第2章 电力电子器件概述 习题答案
电力电子课后习题作业讲解(DOC)
第二章 电力电子器件4. 图1-1中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图1-1 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πmI (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21I m 5. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35A ，I d1≈0.2717 I m1≈89.48A b) I m2≈6741.0I≈232.90A,I d2≈0.5434 I m2≈126.56A c) I m3=2 I = 314A, I d3=41I m3=78.5A6. 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 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
电力电子课后答案(整理版)
电力电子技术课后习题答案 第2章 电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：u AK >0且u GK >0。
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：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。
要使晶闸管由导通变为关断，可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. 图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πmI (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =2m I π2123+≈0.898 I m c) I d3=π21⎰2)(πωt d I m =0.25I mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =0.5I m4. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56c) I m3=2 I = 314, I d3=41I m3=78.55. 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 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
电力电子课后习题作业讲解
第二章 电力电子器件4. 图1-1中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图1-1 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21I m 5. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35A ， I d1≈0.2717 I m1≈89.48A b) I m2≈6741.0I≈232.90A, I d2≈0.5434 I m2≈126.56A c) I m3=2 I = 314A, I d3=41I m3=78.5A6. 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 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
电力电子习题答案
第2章电力电子器件与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才能使它具有耐受高电压和大电流的能力解：1. 电力二极管是垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，提高通流能力 2.电力二极管在P区和N区多了一层低掺杂区，可以承受很高的电压而不致被击穿；3.具有电导调制效应。
使晶闸管导通的条件是什么答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或者U AK >0且U GK>0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：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。
图2－27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im , 试计算各波形的电流平均值I d1,I d2,I d3与电流有效值I1，I2，I3解:a) Id1= Im I1==b) Id2== Im I2= Imc) Id3== Im I3== Im.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少这时,相应的电流最大值Im1,Im2,Im3各为多少解:额定电流I T(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知a) Im1=I/=, ≈≈89.48Ab) Im2=I/ = Id2= =c) Im3=2I=314 Id3= =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2α较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO 关断;2)GTO 导通时21αα+的更接近于l,普通晶闸管5.121≥+αα,而GTO 则为05.121≈+αα，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。
电力电子学课后答案第二章
电力电子学课后答案第二章2.1说明半导体PN结单向导电的基本原理和静态伏-安特性。
答案E 答：PN结一一半导体二极管在正向电压接法下（简称正偏），外加电压所产生的外电场与内电E E场.方向相反，因此PN结的内电场被削弱。
内电场 .所引起的多数载流子的漂移运动被削弱，多数载流子的扩散运动的阻力减小了，扩散运动超过了反方向的漂移运动。
大量的多数载流子能不断地扩散越过交界面，P区带正电的空穴向N区扩散，N区带负电的电子向P区扩散。
这些载流子在正向电压作用下形成二极管正向电流。
二极管导电时，其PN结等效正向电阻很小，管子两端正向电压降仅约1V左右（大电流硅半导体电力二极管超过IV，小电流硅二极管仅0.7V，锗二极管约0.3V）。
这时的二极管在电路中相当于一个处于导通状态（通态）的开关。
PN结一一半导体二极管E E在反向电压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场‘-七与原内电场匚；方向相同。
因此外电场使原内电场更增强。
多数载流子（P区的空穴和N区的电子）的扩散运动更难于进行。
这时只有受光、热激发而产生的少数载流子（P区的少数载流子电子和N区的少数载流子空穴）在电场力的作用下产生漂移运动。
因此反偏时二极管电流极小。
在一定的温度下，二极管反向电流 '在一定的反向电压范围内不随反向电压的升高而增大，为反向饱和电流I。
因此半导体PN结呈现出单向导电性。
其静态伏一安特性曲线如左图曲线①所示。
但实际二极管静态伏一安特性为左图的曲线②。
二V极管正向导电时必须外加电压超过一定的门坎电压:;（又称死区电压），当外加电压小于死区电压时，外电场还不足以削弱PN结内电场，因此正向电流几乎为零。
硅二极管的门坎电压约为0.5V，V锗二极管约为0.2V，当外加电压大于P后内电场被大大削弱，电流才会迅速上升。
二极管外加反V V I 向电压时仅在当外加反向电压三不超过某一临界击穿电压值二一:时才会使反向电流一：保持为L L V ¥反向饱和电流。
电力电子技术第2章习题_答案解析
班级姓名学号第2/9章电力电子器件课后复习题第1部分：填空题1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。
3. 电力电子器件一般工作在开关状态。
4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。
5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件和全控型器件。
6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。
7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。
8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。
9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。
其反向恢复时间较长，一般在5μs以上。
10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。
11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。
12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。
要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。
