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②双极型:
基于PN结的电力二极管、晶闸管、GTR等。
③复合型:
IGBT等。
二.按驱动类型
①电压驱动型器件
单极型器件和复合型器件。
共同特点是:
输入阻抗高,所需驱动功率小,驱动电路简单,工作频率高。
②电流驱动型器件
双极型器件。
共同特点是:
具有电导调制效应,因而通态压降低,导通损耗小,但工作频率较低,所需驱动功率大,驱动电路也比较复杂。
三.按控制信号的波形
①电平控制型器件
电压驱动型器件和部分电流驱动型器件(如GTR)
②脉冲触发型器件
部分电流驱动型器件,如晶闸管。
4.解释“电力电子器件”并叙述其主要特征。
用于处理电能的主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件。
主要特征:
1所能处理电功率可以很大,其承受电压和电流的能力一般都远大于处理信息的电子器件。
2工作在开关状态。
3需要驱动电路(除不可控器件外),由信息电子电路来控制。
4自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件,一般都需要作散热设计。
5.解释:
电力电子器件的“通态损耗”、“断态损耗”、“开关损耗”、“开通损耗”、“关断损耗”。
“通态损耗”:
电力电子器件在导通稳态下自身的电能损耗。
损耗功率通常等于导通压降×
导通电流。
“断态损耗”:
电力电子器件在关断稳态下自身的电能损耗。
损耗功率通常等于承受的关断压降×
关断漏电流。
“开关损耗”:
电力电子器件在导通、关断转变的过渡过程期间自身的电能损耗。
包括“开通损耗”、“关断损耗”。
6.解释:
半控型器件、全控型器件、不可控器件(并举例器件名称)
半控型器件:
开通需要触发驱动,关断由其在主电路中承受的电压和电流决定。
如“晶闸管”。
全控型器件:
导通和关断都由驱动控制信号来进行控制。
如IGBT和PowerMOSFET。
不可控器件:
不能用控制信号来控制其通断。
如电力二极管。
7.如图示的二极管伏安特性曲线,示意性地在坐标轴上标注二极管的“反向击穿电压”、“门槛电压UTO”、“正向导通电流IF”及其对应的“正向压降UF”、“反向漏电流”。
答案:
8.如图示的电力二极管关断的动态过程波形。
问:
反向恢复时间trr=?
反向恢复时间trr=t2-t0
9.如图所示晶闸管结构电路模型。
解释驱动电路注入控制极电流Ig晶闸管导通后,撤除驱动信号晶闸管仍然保持导通(门极失去控制作用)的原因。
驱动电路注入控制基极电流Ig后,由于电源EA和结构形成的电流Ic1的正反馈作用,停止驱动电流Ig后,仍保持继续导通。
10.叙述晶闸管从关断转为导通和从导通转为关断的条件。
从关断转为导通的条件:
晶闸管承受正向电压,门极有触发电流。
从导通转为关断的条件:
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以下。
11.解释:
晶闸管参数“通态平均电流IT(AV)”的含义。
晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下,稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
12.已知正弦半波电流波形f(ωt)的函数为:
0≤ωt<π:
f(ωt)=Imsinωt;
π≤ωt<2π:
f(ωt)=0
写出该电流的平均值、有效值的计算表达式。
13.图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,电流最大值均为Im,试计算该电流平均值Id电流有效值I
电流的平均值:
电流的有效值:
14.图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,电流最大值均为Im,试计算该电流平均值Id电流有效值I
15.绘出晶闸管、N沟道MOS管、N沟道MOS管、GTR管、IGBT管的电路图符号。
第三章整流电路
可控整流电路,重点掌握:
电力电子电路作为分段线性电路进行分析的基本思想、单相全控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响。
电容滤波的不可控整流电路的工作情况,重点了解其工作特点。
16.绘制出阻感负载的单相半波可控整流电路。
含变压器和续流二极管。
17.绘出电阻负载的三相桥式不控整流电路(含变压器和器件编号)。
第四章逆变电路
逆变电路分类方法:
本章主要采用按直流侧电源性质分类的方法,分为电压型和电流型两类。
将电压型和电流型的概念用于整流电路,负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路,电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路。
逆变电路的控制方法:
绝大部分逆变电路都是PWM控制的,逆变电路的直流电源往往由整流电路而来,二都结合构成“间接交流变流电路”。
间接直流变流电路大量用于开关电源,其中的核心电路仍是逆变电路。
