#《变频技术原理与应用第2版》习题解答Word下载.docx
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10Ω挡测量另外两个管脚的电阻值，应为数十欧到数百欧，但正反向电阻值不一样，阻值小时黑表笔所接的管脚为控制极G，另一管脚就是阴极K。
4.什么是GTO的电流关断增益？
最大可关断阳极电流IATO和门极负电流最大值IGM之比被称为电流关断增益。
一般βoff只有5左右。
βoff是GTO的一个重要参数，其值愈大，说明门极电流对阳极电流的控制能力愈强。
5.试说明GTR三种缓冲电路的特点？
RC缓冲电路较简单，它对关断时集电极-发射极间电压上升有抑制作用，适用于小容量的GTR（电流10A以下）。
R-C-VD缓冲电路增加了缓冲二极管VD2，可以用于大容量的GTR。
但缓冲电路的电阻较大，不适合用于高频开关电路。
阻止放电型R-C-VD缓冲电路，常用于大容量GTR和高频开关电路缓冲器。
最大的优点是缓冲产生的损耗小。
6.简述功率MOSFET的特性。
功率场效应管是用栅极电压来控制漏极电流的，因此同双极型晶体管相比，功率MOSFET具有两个显著的特点：
一个是驱动电路简单，驱动功率小；
另一个是开关速度快、工作频率高。
另外，其热稳定性也优于双极型晶体管。
7.功率MOSFET的保护技术有哪些？
栅源过压保护，漏源过压保护，峰值电流保护，有效值电流保护，过热保护和静电保护。
8.使用IGBT时，为什么要考虑过电流和过电压保护，一般过电压常采用的保护措施有哪些？
1）过电流保护。
若IGBT用于VVVF逆变器，当电动机启动时将产生突变电流，如果控制回路、驱动回路的配线欠合理，将会引起误动作，导致桥臂短路、输出短路等事故，使IGBT流过过电流。
其中，发生短路事故时，电流变化非常迅速，而且元件要承受极大的电压和电流，所以必须快速检测出过电流，在元件未被损坏之前，使其自动断开。
2）过电压保护。
IGBT关断时，由于主回路电流的急剧变化，由主回路杂散电感引起高压，产生开关浪涌电压。
可设置缓冲器抑制开关浪涌电压。
缓冲器内的缓冲器阻抗使IGBT在关断信号到来之前，将缓冲器电容所积蓄的电荷放净。
9.试述IPM的优越性。
①不易损坏；
②内藏相关的外围电路，缩短了产品设计和评价时间；
③不需要对功率开关元器件采取防静电措施；
④大大减少了元件数目，缩小了体积。
10.已知电源为220V交流，电动机功率为3.7kW，K1=150%，K2=120%，η=0.9，cosΦ=0.76，则电动机最大峰值电流IC为多少？
根据表2—12选择可用的IPM，其最小过流保护（OC）动作数值应满足多少？
IC==36.1（A）
根据表2—12，可选择用的最大峰值电流IC为36A，50A/600VIPM的最小过流保护（OC）动作数值应满足65A
第3章习题解答
1.什么是电压型和电流型逆变器？
各有何特点？
①电压型逆变器。
这种变频器由整流器和逆变器两部分组成，在逆变器的直流侧并联有大电容，用来缓冲无功功率。
由于大电容存在，使直流输出电压具有电压源的特性，内阻很小。
这样使逆变器的交流输出电压被钳位为矩形波，与负载性质无关。
②电流型逆变器。
这种变频器在直流电源上串联了大电感来进行滤波。
由于大电感的限流作用，为逆变器提供的直流电流波形平直、脉动很小，具有电流源特性，能有效地抑制故障电流的上升率，实现较理想的保护功能。
使逆变器输出的交流电流为矩形波，与负载性质无关，而输出的交流电压波形及相位随负载的变化而变化。
对于变频调速系统而言，这个大电感同时又是缓冲负载无功能量的储能元件。
2.串联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是什么？
试分析其换相过程。
串联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是使换相电容与负载隔离，防止电容充电电荷的损失。
如图3-16c所示。
VD3导通后，开始分流。
此时电流Id逐渐由VD1向VD3转移，iA逐渐减少，iB逐渐增加，当Id全部转移到VD3时，VD1关断。
3.什么是PAM？
PAM是一种利用改变电压源的电压或改变电流源的幅值来进行输出控制的一种方式。
它在逆变器部分只控制频率，在交流器部分控制输出的电压或电流。
4.什么是软开关，什么是硬开关?