13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时，一般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。
14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。
晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。
对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。
15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。
16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。
电力电子课后习题作业讲解(DOC)
第二章 电力电子器件4. 图1-1中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图1-1 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πmI (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21I m 5. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35A ，I d1≈0.2717 I m1≈89.48A b) I m2≈6741.0I≈232.90A,I d2≈0.5434 I m2≈126.56A c) I m3=2 I = 314A, I d3=41I m3=78.5A6. 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 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
电工电子学 第二章习题参考答案
（ 2 ） S 断 开 时 ， A1 的 读 数 为 14.25 A ， A2 的 读 数 为 4.75 A ；
iU = 2 ×14.25sin(314t − 36.87D ) A
2.4.7 C)
2.5.1 uo = 100 + 3.74 2 sin(2ωt −175.4D ) + 0.374 2 sin(4ωt −177.7D ) V
2.3.7 ω =1000 rad/s 时 ， Z =( 500-j1500) Ω =1581 ∠ − 71.6D Ω 、
i = 10.1 2 sin(1000t + 71.6D ) mA ；
ω =2000 rad/s 时，Z = 500 Ω 、 i = 32 2 sin 2000t mA ；
ω =3000rad/s 时 ， Z =( 500+j833.3)= 971.8∠59D Ω 、
2.4.5
•
IU
= 33.15∠15.14D
A
•
、I V
= 13.2∠ − 79.11D
A
•
、I W
= 13.2∠ −199.11D
A，
•
中线电流 I N = 22 A
2.4.6 （1）电流表 A1 的读数为 16.45 A ，电流表 A2 的读数为 9.5 A ；相量
图（略）； iU = 2 ×16.45sin(314t − 66.87D ) A
•
I
= 10∠
− 15D
A ，i = 10
2 sin(314t − 15D ) A
2.3.4
（1）iR
=
u R
= 2.2
2 sin 314t
A
iC = 0.69 2 sin(314t + 90D ) A
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第2章 电力电子器件概述 习题
第1部分：填空题
1. 电力电子器件是直接用于（主）电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担（电能的变换或控制任务） 的电路。
3.处理信息的电子器件一般工作于放大状态，而电力电子器件一般工作在（开关）状态。
4. 电力电子器件组成的系统，一般由（控制电路）、（驱动电路）、（保护电路）、（主电路）四部分组成。
5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：（半控型）、（全控型） 和（不控型）。
6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：（电流驱动型） 和（电压驱动型）
7. 电力二极管的主要类型有（普通二极管）、（ 快恢复二极管）、（肖特基二极管）。
8. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为（1K ）Hz 以下的整流电路。
其反向恢复时间较长，一般在(5us)以上。
9.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在(5us)以下。
10.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论（门极是否有触发电流），晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在（门极有触发电流）情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通，（门极）就失去控制作用。
要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流（降到接近于零的某一数值以下）。
11.晶闸管的派生器件有：（快速晶闸管）、（双向晶闸管）、（逆导晶闸管）、（光控晶闸管）。
12. 普通晶闸管关断时间（一般为数百微秒），快速晶闸管（一般为数十微秒），高频晶闸管（10us ）左右。
高频晶闸管的不足在于其（电压和电流定额）不易提高。
13.（双向晶闸管）可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。
14.逆导晶闸管是将（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。
15. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用（一定波长的光照信号）触发导通的晶闸管。
光触发保证了主电路与控制电路之间的（绝缘），且可避免电磁干扰的影响。
常应用在（高压大功率）的场合。
16. GTO 的开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极（施加负的脉冲电流）使其关断。
17. GTR 导通的条件是：（0CE u >） 且（ 0B i > ）。
18.电力MOSFET 导通的条件是：（0DS u >） 且（ 0GS u > ） 。
开关时间的大致范围是：（数十ns ～数百ns ）。
19.IGBT 是由 GTR 和 MOSFET 两类器件取长补短结合而成的复合器件。
20.IGBT 导通的条件是：（0CE u >）且（0GE u >）。
21.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（Power Diode ）,
属于半控型器件的是 (SCR),
属于全控型器件的是 (GTO,GTR,电力MOSFET,IGB),
在可控的器件中，容量最大的是(GTR),
工作频率最高的是（电力MOSFET ）,
属于电压驱动的是 (电力MOSFET,IGBT),
属于电流驱动的是 (GTO,GTR,SCR)。
第2部分：简答题
1.电力电子器件是如何定义和分类的？同处理信息的电子器件相比，它的特点是什么？ 答：按照能被控制的程度，分为三类：半控型，全控型，不可控。
按照驱动电路信号的性质，分为两类：电流驱动型，电压驱动型。
同处理信息的电子器件相比：（1）电力电子器件能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。
（2）电力电子器件一般都工作在开关状态。
（3）电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。
（4）电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。
2.画出下面电力电子器件的电气符号和伏安特性。
电力二极管，晶闸管，GTO ，GTR ，P.MOSFET ，IGBT
答：（略，详见教材）
3.从功率等级、开关速度和驱动难易度三个方面比较GTO ，GTR ，P.MOSFET ，IGBT 各自的优缺点，并说明其适用场合。
答：GTO 电流容量较大，可应用于兆瓦以上的大功率场合。
开关速度为几微秒到几十微秒，但对触发脉冲前沿的幅值和徒度要求高。
使其关断所施加的负电压，对幅值和陡度要求更高，幅值达阳极电流的1/3左右。
GTR 功率等级可达到：1400V ，数百A ，开关时间在几百ns 到几us 之间，所需驱动功率较大。
P 、MOSFET 电流容量小，一般只适用于功率不超过100KW 的电力电子装置，开关速
度数十ns到数百ns，驱动功率小。
IGBT功率等级可达到：2-3KV ，1-2KA ，开关速度us级，驱动功率小。
综上，GTO，GTR功率等级较高，但二者公共缺点是驱动功率大，驱动电路复杂，P、MOSFET开关速度快，驱动功率小，驱动电路简单，但功率等级低。
IGBT具备GTR和P、MOSFET的各自优点，但目前功率等级不及GTO。
所以GTO适用于大功率场合，P、MOSFET 用于小功率场合，其余居中。