#《变频技术原理与应用(第2版)》习题解答

第1章习题解答

1 什么是变频技术？

变频技术，简单的说就是把直流电逆变成为不同频率的交流电，或是把交流变成直流再逆变成不同频率的交流，或是把直流变成交流再把交流变成直流。在这些变化过程中，一般只是频率发生变化。

现在人们常说的变频技术主要是指交流变频调速技术，它是将工频交流电通过不同的技术手段变换成不同频率的交流电。

2 变频技术的类型有哪几种？

变频技术主要有以下几种类型：

1）交—直变频技术（即整流技术）。它通过二极管整流、二极管续流或晶闸管、功率晶体管可控整流实观交—直流转换。

2）直—直变频技术（即斩波技术）。它通过改变功率半导体器件的通断时间，即改变脉冲的频率（定宽变频），或改变脉冲的宽度（定频调宽），从而达到调节直流平均电压的目的。3）直—交变频技术（即逆变技术）。振荡器利用电子放大器件将直流电变成不同频率的交流电（甚至电磁波）。逆变器则利用功率开关将直流电变成不同频率的交流电。

4）交—交变频技术（即移相技术）。它通过控制功率半导体器件的导通与关断时间，实现交流无触点开关、调压、调光、调速等目的。

3 简述变频技术的发展趋势？

变频技术的发展趋势如下：

（1）交流变频向直流变频方向转化

（2）功率器件向高集成智能功率模块发展

（3）缩小装置的尺寸

（4）高速度的数字控制

（5）模拟器与计算机辅助设计（CAD）技术

第2章习题解答

1.使晶闸管导通的条件是什么?

①当门极电流IG=0时，如果在晶闸管两端施加正向电压，则J2结处于反偏，晶闸管处于正向阻断状态。

②如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo时，则漏电流急剧增大，晶闸管导通。

③导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降到维持电流IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。

2. 什么是晶闸管的浪涌电流？

浪涌电流ITSM是一种由于电路异常情况（如故障）引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。浪涌电流有上下限两个级，这些不重复电流定额用来设计保护电路。

3.如何判断晶闸管管脚极性？

用万用表R×1kΩ挡测量晶闸管的任意两管脚电阻，其中有一管脚对另外两管脚正反向电阻都很大，在几百千欧以上，此管脚是阳极A。再用万用表R×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，cos Φ=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/600V IPM 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？

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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？各有何特点？

SPWM的控制方式有三种：