变频器原理与应用第3版习题及答案王廷才第1--3章.docx

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1、第1章习题1解答1.什么叫变频器？变频器有哪些应用？答：变频器是将固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的装置。变频器的应用主要有：在节能方面的应用。例如风机、泵类负载采用变频调速后，节电率可以达到20%60%；在提高工艺水平和产品质量方面的应用。例如变频调速应用于传送、起重、挤压和机床等各种机械设备控制领域；在自动化系统中的应用。例如，化纤工业中的卷绕、拉伸、计量、导丝；玻璃工业中的平板玻璃退火炉、玻璃窑搅拌、拉边机、制瓶机；电弧炉自动加料、配料系统以及电梯的智能控制等。2 .变频器的发展与哪些因素相关？答：变频器的发展与电力电子器件的发展直接相关，因为变频器的主电路不论

2、是交-直交变频或是交-交变频形式，都是采用电力电子器件作为开关器件；此外还与计算机技术和自动控制理论的发展紧密相关。3 .变频器按工作原理分为哪几类？答：按工作原理变频器分为：交-交变频器和交-直-交变频器两大类。4 .异步电动机变频调速的机理论是什么？答：三相交流电动机的同步转速(即定子旋转磁场转速)如可表示为601“0=P如果将电源频率调节为人，则同步转速也随之调节成-6nOx一P异步电动机变频后的转速“X的表达式为nx=h0(1-5)=l(1-5)这就是异步电动机变频调速的机理。5 .变频器的主要技术参数有哪些？答：变频器的主要技术参数：输入电压、输出电压、额定电流、输出容量、额定功率和

3、过载能力等。第2章习题2答案1.晶闸管的导通条件是什么？关断条件是什么？答：晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极A和阴极K间加正向电压，同时在它的门极G和阴极K间也加正向电压.要使导通的晶闸管的关断，必须将阳极电流/a降低到维持电流/h以下，上述正反馈无法维持，管子自然关断。维持电流/h是保持晶闸管导通的最小电流。2. 说明GTO的开通和关断原理。与普通晶闸管相比较有何不同？答：GTO开通过程与普通晶闸管相似，在GTO阳极A和阴极K间加正向电压，同时在它的门极G和阴极K间也加正向电压。关断过程是通过在GTO控制极施加关断脉冲（门极G和阴极K间也加负向电压）实现的。3. GTO有哪些主要参数？其中哪

4、些参数与普通晶闸管相同？哪些不同？答：GTO的多数参数与普通晶闸管相同，意义不同的参数有：（1）最大可关断阳极电流/TGQM（2）关断增益GOfr4. GTO为什么要设置缓冲电路？说明缓冲电路的工作原理。答：GTO关断时，抑制阳极电流下降过程中所产生的尖峰阳极电压/，以降低关断损耗，防止结温升高；抑制阳极电压的上升率dud,以免关断失败；GTO开通时，缓冲电容通过电阻向GTO放电，有助于所有GTO元达到擎住电流值。因此，缓冲电路不仅对GTO具有保护作用，而且对于GTO的可靠开通和关断也具有重要意义。以图2-13为例说明缓冲电路的工作原理。图中乐工为负载，VD为续流二极管，LA是GTO导通瞬间限

5、制ddt的电感。RiG和VDS组成了缓冲电路。GTO的阳极电路串联一定数值的电感来限制didb当门极控制关断时抑制阳极电流/a的下降，ddt在电感上感应的电压尖峰通过VDA和HA加以限制。当GTO开通瞬间，电容CS要通过阻尼电阻凡向GTO放电，若&小，则Ci放电电流峰值很高，可能超出GTO的承受能力。为此，增加了二极管VD,在GTo关断时，用VDs的通态内阻及Gn）关断过程中的内阻来阻尼LA和CS谐振。凡则用于GTO开通时，限制G放电电流峰值，并于GTO关断末期VDS反向恢复阻断时阻尼LA和G谐振。5. GTR的应用特点和选择方法是什么？答：GTR的热容量小，过载能力低，过载或短路产生的功耗可

6、能在若干徽秒的时间内使结温超过最大允许值而导致器件损坏。为此GTR的驱动电路既要及时准确地测得故障状态，又要快速自动实现保护，在故障状态下迅速地自动切除基极驱动信号，避免GTR损坏。保护类型包括抗饱和、退抗饱和、过流、过压、过热及脉宽限制等多方面。此外，驱动电路还得具有能在主电路故障后自动切断与主电路联系的自保护能力。6. P-MOSFET的应用特点和选择方法是什么？答：PTOSFET的栅极是绝缘的，属于电压控制器件，因而输入阻抗高，驱动功率小，电路简单。为了正确的控制P-MOSFET的开通和关断，对栅极驱动电路提出如下要求：1）触发脉冲的前后沿要陡峭，触发脉冲的电压幅值要高于器件的开启电压，

7、以保证P-MOSFET的可靠触发导通。2）开通时以低电阻对栅极电容充电，关断时为栅极电容提供低电阻放电回路，减小栅极电容的充放电时间常数，提高P-MOSFET的开关速度。3)P-M0SFET开关时所需的驱动电流为栅极电容的充放电流。P-MOSFET的极间电容越大，所需的驱动电流也越大。为了使开关波形具有足够的上升和下降陡度，驱动电流要具有较大的数值。7. 说明IGBT的结构组成特点。答：IGBT是一种新型免合器件。输入部分为M)SFET,输出部分为GTR,它综合了MOSFET和GTR的优点，具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大的优点。8. IGBT的应用特点和选择方法

