态电压上升率？
答：晶闸管的PN结存在着结电容，在阻断状态下，当加在晶闸管上
du dt较大时，便会有较大的充电电流流过结电容，的正向电压上升率/
起到触发电流的作用，使晶闸管误导通。

因此，晶闸管的电压上升率应限制在断态电压临界上升率以内。

4.额定电流为100A 的晶闸管流过单相全波电流时，同意其最大平均电流是多少？
解：额定电流为100A 的晶闸管在不考虑安全裕量的情况下，同意的电流有效值为：
A I I 15710057.157.1T(AV)T =⨯==
晶闸管在流过全波电流的时候，其有效值与正弦交流幅值的关系为：
2d )sin (1m
02m T I t t I I ==⎰π
ωωπ
其平均值与与正弦交流幅值的关系为：
πωωππ
m
0m d 2d sin 1I t t I I ==⎰
则波形系数为：
11.12
2d T f ===πI I K 则晶闸管在流过全波电流的时候，其平均值为：
A K I I 1.14111
.1157f T d === 因此，额定电流为100A 的晶闸管流过单相全波电流时，同意其最大平均电流是141.4A 。

5.晶闸管中通过的电流波形如下图所示，求晶闸管电流的有效值、平均值、波形系数及晶闸管额定电流。

解：晶闸管电流的有效值为
A I t I I 5.1153
2003d 21m
3
202m T ====⎰πωπ 晶闸管电流的平均值为
A I t I I 7.663
2003d 21m 3
20m d ====⎰πωπ 波形系数为
732.17
.665.115d T f ===I I K 晶闸管的额定电流为
A I I 120)2~5.1(57
.1T T(AV)=⨯=
6.比较GTO 与晶闸管的开通与关断，说明其不一致之处。

答：GTO 与晶闸管开通过程的不一致之处：
GTO 与晶闸管最大区别就是导通后回路增益12αα+数值不一致，晶闸管的回路增益12αα+常为1.15左右，而GTO 得12αα+略大于1（其
中1α与2α分别为112P N P 与122N P N 的共基极电流放大倍数，1α比2α小）。

GTO 与晶闸管关断过程的不一致之处：
GTO 处于临界饱与状态时用抽走阳极电流的方法破坏临界饱与状态，能使器件关断，又GTO 得门极与阴极是多元并联结构，故也能从门极抽走更大的电流使GTO 关断。

而晶闸管导通之后处于深度饱与状态，用抽走阳极电流的方法不能使其关断，它是通过使阳极电压减小到零或者反向的方法来关断的。

7.电力电子器件为何要设置缓冲电路？说明其作用。

有什么缓冲电路形式？
答：附加各类缓冲电路，不仅能降低浪涌电压、/du dt 与/di dt ，还能减少器件的开关损耗、避免器件损坏与抑制电磁干扰，提高电路
可靠性。

缓冲电路的作用是在电力电子器件开通与关断的过程中减缓其电流或者电压上升率，以降低电力电子器件的开关损耗与开关应力。

缓冲电路有耗能式缓冲电路与馈能式缓冲电路两种类型。

其中前者有5种缓冲电路形式：RC关断缓冲电路、RCD关断缓冲电路、母线汲取式缓冲电路、开通缓冲电路、复合缓冲电路。

8.简单说明大功率晶体管BJT与小功率晶体管作用有何不一致。

答：大功率晶体管耐压高，电流大，开关特性好，要紧工作在开关状态。

小功率晶体管用于信息处理，注重单管电流放大系数，线性度，频率响应与噪声与温漂等性能参数。

9.导致BJT二次击穿的因素有什么？可采取何种措施抑制二次击穿的出现？
答：二次击穿要紧是由于器件局部过热引起的，而热点的形成需要能量的积存，即需要一定的电压、电流与一定的时间。

因此集电极电压、电流、负载性质、导通脉冲宽度、基极电路的配置，与材料、工艺等因素都对二次击穿有一定的影响。

为防止BJT二次击穿，尽量避免使用电抗成分过大的负载，并合理选择工作点及工作状态，使之不超过BJT的安全工作区。

10.VDMOS结构会发生二次击穿吗？为什么？
答：VDMOS结构不可能发生二次击穿.由于它是使用垂直导电的双扩散MOS结构,利用两次扩散形成的P型区与N+型区,在硅片表面处的结深之差形成沟道,电流在沟道内沿表面流淌,然后垂直被漏极接收,具有正温度系数，故没有热点反馈引起的二次击穿,输入阻抗高,跨导的线性度好与工作频率高。

11.功率MOSFET是电压操纵器件，是否需要栅极驱动电流？答：功率MOSFET是电压操纵器件，不需要栅极驱动电流。

但由于有栅源电容，还是需要很小的一点电流的。

12.功率MOSFET静电保护措施有什么？
答：功率MOSFET可采取3个方面的静电保护措施：
①应存放在防静电包装袋、导电材料包装袋或者金属容器中，不能放在塑料袋或者纸袋中。