开关元件在零电压或零电流下进行开关状态转换，即软开关技术。
功率元件在大电流、高电压状态下的开关状态转换是硬开关技术。
5.试述谐振型变频器的应用意义。
谐振型变频是利用谐振原理使PWM逆变器的开关元件在零电压或零电流下进行开关状态转换，即软开关技术。
在谐振型变频中，由于各功率器件的开关损耗近似为零，有效地防止了电磁干扰，大大提高了器件的工作频率，且减少了装置的体积和重量。
第4章习题解答
1.什么是PWM？
PWM是脉宽调制技术的简称。
PWM控制方式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或所需要的波形。
也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波状，所获得的输出平滑且低次谐波少。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可以改变输出频率。
2.什么叫异步调制？
什么叫同步调制？
两者各有什么特点？
载波信号和调制信号不保持同步关系的调制方式称为异步调制方式。
在该调制方式中，调制信号频率fr变化时，通常保持载波频率fc固定不变，因而载波比N是变化的。
这样，在调制信号的半个周期内，输出脉冲的个数不固定，脉冲相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，同时，半周期内前后1／4周期的脉冲也不对称。
载波比N等于常数，并在变频时使载波信号和调制信号保持同步的调制方式称为同步调制方式。
在该调制方式中，调制信号频率变化时载波比N不变。
调制信号半个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。
3.SPWM的控制方式有几种？
SPWM的控制方式有三种：
一是采用模拟电路。
其优点是完成三角载波信号u△与正弦波参考信号uR的比较和确定脉冲宽度所用的时间非常短，几乎是瞬间完成的，不像数字电路采用软件计算，需要一定的时间。
但缺点是所用硬件比较多，而且不够灵活，改变参数和调试比较麻烦。
二是采用数字电路。
它可使用以软件为基础的控制模式。
优点是：
所用硬件较少，灵活性好，智能性强。
缺点是：
需要通过计算来确定SPWM的脉冲宽度，有一定的延时和响应时间。
但随着科技的发展，采用微机控制的数字化SPWM技术已占居了主导地位。
三是采用模拟与数字电路相结合的控制方式。
4.什么是SPWM波形的规则取样法？
与自然取样法相比，规则取样法有什么优缺点？
规则取样法就是用uR和u△近似交点A和B代替实际的交点Aˊ和Bˊ。
用以确定SPWM脉冲信号的。
自然取样法虽然可以较准确地确定uΔ和uR的交点，但计算工作量较大，特别是当变频范围较大时。
规则取样法虽然有一定的误差，但却大大减小了计算工作量。
5.PWM逆变器消除谐波的一般方法是什么？
有两电平PWM逆变器消除谐波和三电平PWM逆变器消除谐波两种方法。
6.什么是电流跟踪型PWM逆变器？
有何特点？
电流跟踪型PWM又称电流控制型电压源PWM逆变器（CRPWM），它兼有电压型和电流型逆变器的优点：
结构简单、工作可靠、响应快、谐波小，采用电流控制，可实现对电机定子相电流的在线自适应控制，特别适用于高性能的矢量控制系统。
其中滞环电流跟踪型PWM逆变器还因其电流动态响应快，系统运行不受负载参数的影响，实现方便，而得到了广泛的重视。
7.用霍尔传感器测取电压和电阻反馈信号的优点有哪些?
