2018.12.10 文方 《电力电子技术》习题答案20100901

《电力电子技术》课后习题参考答案文方江西现代职业技术学院2018年10月

项目一调光灯习题与思考一1.1晶闸管的导通条件是什么?导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压UA决定。1.2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流IA减小，IA下降到维持电流IH以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压UA决定。1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流IH会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1)Ig=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1)阳极电压上升率du/dt过高；(3)结温过高。1.5请简述晶闸管的关断时间定义。答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。即。1.6试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。1.7请简述光控晶闸管的有关特征。答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。1.8型号为KP100-3，维持电流IH=4mA的晶闸管，使用在图题1.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答：（a）因为，所以不合理。(b)因为,KP100的电流额定值为100Ａ，裕量达５倍，太大了。（c）因为，大于额定值，所以不合理。1.9图题1.9中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试计算各图的电流平均值．电流有效值和波形系数。图题1．9解：图(a)：IT(AV)==IT==Kf==1.57图(b)：IT(AV)==ImIT==Kf==1.11图(c)：IT(AV)==ImIT==ImKf==1.26图(d)：IT(AV)==ImIT==ImKf==1.78图(e)：IT(AV)==IT==Kf==2.83图(f)：IT(AV)==IT==Kf==21.10上题中，如不考虑安全裕量，问额定电流100A的晶闸管允许流过的平均电流分别是多少?解：(a)图波形系数为1.57，则有：1.57=1.57100A,IT(AV)=100A(b)图波形系数为1.11，则有：1.11=1.57100A,IT(AV)=141.4A(c)图波形系数为1.26，则有：1.26=1.57100A,IT(AV)=124.6A(d)图波形系数为1.78，则有：1.78=1.57100A,IT(AV)=88.2A(e)图波形系数为2.83，则有：2.83=1.57100A,IT(AV)=55.5A(f)图波形系数为2，则有：2=1.57100A,IT(AV)=78.5A1.11某晶闸管型号规格为KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?解：KP代表普通型晶闸管，200代表其晶闸管的额定电流为200A，8代表晶闸管的正反向峰值电压为800V，D代表通态平均压降为。1.12如图题1.12所示，试画出负载Rd上的电压波形(不考虑管子的导通压降)。图题1.12解：其波形如下图所示：1.13在图题1.13中，若要使用单次脉冲触发晶闸管T导通，门极触发信号（触发电压为脉冲）的宽度最小应为多少微秒（设晶闸管的擎住电流IL=15mA）？图题1.13解：由题意可得晶闸管导通时的回路方程：可解得，==1要维维持持晶闸管导通，必须在擎住电流IL以上，即，所以脉冲宽度必须大于150µs。1.14单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题1.14所示，交流电源电压有效值为220V。(1)考虑安全余量，应如何选取晶闸管的额定电压？(2)若当电流的波形系数为Kf=2.22时，通过晶闸管的有效电流为100A，考虑晶闸管的安全余量，应如何选择晶闸管的额定电流？图题1.14解：（1）考虑安全余量,取实际工作电压的2倍UT=2202622V,取600V（2）因为Kf=2.22,取两倍的裕量，则：2IT(AV)得：IT(AV)=111(A)取100A。1.15上网查阅常用晶闸管的参数。（分小组查阅提问）1.16上网查阅混合动力电动汽车中电力电子技术应用综述。（学习重点！）项目二直流调速装置习题与思考二2.1单相桥式全控整流电路中，若有一只晶闸管因过电流而烧成短路，结果会怎样？若这只晶闸管烧成断路，结果又会怎样？答：若有一晶闸管因为过流而烧成断路，则单相桥式全控整流电路变成单相半波可控整流电路。如果这只晶闸管被烧成短路，会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重时使输入变压器因过流而损坏。2.2在单相桥式全控整流电路带大电感负载的情况下，突然输出电压平均值变得很小，且电路中各整流器件和熔断器都完好，试分析故障发生在何处？答：续流二极管断路。2.3单相桥式全控整流电路，大电感负载，交流侧电压有效值为220V，负载电阻Rd为4Ω，计算当时，直流输出电压平均值、输出电流的平均值；若在负载两端并接续流二极管，其、又是多少？此时流过晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值又是多少？画出上述两种情形下的电压电流波形。解：不接续流二极管时，由于是大电感负载，故接续流二极管时不接续流二极管时波形如图题3（a）所示；接续流二极管时波形如图题25图（b）所示。题25波形图2.4单相桥式全控整流电路带大电感负载时，它与单相桥式半控整流电路中的续流二极管的作用是否相同？为什么？解：作用不同。全控整流电路电感性负载时，其输出电压波形出现负值，使输出电压平均值降低，因此，负载两端接上续流二极管后，输出电压波形中不再有负值，可以提高输出平均电压，以满足负载的需要。半控桥电路电感性负载时，由于本身的自然续流作用，即使不接续流二极管，其输出电压波形也不会出现负值。但是一旦触发脉冲丢失，会使晶闸管失控。因此仍要再负载两端街上续流二极管，防止失控。2.5有源逆变的工作原理是什么？实现有源逆变的条件是什么？变流装置有源逆变工作时，其直流侧为什么能出现负的直流电压？答：实现有源逆变的条件：一定要有直流电动势，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；变流器必须工作在的区域内使Ud<0。在可控整流时，电流Id只能由直流电压Ud产生，ud的波形必须正面积大于负面积，才能使平均电压Ud大于0，产生Id。现在的情况与整流不同，在变流器直流侧存在与Id同方向的电势E，当控制角α增大到大于90度时，尽管晶闸管的阳极电位处于交流电压大部分为负半周的时刻，但由于E的作用，晶闸管仍能承受正压而导通。因此，只有E在数值上大于Ud，变流器在触发脉冲作用下，晶闸管仍能轮流导通180度，维持Id流通。ud波形由于负面积大于正面积，平均电压Ud小于02.6单相半控桥能否实现有源逆变？答：不能。2.7导致逆变失败的原因是什么？有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？最小逆变角一般取为多少？答：逆变失败的原因主要有：

