变频器原理及应用 第二版王廷才 课后习题解答Word格式.docx

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2.为什么说电力电子器件是变频器技术发展的基础？

变频器的主电路不论是交-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。

因此，电力电子器件是变频器发展的基础。

3.为什么计算机技术和自动控制理论是变频器发展的支柱？

计算机技术使变频器的功能也从单一的变频调速功能发展为包含算术、逻辑运算及智能控制的综合功能；

自动控制理论的发展使变频器在改善压频比控制性能的同时，推出了能实现矢量控制、直接转矩控制、模糊控制和自适应控制等多种模式。

现代的变频器已经内置有参数辨识系统、PID调节器、PLC控制器和通讯单元等，根据需要可实现拖动不同负载、宽调速和伺服控制等多种应用。

4.变频调速发展的趋势如何？

①智能化；

②专门化；

③一体化；

④环保化.

5.按工作原理变频器分为哪些类型？

按用途变频器分为哪些类型？

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。

按用途变频器分为：

①通用变频器；

②专用变频器。

6.交-交变频器与交-直-交变频器在主电路的结构和原理有何区别？

交-交变频器的主电路只有一个变换环节，即把恒压恒频（CVCF）的交流电源转换为变压变频（VVVF）电源；

而交-直-交变频器的主电路是先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经逆变器将直流电变成频率和电压可调的交流电。

7.按控制方式变频器分为哪几种类型？

Vf控型变频器；

②转差频率控制变频器；

③矢量控制变频器；

④直接答：

按控制方式变频器分为：

①/转矩控制变频器。

．

第2章变频器常用电力电子器件

1.晶闸管的导通条件是什么？

关断条件是什么？

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间也加正答：

II以下，上述正反馈无法维持，管子降低到维持电流向电压。

要使导通的晶闸管的关断，必须将阳极电流HAI是保持晶闸管导通的最小电流。

自然关断。

维持电流H2.说明GTO的开通和关断原理。

与普通晶闸管相比较有何不同？

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？

其中哪些参数与普通晶闸管相同？

哪些不同？

GTO的多数参数与普通晶闸管相同，意义不同的参数有：

ＩG最大可关断阳极电流）关断增益（2

（1）offTGQM

4.GTO为什么要设置缓冲电路？

说明缓冲电路的工作原理。

Ｕ，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；

GTO关断时，pＵut，以免关断失败；

GTO开通时，缓冲电容通过电阻向dGTO／d抑制阳极电压放电，有助于所的上升率Ａk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。

RLLitRC和VD的电感。

组成了缓冲电是GTO导通瞬间限制d图中d、／为负载，VD为续流二极管，sAssLitＩidd当门极控制关断时抑制阳极电流／d的下降，，路。

GTO的阳极电路串联一定数值的电感来限制ＡAtLＵＲCR要通过阻尼电阻电容开通瞬间，加以限制。

当GTO／d在电感上感应的电压尖峰通过VD和ＡsApsARC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，在向GTO放电，若GTO小，则sssLCRC放电开通时，谐振。

限制则用于关断过程中的内阻来阻尼用ＶＤ关断时，的通态内阻及GTOGTO和ssssALC谐振。

和反向恢复阻断时阻尼电流峰值，并于GTO关断末期ＶＤssA5.GTR的应用特点和选择方法是什么？

GTR的热容量小，过载能力低，过载或短路产生的功耗可能在若干徽秒的时间内使结温超过最大允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GTR许值而导致器件损坏。

为此．

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？

P-MOSFET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，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-MOSFET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。

IGBT是一种新型复合器件。

输入部分为MOSFET，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是什么？

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：

UU，使用中不能超过该值。

-发射极额定电压发射极额定电压。

2）栅极1）集电极-GESCESI：

该参数给出了IGBT在导通时能流过管子的持续最大电流。

3）额定集电极电流C

U：

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。

4）集电极-发射极饱和电压EC（sat）5）开关频率。

9.IGCT的特点是什么？

（1）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。

GCT从而阻断了结反偏，PN其中总有一个结构，PNP与二极管隔离区中因为有GCT逆导逆导技术）3（．

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？

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章交-直-交变频技术

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。

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？

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。

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。

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。

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V、二极管VD和制动BBRR。

当电动机制动R两点上的外接制动电阻。

如果回馈能量较大或要求强制动，还可以选用接于P、电阻EBB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V施加BRRRR）消耗掉。

）与电容器并联，则存储于电容中的再生能量经基极信号，使之导通，将（（EBBEBB6.说明图3-15所示全桥逆变电路的工作原理。

UC，接有大电容答：

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dt时刻之前V、组成两对，工作时，设V导通，、4和桥臂2、3使电源电压稳定。

电路中的四个桥臂，桥臂1421it时刻给V、V关断信号，给V、V导通信号，则V负载上的电压极性为左正右负，负载电流、由左向右。

1241o23i方向不能突变，于是VD、VD关断，但感性负载中的电流V导通续流，负载两端电压的极性为右正左负。

32o4tiit时刻给V、V关断信号，给V、、VD截止，V、V导通，开始反向。

同样在当V时刻降至零时，VD41322o33o342iti降至零时，VD、VD截止，、VD导通续流。

时刻V、V导通信号后，、V关断，方向不能突变，由VD1143o5o412iui见图3-15b所示。

反向，如此反复循环，两对交替各导通180°

。

其输出电压导通，V和负载电流O4Oo

a）工作波形全桥逆变器b）

图3-15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。

第四章交-交变频技术

1.交-交变频技术具有什么特点？

主要应用是什么？

交-交变频就是把电网频率的交流电变换成可调频率的交流电，因为没有中间环节，能量转换效率较高，广泛应用于大功率的三相异步电动机和同步电动机的低速变频调速。

2.交-交变频的基本原理是怎样的？

所示。

4-1交变频器的原理框图如图-答：

单相交．

图4-1单相交-交变频器电路原理框