对于直流及非正弦的交流电压和电流信号的隔离传送，最好的方法是采用霍尔电压和电流传感器。
霍尔传感器不仅可实现被测电路与反馈电路的有效隔离，还具有以下一些优点：
①可以测量任意波形的电压和电流信号，且频带宽；
②线性好，测量区间宽，测量精度高；
③响应速度快；
④过载能力强，使用安全。
第5章习题解答
1.试述交—交变频的主要特点。
交-交变频电路是不通过中间直流环节，而把电网固定频率的交流电直接变换成不同频率的交流电的变频电路。
其特点为：
①因为是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变频器效率要高；
②由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出频率比输入交流电源的频率低得多，输出波形较好；
③由于变频器按电网电压过零自然换相，故可采用普通晶闸管；
④所用晶闸管元件数量较多，相对投入较大；
⑤因受电网频率限制，通常输出电压的频率较低，为电网频率的三分之一左右；
⑥功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。
2.交—交变频电路的运行方式有哪些？
各有何优缺点？
运行方式主要有无环流运行方式、自然环流运行方式和局部环流运行方式。
无环流运行方式的优点有系统简单，成本较低。
缺点是不允许两组整流器同时获得触发脉冲而形成环流，因为环流的出现将造成电源短路。
因此，必须等到一组整流器的电流完全消失后，另一组整流器才能导通。
而且切换延时较长。
通常，其输出电压的最高频率只是电网频率的三分之一或更低。
自然环流运行方式除有环流外，还存在着环流电抗器在交流输出电流作用下引起的“自感应环流”，从而加重了整流器负担。
因此，完全不加控制的自然环流运行方式只能用于特定的场合。
局部环流运行方式把无环流运行方式和有环流运行方式相结合，即在负载电流有可能不连续时以有环流方式工作，而在负载电流连续时以无环流方式工作。
它既可使控制简化，运行稳定，改善输出电压波形的畸变，又不至于使环流过大。
3.正弦波交—交变频器的控制有哪两种？
正弦波交—交变频器的控制也有电压控制型和电流控制型两种。
电压型变频器的输出是电压，其输出电压跟随给定信号变化，受负载电流变化影响小。
电流型变频器的输出是电流，其输出电流跟随给定信号变化，受负载电压变化影响小。
第6章习题解答
1.简述变频器的基本概念。
变频器是应用变频技术制造的一种静止的频率交换器，它是利用半导体器件的通断作用将频率固定（通常为工频50Hz）的交流电（三相或单相）变换成频率连续可调的交流电的电能控制装置。
2.变频调速的优点有哪些？
变频调速主要有以下的优点：
（1）控制电机的启动电流；
（2）降低电力线路电压波动，启动时需要的功率更低；
（3）可控的加速功能和可调的运行速度；
（4）可调的转矩极限；
（5）受控的停止方式；
（6）节能；
（7）可逆运行控制；
（8）减少机械传动部件。
3.简述变频器的分类。
1）按变换环节分为交一交变频器和交一直一交变频器；
2）按直流环节的储能方式分为电流型变频器和电压型变频器；
3）按工作原理分为U／f控制变频器、转差频率控制变频器、矢量控制变频器和直接转矩控制变频器；
4）按用途分为通用变频器、高性能专用变频器和高频变频器。
4.简述开环速度控制和闭环速度控制。
如果笼型电机的电压、频率一定，因负载变化引起的速度变化是非常小的。
额定转矩下的转差率决定于电机的转矩特性，转差率大约为1%～5%。
对于平方转矩负载（如风机、泵等），并不太要求快速响应，常用开环控制。
为了补偿电机速度的变化，将可以检测出的物理量作为电气信号负反馈到变频器的控制回路，这种控制方式称为闭环控制。
速度反馈控制方式是以速度为控制对象的闭环控制，用于造纸机、风机泵类机械、机床等要求速度精度高的场合，但需要装设传感器，以便用电量检测出电机速度。
5.位置控制的特点有哪些？
作为位置控制的共同特点，有以下几点：
1）从简单到高级，即从仅在停止时将位置同目标对准的简单控制，到经常跟踪目标快速动作高级控制；
2）控制对象的位置以转速积分的形式变化；
3）可由电机的旋转角高精度地推定其位置；
4）需要可逆运转。
6.张力控制的特点有哪些？
张力控制根据用途有各种方式，其特点有：
1）采用转矩电流控制的张力控制；
2）采用拉延的张力控制；
3）采用调节辊的张力控制；
4）采用张力检测器的张力控制。
一般张力控制多以转矩控制为基础，而其他控制对象多以速度控制为基础。
另外，不管哪一种控制方式，通常都是以滚筒与被加工物之间不产生滑动为前提条件。
7.简述快速响应系统选择变频器的要点。