(1)触发电路工作不可靠例如脉冲丢失、脉冲延迟等。

(2)晶闸管本身性能不好在应该阻断期间晶闸管失去阻断能力，或在应该导通时而不能导通。

(3)交流电源故障例如突然断电、缺相或电压过低。

(4)换相的裕量角过小主要是对换相重叠角y估计不足，使换相的裕量时间小于晶闸管的关断时间。逆变状态允许采用的最小逆变角应为

βmin=δ+y+θ′

式中，δ为晶闸管关断时间￡。折合的角度，约为4°～5°；y为换相重叠角，它与负载电流，IL和变压器漏抗成正比，约为15°～20°；θ′为安全裕量角，考虑脉冲不对称，一般取10°。

综上所述，得出βmin=30°～35°。2.8试举例说明有源逆变有哪些应用？答：(1)直流可逆电力传动系统

，多用于可逆轧机、矿井提升机、电梯、龙门刨床等。电动机正转时由Ⅰ组桥供电、反转时由Ⅱ组桥供电，因而两组桥输出直流电压反极性并联，故习惯上称之为反并联可逆线路。(2)绕线转子异步电动机串级调速

(3)高压直流输电。高压直流输电是利用升压变压器将交流电升压后，通过晶闸管整流电路变成直流电，经过远距离传送，再利用三相全控桥电路将直流电转换成交流电，经降压变压器降压，供负载使用。2.9西门子TCA785集成触发电路的内部主要包括哪几部分？答：主要由“同步寄存器”、“基准电源”、“锯齿波形成电路”、“移相电压”和“锯齿波比较电路”和“逻辑控制功率放大”等功能块组成。