8、是什么？答：IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。栅极施以正电压时，MOSFET内形成沟道，从而使IGBT导通。在栅极上施以负电压时，MOSFET内的沟道消失，IGBT即为关断。选用IGBT的参数时应注意：D集电极-发射极额定电压ESo2)栅极-发射极额定电压优ES，使用中不能超过该值。3)额定集电极电流无：该参数给出了IGBT在导通时能流过管子的持续最大电流。4)集电极-发射极饱和电压c(sat):此参数给出IGBT在正常饱和导通时集电极-发射极之间的电压降。5)开关频率。9. IGCT的特点是什么？答：(D缓冲层提高了器件的效率，降低了通态压降和开关损耗。同时，采用缓冲层还使单片GCT

9、与二极管的组合成为可能。(2)透明阳极采用透明阳极来代替阳极短路，可使GCT的触发电流比传统无缓冲层的GTO降低一个数量级。(3)逆导技术逆导GCT与二极管隔离区中因为有PNP结构,其中总有一个PN结反偏，从而阻断了GCT与二极管阳极间的电流流通。(4)门极驱动技术10. 智能功率模块IPM的应用特点有哪些？答：IPM内含驱动电路，可以按最佳的IGBT驱动条件进行设定；IPM内含过流(OC)保护、短路(SC)保护，使检测功耗小、灵敏、准确；IPM内含欠电压(UV)保护，当控制电源电压小于规定值时进行保护；IPM内含过热(OH)保护，可以防止IGBT和续流二极管过热，在IGBT内部的绝缘基板上设

10、有温度检测元件，结温过高时即输出报警(ALM)信号，该信号送给变频器的单片机，使系统显示故障信息并停止工作。IPM还内含制动电路，用户如有制动要求可另购选件，在外电路规定端子上接制动电阻，即可实现制动。第3章习题3解答1 .交-直-交变频器的主电路包括哪些组成部分？说明各部分的作用。答：交-直-交变频器主电路包括三个组成部分：整流电路、中间电路和逆变电路。整流电路的功能是将交流电转换为直流电；中间电路具有滤波电路或制动作用；逆变电路可将直流电转换为交流电。2 .不可控整流电路和可控整流电路的组成和原理有什么区别？答：不可控整流电路整流元件为二极管，不可控整流电路输出的直流电压不可调节；可控整流

11、电路的整流元件为晶闸管，利用晶闸管的可控导电性可使输出的直流电压大小可以调节。3 .中间电路有哪几种形式？说明各形式的功能。答：中间电路有滤波电路和制动电路两种形式。滤波电路是利用电容或电感的储能特性，将整流电路输出的直流电压或电流减少谐波分量趋于稳定；而制动电路一般由制动单元和制动电阻组成，可将电动机的再生能量返送电网或消耗掉，并产生制动作用，使电动机快速停车。4 .对电压型逆变器和电流型逆变器的特点进行比较。答：电压型逆变器是将整流电路产生的直流电压，通过电容进行滤波后供给逆变电路。由于采用大电容滤波，故输出电压波形比较平直，在理想情况下可以看成一个内阻为零的电压源，逆变电路输出的电压为矩

12、形波或阶梯波。电流型逆变器是将整流输出的直流电压采用大电感滤波，因此,直流电流波形比较平直，因而电源内阻很大，对负载来说基本上是一个电流源，逆变电路输出的交流电流是矩形波。5 .说明制动单元电路的原理。答：制动电路一般接于整流器和逆变器的P、N之间，图中的制动单元包括晶体管Vb、二极管VDB和制动电阻Rb。如果回馈能量较大或要求强制动，还可以选用接于P、R两点上的外接制动电阻Heb。当电动机制动时，能量经逆变器回馈到直流侧，使直流侧滤波电容上的电压升高，当该值超过设定值时，即自动给VB施加基极信号，使之导通，将Hb(Reb)与电容器并联，则存储于电容中的再生能量经HB(REB)消耗掉。6 .说

13、明图3T5所示全桥逆变电路的工作原理。答：全桥逆变器可看作两个半桥逆变电路的组合。电路原理如图3-15a所示。直流电压Ud接有大电容C使电源电压稳定。电路中的四个桥臂，桥臂1、4和桥臂2、3组成两对，工作时，设时刻之前VI、V4导通，负载上的电压极性为左正右负，负载电流i。由左向右。时刻给VI、V4关断信号，给V2、V3导通信号，则V、V4关断，但感性负载中的电流i。方向不能突变，于是VD2、VD3导通续流，负载两端电压的极性为右正左负。当“时刻降至零时，VD2、VD3截止，V2、V3导通，i0开始反向。同样在4时刻给V2、V3关断信号，给V、V4导通信号后，V2、V3关断，力方向不能突变，由VD1、VD4导通续流。“时刻io降至零时，VDi.VD4截止，Vi.V4导通，i。反向，如此反复循环，两对交替各导通180。其输出电压O和负载电流b见图3-15b所示。a）全桥逆变器b）工作波形图3T5全桥逆变器及工作波形7 .SPWM控制的原理是什么？为什么变频器多采用SPWM控制？答：SPWM控制技术就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波所需要的波形。变频器采用SPWM控制可使输出的SPWM波形，加至电感性的电动机绕组，经过滤波作用，使流过绕组的电流波形基本为正弦波，谐波成分大为减少。