取用器件时应拿器件管壳，而不要拿引线。

②将开关管接入电路时，工作台与烙铁都务必良好接地，焊接时电烙铁功率应不超过25W，最好是用内热式烙铁，先焊漏极与源极或者集电极与发射极，最好使用12～24V的低电压烙铁，且前端作为接地点。

③在测试开关管时，测量仪器与工作台都务必良好接地，并尽量减少相同仪器的使用次数与使用时间，开关管的3个电极未全部接入测试仪器或者电路前，不要施加电压，改换测试范围时，
电压与电流都务必先恢复到零。

13.IGBT在何种情况下会出现擎住效应？使用中如何避免出现该效应？
答：由于IGBT是4层结构，体内存在一个寄生晶体管，在NPN 晶体管的基极与发射极之间存在一个体区短路电阻,P型区的横向空穴流过该电阻会产生一定压降,对J3结来说相当于一个正偏置电压,当输出集电极电流i c大到一定程度时,该正偏置电压使NPN晶体管导通,继而使NPN与PNP晶体管处于饱与状态,因此寄生晶闸管导通,栅极失去操纵作用,这就是所谓的擎住效应。

du dt与过大的过载电因此，IGBT在使用中,应注意防止过高的/
流。

14.晶闸管并联时，有几种引起电流不平衡的原因？如何抑制？
答：由于并联的各个晶闸管在导通状态时的伏安特性各不相同，却有相同的端电压，因而通过并联器件的电流是不等的。

为了使并联器件的电流均匀分配，除了选用特性比较一致的器件进行并联外，还可使用串联电阻法与串联电感等均流措施。

15．简述产生过电压的原因，对不一致的过电压分别采取什么样的保护措施？
答：引起过电压的原因：
（1）操作过电压。

由断路器的拉闸、合闸、变压器的通电、断电等经常性操作中的电磁过程引起的过电压。

（2）浪涌过电压。

由雷击等偶然原因引起，从电网进入变换器的过电压，其幅值远远高于工作电压。

（3）电力电子器件关断过电压。

电力电子器件关断时，由于回路电感在电力电子器件上产生的过电压。

（4）过电压与过电流保护动作引起的过电压。

某处过电流过电压动作时所产生的电路的过电流过电压抑制过程，可能引
起电路其他部分产生过电流过电压。

（5）泵升过电压。

在电力电子变换器—电动机调速系统中，由于电动机回馈制动造成直流侧过电压。

对不一致的过电压可采取的保护措施有：
（1）雷击过电压可在变压器初级接避雷器加以保护。

（2）二次电压很高或者变压比很大的变压器，一次侧合闸时，由于一次、二次绕组间存在分布电容，高电压可能通过分
布电容耦合到二次侧而出现瞬时过电压。

对此可采取变压
器附加屏蔽层接地或者变压器星形中点通过电容接地的方
法来减小电压。

（3）阻容保护电路是变换器中用得最多的过电压保护措施。

（4）泵升电压应该使用泄放回路或者者将能量回馈电网。

16．简述产生过电流的原因，对不一致的过电流分别采取什么样的保
护措施？
答：产生过电流的原因：
（1）外部出现负载过大、交流电源电压过高或者过低、缺相时引起的过电流。

（2）电力电子变换器内部某一器件击穿或者短路、线路绝缘老化失效、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或者逆变失败引
起的过电流。

（3）操纵线路、触发电路、驱动电路的故障或者干扰信号的侵入引起的误动作引起的过电流。

（4）配线等人为的错误引起的过电流。

对不一致的过电流可采取的保护措施有：
（1）交流进线电抗器。

加入进线电抗器或者使用漏抗大的整流变压器，利用电感限制短路电流。

（2）电流检测装置与直流过流继电器。

在交流侧设置电流检测装置，利用过电流信号操纵触发电路，使触发脉冲后
移或者使晶闸管关断，使输出直流电压下降，从而抑制
过电流。

加过流继电器也能实现过流保护，但动作时间
大约200ms，不能有效地保护电力电子器件。

（3）快速熔断器。

它是防止变换器过电流损坏的最后一道防线。

（4）直流快速开关。

它的动作时间只有2ms,在直流侧过电流时，它可先于快速熔断器动作而达到保护电力电子器件
的目的。

17.阐述不一致过电流保护的动作时序。

答：①交流进线电抗器。

加入进线电抗器或者使用漏抗大的整流变压器，利用电感限制短路电流。

②电流检测装置与直流过流继电器。

在交流侧设置电流检测装置，
利用过电流信号操纵触发电路，使触发脉冲后移或者使晶闸管关断，使输出直流电压下降，从而抑制过电流。

③直流快速开关。

它的动作时间只有2ms,在直流侧过电流时，它
可先于快速熔断器动作而达到保护电力电子器件的目的。

④快速熔断器。

它是防止变换器过电流损坏的最后一道防线。