项目三电风扇无级调速器习题与思考三3.1单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，问控制角α的有效移相范围有多大？答：30°~180°3.2单相交流调压主电路中，对于电阻－电感负载，为什么晶闸管的触发脉冲要用宽脉冲或脉冲列？答：对于交流调压电路电感性负载，由于电感的作用，在电源电压由正向负过零时，负载中电流要滞后一定角度才能到零，即管子要继续导通到电源电压的负半周才能关断。晶闸管的导通角θ不仅与控制角有关，而且与负载的功率因数角有关。控制角越小则导通角越大，负载的功率因数角越大，表明负载感抗大，自感电动势使电流过零的时间越长，因而导通角θ越大。下面分三种情况加以讨论。（1）>由图1-62可见，当>时，θ<180°，即正负半周电流断续，且越大，θ越小。可见，在~180°范围内，交流电压连续可调，电流电压波形如图1-62(a)所示。（2）＝由图1-62可知，当＝时，θ=180°，即正负半周电流临界连续。相当于晶闸管失去控制，电流电压波形如图1-62(b)所示。（3）＜此种情况若开始给VT1管以触发脉冲，VT1管导通，而且θ>180°。如果触发脉冲为窄脉冲，当ug2出现时，VT1管的电流还未到零，VT1管关不断，VT2管不能导通。当VT1管电流到零关断时，ug2脉冲已消失，此时VT2管虽已受正压，但也无法导通。到第三个半波时，ug1又触发VT1导通。这样负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电路不能正常工作。因而电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。3.3一台220V/10kW的电炉，采用单相交流调压电路，现使其工作在功率为5kW的电路中，试求电路的控制角α、工作电流以及电源侧功率因数。解：电炉是电阻性负载。220V、10kW的电炉其电流有效值应为要求输出功率减半，即值减小1/2，故工作电流应为输出功率减半，即值减小1/2，则α=90°功率因数cosφ=00.7073.4单相交流调压电路如图，U2＝220V，L=5.516mH，R＝1Ω，试求：1）控制角α的移相范围。2）负载电流最大有效值。3）最大输出功率和功率因数。习题34图解：1）单相交流调压电感性负载时，控制角α的移相范围是所以控制角α的移相范围是60°~π。 2）因α=时，电流为连续状态，此时负载电流最大。 3）最大功率3.5KC04移相触发器包括哪些基本环节？答：KC04移相触发器由同步、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成及放大输出等环节组成。3.6说明以8031单片机组成的三相桥式全控整流电路的触发系统工作原理。答：8031单片机内部有两个16位可编程定时器／计数器T0、T1，将其设置为定时器方式1，则16位对机器周期进行计数。首先将初值装入TL(低8位)及TH(高8位)，启动定时器，即开始从初值加1计数，当计数值溢出时，向CPU发出中断申请，CPU响应后执行相应的中断程序。在中断程序中，让单片机发出触发信号，因此改变计数器的初值，就可改变定时长短。3.7带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前15°处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为10°和20°时负载两端的电压ud波形。解：当触发脉冲宽度分别为10°，如图所示，当触发脉冲ug1触发U相晶闸管，则U相晶闸管导通。当ug2触发V相晶闸管时，这时U相电压高于V相电压，所以V相晶闸管不导通，U相晶闸管继续导通。过了自然换相点后，尽管V相电压高于U相电压，但V相晶闸管的触发脉冲已消失，所以V相晶闸管仍不导通。U相晶闸管导通到过零点关断。这样下去，接着导通的是W相晶闸管。由此可以看出，由于晶闸管间隔导通而出现了输出波形相序混乱现象，这是不允许的。3.8三相半波相控整流电路带大电感负载，Rd=10Ω，相电压有效值U2=220V。求α=45°时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流IdT和有效电流IT，画出ud、iT2、uT3的波形。解：Ud=1.17U2cosα=182VId=Ud/Rd=182/10=18.2AIdT=1/3*Id=6.1AIT=0.577Id=10.5A3.9在图题12图所示电路中，当α=60°时，画出下列故障情况下的ud波形。（1）熔断器1FU熔断。（2）熔断器2FU熔断。 （3）熔断器2FU、3FU同时熔断。图题3.9图解：（1）熔断器1FU熔断时输出电压波形如图b所示，凡与U相有关的线电压均不导通。（2）熔断器2FU熔断时输出电压波形如图c所示，V字头线电压不导通。（3）熔断器2FU、3FU熔断时输出电压波形如图d所示，凡VW字头线电压均不导通。3.10三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4Ω，要求Ud从0~220V之间变化。试求：（1）不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。（2）计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取2倍裕量，选择晶闸管型号。解：（1）因为Ud=2.34U；不考虑控制角裕量，时（2）晶闸管承受最大电压为取2倍的裕量,URM=460.6V晶闸管承受的平均电流为IdT=Id又因为所以IdT=18.33A，取2倍的裕量IdTmax=36.67(A)选择KP50—5的晶闸管。3.11请上网查阅，有关双向晶闸管的命名及型号含义。项目四开关电源习题与思考四4.1在DC/DC变换电路中所使用的元器件有哪几种，有何特殊要求？答：在DC/DC变换电路中，经常使用的有大功率晶体管GTR、场效应晶体管MOSFET和绝缘门极晶体管IGBT，在小功率开关电源上大多使用大功率晶体管GTR和场效应晶体管MOSFET。4.2大功率晶体管GTR的基本特性是什么？答：静态特性和动态特性。4.3大功率晶体管GTR有哪些主要参数？答：GTR除了电流放大倍数、直流电流增益、集电极于发射极间漏电流和发射极间的饱和压降、开通时间和关断时间外，主要参数还包括最高工作电压、最大工作电流、最大耗散功率和最高工作结温等。4.4什么是GTR的二次击穿？有什么后果？答：二次击穿是指器件发生一次击穿后，集电极电流急剧增加，在某电压电流点将产生向低阻抗高速移动的负阻现象。一旦发生二次击穿就会使器件受到永久性损坏。4.5可能导致GTR二次击穿的因素有哪些？可采取什么措施加以防范？答：产生二次击穿的原因主要是管内结面不均匀、晶格缺陷等。防止二次击穿的办法是：①应使实际使用的工作电压比反向击穿电压低得多。②必须有电压电流缓冲保护措施。4.6说明功率场效应晶体管（功率MOSFET）的开通和关断原理及其优缺点。功率场效应晶体管（功率MOSFET）的开通和关断原理：导通：在栅源极间加正电压UGS，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子-电子吸引到栅极下面的P区表面。

