变频器原理与应用 第二版王廷才 课后习题解答

变频器原理及应用习题解析

第1章概述

1.什么叫变频器？变频调速有哪些应用？

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。

变频调速的应用主要有：①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%；②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；③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.为什么说电力电子器件是变频器技术发展的基础？

答：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？

答：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？答：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？

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。

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？

答：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？

答：按控制方式变频器分为：①V/f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？

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I A降低到维持电流I H以下，上述正反馈无法维持，管子自然关断。维持电流I 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ＩTGQM (2）关断增益G off

4. 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Ｕp，以降低关断损耗，防止结温升高；抑制阳极电压ＵＡk的上升率du ／dt，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R、L为负载，VD为续流二极管，L A是GTO导通瞬间限制di／dt的电感。R s C s和VD s组成了缓冲电路。GTO的阳极电路串联一定数值的电感LＡ来限制di／dt，当门极控制关断时抑制阳极电流Ｉ的下降，di／dt 在电感LＡ上感应的电压尖峰Ｕp通过VD A和ＲA加以A

限制。当GTO开通瞬间，电容C s要通过阻尼电阻R s向GTO放电，若R s小，则C s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 s，在GTO关断时，用ＶＤs的通态内阻及GTO关断过程中的内阻来阻尼L A和C s谐振。R s则用于GTO开通时，限制C s放电电流峰值，并于GTO关断末期ＶＤs反向恢复阻断时阻尼L A和C s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：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。

答：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？

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：

1)集电极-发射极额定电压U CES。2)栅极-发射极额定电压U GES，使用中不能超过该值。

3)额定集电极电流I C ：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U EC(sat)：此参数给出IGBT在正常饱和导