18.绘出阻感负载的单相电压型全桥逆变基本电路图。
19.如下图的带阻感负载的单相桥式逆变电及其和输出电压电流波形。
简述四只开关如何实现直-交逆变的工作原理及其如何改变输出频率。
对角两组开关交替性的导通、关断切换。
实现正半周输出:
当S1、S4闭,S2、S3断。
实现负半周输出:
当S1、S4断,S2、S3闭。
改变输出交流电的频率:
改变两组开关的切换频率。
第五章直流变直流电路
直流-直流变流电路(DC/DCConverter)包括“直接直流变流电路”和“间接直流变流电路”。
直接直流变流电路:
也称斩波电路,是输入与输出之间无隔离的直接DC/DC变换。
包括多种基本斩波电路,其中最基本的是“降压斩波电路”和“升压斩波电路两种”。
间接直流变换电路:
在直流变流电路中增加了交流环节,交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离,因此也称为“直-交-直”电路。
间接直流变换电路可以分为单端和双端电路两大类,单端电路包括正激和反激两类,双端电路包括全桥、半桥和推挽三类,每一类电路都可能有多种不同的拓扑形式或控制方法。
20.试分析如下图所示降压斩波电路(buck变换电路)的工作机理,并解释“脉冲宽度调制(PWM)”实现降压斩波的原理。
工作机理:
V按一定的频率和导通时长,周期性导通和关断。
V导通期间:
电源E向负载供电,输出的负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升。
V关断期间:
二极管VD续流,输出的负载电压uo近似为零,负载电流呈指数曲线下降。
脉冲宽度调制(PWM)实现降压斩波的原理:
占空比α:
α=ton/T,其中ton为开关管V导通时长,T为开关周期(V导通时长+关断时长)。
在本题降压斩波电路中,输出的负载电压平均值为:
占空比α的取值范围是:
0≤α<1,可见改变占空比α即可实现降压控制要求。
21.如下图所示:
变压器T上缠绕了三只线圈L1、L2、L3。
在图上标出三只线圈的同名端。
第六章交流变交流电路
交流-交流变流电路:
把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电路。
“形式”指电压(变压)、频率(变频)、相数等的改变。
交流-交流变换电路可以分为直接方式(即无中间直流环节,AC-AC)和间接方式(有中间直流环节,AC-DC-AC)两种。
“直接方式”的“交流-交流电路”包括:
1交流调压电路:
控制方法:
相位控制,即:
在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制,调节输出电压有效值的电路。
2通断控制的交流调功电路:
以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断,改变通态周期数和断态周期数的比,调节输出功率平均值的电路。
3交流电力电子开关:
串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。
4变频电路:
改变频率。
通常对输出电压、频率都可调控。
22.如下图所示的晶闸管单相交流调压电路和波形。
试分析其工作原理。
并说明的取值范围。
工作原理:
在交流电源u1的正半周和负半周,分别对VT1和VT2用相同的开通角进行控制。
改变的就可实现输出电压的改变。
的取值范围:
0≤α≤π。
23.如下图所示带阻感负载的“单相交-交变频电路”。
其中“P组”和“N组”是两套晶闸管三相桥式全控整流电路。
并说明为使负载电压uo波形接近正弦波的技术方法。
P组和N组两套全控整流电路交替轮流工作。
P组工作时,向负载输出电压uo的正半周,N组工作时,向负载输出电压uo的负半周。
两组工作的交替频率,就是输出交流电压的频率。
为使负载电压uo波形接近正弦波,可按正弦规律对角进行调制:
在P组输出的半个周期内,使α角度从90°
逐渐减小到0°
再逐渐增大到90°
。
在N组输出的半个周期内,同样使α从90°
第7章PWM控制技术
理解PWM控制的基本原理。
22.解释“面积等效原理”。
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。
23.如下图。
根据面积等效原理用等高的PWM脉冲序列等效正弦半波电压波形。
问PWM脉冲序列应满足哪些技术条件。
PWM脉冲序列应满足:
①PWM的脉冲个数等于将正弦半波的等分数。
②PWM脉冲和相应正弦波部分的中点重合。
③PWM脉冲面积与相应的正弦波部分面积相等。
第8章软开关技术
理解硬开关和软开关的概念。
了解软开关对电力电子装置的应用意义。
24.解释“硬开关”、“软开关”。
硬开关:
关断时开关电流非零,开通时开关电压非零。
软开关:
关断时开关电流为零(或“零电流关断”),开通时开关电压为零(或“零电压开通”)。
25.软开关对电力电子装置的应用意义?
软开关可使开关损耗和开关噪声大大下降,工作频率可以较大提高,有利于电力电子装置的轻小化和提高装置的电磁兼容指标。
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