快速响应系统选择变频器的要点
1、对于只需在短时间内能进行加减速时：
1）电机和机械的puGD2要小；
2）选用过负载容量大的机器；
3）选用具有完全的限流功能的变频器。
2、对于需要大的交叉角频率ωc时，应该根据所要求的值考虑下面几点：
①所选用的变频器、其主回路的开关频率要高，采用的控制方式应能满足快速响应；
②电机和机械系统的puGD2要小；
③选用过载容量大的机器；
④电机、机械系统的谐振频率要高。
8.什么是负负载，简述负负载系统变频器的选择要点。
几乎所有电机都是要克服来自负载的阻碍旋转的反抗转矩。
使负载向着所要求的方向旋转。
此时电机产生的转矩，其方向同旋转方向一致。
反之，要求电机产生与其转向相反转矩的负载时称为负负载。
变频器的选择要点有：
①考虑制动转矩和负载转矩之间的关系；
②为了确保变频器跳闸时的安全，要并用机械式制动器；
③使用制动单元时，必须使再生过压失速的防止控制无效，或者使制动单元的动作直流电压的给定值确实低于再生过压失速防止的值；
④注意散热。
9.变频器的容量如何表示？
变频器的容量一般用额定输出电流（A）、输出容量（kVA）、适用电动机功率（kW）来表示。
其中，额定输出电流为变频器可以连续输出的最大交流电流的有效值。
输出容量是决定于额定输出电流与额定输出电压的三相视在输出功率。
10.简述容量选择的注意事项。
①变频器并联追加投入起动时，其容量与同时起动时相比要大些。
②根据负载的种类往往需要过载容量大的变频器。
③电机的实际负载比电机的额定输出功率小时，可选择与实际负载相称的变频器容量。
④用选定的变频器和电机不能满足负载所要求的起动转矩和低速区转矩时，变频器和电机的容量还需要再加大。
第7章习题解答
1.变频器接线时应注意哪些问题？
接线时应注意以下几点，以防接错：
①输入电源必须接到R、S、T上，输出电源必须接到端子U、V、W上，若错接，会损坏变频器。
②为了防止触电、火灾等灾害和降低噪声，必须连接接地端子。
③端子和导线的连接应牢靠，要使用接触性好的压接端子。
④配完线后，要再次检查接线是否正确，有无漏接现象，端子和导线间是否短路或接地。
⑤通电后，需要改接线时，即使已经关断电源，也应等充电指示灯熄灭后，用万用表确认直流电压降到安全电压（DC25V以下）后再操作。
若还残留有电压就进行操作，会产生火花，这时先放完电后再进行操作。
2.简述主电路端子的功能。
主电路端子和连接端子的功能表
端子符号
端子名称
说明
R、S、T
主电路电源端子
连接三相电源
U、V、W
变频器输出端子
连接三相电动机
P1、P（+）
直流电抗器连接用端子
改善功率因数的电抗器
P（+），DB
外部制动电阻器连接用端子
连接外部制动电阻（选用件）
P（+），N（－）
制动单元连接端子
连接外部制动单元
PE
变频器接地用端子
变频器机壳的接地端子
3.低压断路器的功用是什么？
如何选择？
低压断路器的功用有：
1）隔离作用。
当变频器进行维修时，或长时间不用时，将Q切断，使变频器与电源隔离；
2）保护作用。
低压断路器大都具有过电流及欠电压等保护功能，当变频器的输入侧发生短路或电源电压过低等故障时，可迅速进行保护。
因为低压断路器具有过电流保护功能，为了避免不必要的误动作，取
IQN≥（1.3～1.4）IN
式中IQN——空气开关的额定电流；
IN——变频器的额定电流。
4.输入侧接触器的功用是什么？
输入侧接触器的功用有：
①可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；
②当变频器发生故障时，可自动切断电源。
选择接触器时，触点的额定电流应大于变频器的额定电流。
5.电抗器的作用是什么？
变频器的输入电流中含有许多高次谐波成分，这些高次谐波电流都是无功电流，使变频调速系统的功率因数降低到0．75以下。
所以，在容量较大的变频调速系统中，应考虑接入电抗器，以提高功率因数。
6.滤波器的作用是什么？
滤波器就是用来削弱变频器的输入和输出电流中都含有的较高频率的谐波电流，以防止变频器对其他设备的干扰。
7.变频器的控制电路有哪几部分组成？
变频器控制电路主要由以下部分组成：
（1）运算电路。
运算电路的主要作用是将外部的速度、转矩等指令信号同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定变频器的输出频率和电压。
（2）信号检测电路。
将变频器和电动机的工作状态反馈至微处理器，并由微处理器按事先确定的算法进行处理后为各部分电路提供所需的控制或保护信号。
（3）驱动电路。
驱动电路的作用是为变频器中逆变电路的换流器件提供驱动信号。
当逆变电路的换流器件为晶体管时，称为基极驱动电路；
