电力电子技术习题解答

电力电子技术

习题解答

教材：《电力电子技术》，尹常永田卫华主编

第一章 电力电子器件

1-1晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由哪些因素决定？

答：当晶闸管承受正向电压且在门极有触发电流时晶闸管才能导通；导通后流过晶闸管的电流由电源和负载决定；

1-2维持晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？

答：晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极出发信号是否还存在，晶闸管都保持导通，只需保持阳极电流在维持电流以上；但若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，则晶闸管关断。

1-3型号为KP100—3，维持电流IH = 4mA 晶闸管使用在图1-32的各电路中是否合理,为什么？(暂不考虑电压、电流裕量)

答：（a ）因为100250A H V I mA I k ==<Ω，所以不合理。

（b ）因为2002010A V I A =

=Ω，KP100 的电流额定值为 100Ａ，裕量达５倍，太大了，所以不合理。

（c ）因为1501501A V I A ==Ω，小于额定电流有效值1.57⨯100=157A ，晶闸管承受的电压150V ，小于晶闸管的而定电压300V ，在不考虑电流、电压裕量的前提下，可以正常工作，所以合理。

1-4晶闸管阻断时，其承受的电压大小决定于什么？

答：晶闸管阻断时,其可能承受的电压大小决定于制造工艺，也就是取决于基板的厚度、基板宽度、电击所掺的杂质的量大小。

1-5某元件测得V U DRM 840=，V U RRM 980=，试确定此元件的额定电压是多少，属于哪个电压等级？

答：根据将DRM U 和RRM U 中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，将两者较小的840V 按教材表取整得800V ，该晶闸管的额定电压为8级（800V ）。

1-6图1-10中的阴影部分表示流过晶闸管的电流的波形，各波形的峰值均为Im ，试计算各波形的平均值与有效值各为多少？若晶闸管的额定通态平均电流为100A ，问

晶闸管在这些波形情况下允许流过的平均电流I dT 为多少？

答：

01sin ()2x m d m I I I td t ωωππ=

=⎰

，2m I I == 1.572d I K I π=== , 1.57100157dt I A A =⨯=

1-7有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？

答：晶闸管的阳极加正向电压，门极加正向触发脉冲时，晶闸管被触发导通。此后阳极电流逐渐上升到擎住电流后，去掉触发脉冲，则管子继续导通，直到电流升到负载电流后，进入正常工作状态。如果阳极电流还没有升到擎住电流值就去掉门极脉冲，则晶闸管就不能继续导通而关断。

1-8单向正弦交流电源，其电压有效值为220V ，晶闸管和电阻串联相接，试计算晶闸管实际承受的正、反向电压最大值是多少？考虑晶闸管的安全裕量，其额定电压如何选取？

答：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

:220311.13V ≈，取晶闸管的安全裕量为2，则晶闸管额定电压不低于2311.13622V V ⨯≈。

1-9为什么要考虑断态电压上升率du/ dt 和通态电流上升率di/dt ？

答：限制元件正向电压上升率的原因是：在正向阻断状态下，反偏的J2结相当于一个结电容，如果阳极电压突然增大，便会有一充电电流流过J2结，相当于有触发电流。若du ／dt 过大，即充电电流过大，就会造成晶闸管的误导通。如果电流上升太快，则晶闸管刚一导通，便会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，造成J2结局部过热而出现“烧焦点”，从而使元件损坏。

1-10何谓单极型和双极型器件？

答：双极型器件是指器件内部参与导电的是电子和空穴两种载流子的半导体器件。单极型器件是指器件内只有一种载流子即多数载流子参与导电的半导体器件。 1-11双向晶闸管有哪几种触发方式？常用的是哪几种？

答：Ⅰ+触发方式：T1极为正，T2极为负；门极为正，T2极为负。Ⅰ-触发方式：T1极为正，T2极为负；门极为负，T2极为正。Ⅰ-触发方式：T1极为正，T2极为负；

门极为负，T2极为正。Ⅲ-触发方式：T1极为负，T2极为正；门极为负，T2极为正。触发方式常选（Ⅰ+、Ⅲ-）或（Ⅰ-、Ⅲ-）。

1-12试说明GTR、MOSFET、IGBT和GTO各自优点和缺点。

答：IGBT 开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小，开关速度低于电力MOSFET，电压、电流容量不及GTO。

GTR 耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题

GTO 电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强，电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低。

MOSFET 开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。

1-13 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和普通晶阐管同为PNPN结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益α1和α2，由普通晶阐管的分析可得，α1+α2=1是器件临界导通的条件。α1+α2>1两个等效晶体管过饱和而导通；α1+α2<1不能维持饱和导通而关断。GTO之所以能够自行关断，，而普通晶闸管不能，是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：l)GTO在设计时α2较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断; 2)GTO导通时α1+α2更接近于l，普通晶闸管α1+α2≥1.5，而GTO则为α1+α2≈1.5，GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件; 3)多元集成结构使每个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。

1-14某一双向晶闸管的额定电流为200A，问它可以代替两只反并联的额定电流为多少的普通型晶闸管？

答：100A。