当逆变电路的换流器件为SCR、IGBT或GTO时，称为门极驱动电路。
（4）保护电路。
保护电路的主要作用是对检测电路得到的各种信号进行运算处理，以判断变频器本身或系统是否出现异常。
当检测到出现异常时，进行各种必要的处理，如使变频器停止工作或抑制电压、电流值等。
8.变频器长期稳定运行所必须的环境条件有哪些？
变频器长期稳定运行所必须的环境条件有：
①周围温度：
变频器运行中周围温度的容许值多为0～40℃或—10～50℃，避免阳光直射。
②周围湿度：
变频器要注意防止水或水蒸气直接进入变频器内，以免引起漏电，甚至打火，击穿。
③振动：
关于耐振性因机种的不同而不同，设置场所的振动加速度多被限制在（0．3～0．6）G（振动强度≤5.9m/s2）以下。
对于机床、船舶等事先能预测振动的场合，必须选择有耐振措施的机种。
④抗干扰：
为防止电磁干扰，控制线应有屏蔽措施，母线与动力线要保持不少于100mm的距离。
9.简述变频器的抗干扰问题。
采取何措施加以预防？
变频器的干扰有外来干扰和变频器的对外干扰。
外来干扰多通过变频器控制电缆侵入，所以铺设控制电缆时必须采取充分的抗干扰措施。
变频器的输入和输出电流含有很多高次谐波成分。
它们将以空中辐射、线路传播等方式把自己的能量传播出去，对周围的电子设备、通信和无线电设备的工作形成干扰。
因此在装设变频器时，应考虑采取各种抗干扰措施，削弱干扰信号的强度。
例如，对于通过辐射传播的无线电干扰信号，可采用屏蔽、装设抗干扰滤波器等措施来削弱干扰信号。
预防干扰的具体常用有：
（1）变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。
（2）在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。
（3）电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。
（4）信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离（至少20cm以上），切断辐射干扰。
（5）变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。
这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。
10.变频器与PLC连接使用时应注意哪些问题？
变频器与PLC连接使用时，应注意以下几个问题：
1）当变频器的输入信号电路连接不当时，可能会导致变频器的误动作。
2）注意PLC一侧输入阻抗的大小，以保证电路中的电压和电流不超过电路的容许值，从而提高系统的可靠性和减少误差。
3）PLC的接地端必须接地良好。
应避免和变频器使用共同的接地线，并在接地时尽可能使两者分开。
4）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块以及输入/输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪声用的变压器等。
如有必要也可在变频器一侧采取相应措施。
5）当把PLC和变频器安装在同一个操作柜中时，应尽可能使与PLC和变频器有关的电线分开。
并通过使用屏蔽线和双绞线来提高抗噪声的水平。
11.测量变频器电路时仪表类型如何选择?
测量变频器电路的电压、电流、功率时可根据以下要求，选择适用的仪表：
（1）测量输入电压时，因是工频正弦电压，故各类仪表均可使用。
（2）测量输出电压时，一般用整流式仪表。
如选用电磁式仪表，则读数偏低。
但绝对不能用数字电压表。
（3）测量输入和输出电流时，一般选用电磁式仪表。
热电式仪表也可选用，但反应迟钝，不适用于负载变动的场合。
（4）测量输入和输出功率时，均可用电动式仪表。
12.变频器的保护功能有哪些?
变频器的保护功能有过流保护，主器件自保护，过压保护，欠压保护，变频器过载保护和外部报警输入功能，以及防止失速和输入浪涌功能。
13.请按下列条件选择变频器主回路电线的截面积：
220V供电，笼型电机11kW、4极、额定电流15A，电线的铺设距离50m，电压降在额定电压的2％以内。
答：
（1）求额定电压下的容许电压降。
容许电压降＝2％×
220＝4.4（V）
（2）求容许压降以内的电线电阻值。
电线电阻＝
[1000×
4．4]／[×
50×
15]＝3.39（Ω／km）
（3）根据计算出的电阻选用导线。
由表7—6选择电
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