当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。优点：工作频率高（可达100kHz以上），属电压控制型器件，所需驱动功率小。缺点：通态压降大，开通损耗相应较大、容量小。4.7功率MOSFET有哪些主要参数？答：功率MOSFET的主要参数有：跨导、开启电压、开通时间、关断时间、漏极电压、栅源电压、漏极最大允许电流IDM、极间电容、电压上升率等。4.8使用功率MOSFET时要注意哪些保护措施？答：见教材。4.9试述直流斩波电路的主要应用领域。答：斩波电路主要应用于电力牵引。如：地铁、电力机车、无轨电车、电瓶搬运车等直流电动机的无极调速上。4.10简述教材图4-24（a）所示的降压斩波电路的工作原理。答：见教材。4.11教材图4-24（a）所示的斩波电路中，U=220V，R=10Ω，L、C足够大，当要求U0=40V时，占空比k=？解：k=40/220=0.194.12简述图4-25（a）所示升压斩波电路的基本工作原理。答：见教材4.13在图4-25（a）所示升压斩波电路中，已知U=50V，R=20Ω，L、C足够大，采用脉宽控制方式，当T=40μs，ton=25μs时，计算输出电压平均值Uo和输出电流平均值Io。解：U0=133.3V；I0=6.67A4.14请上网查阅相关视频，采用专业测试仪进行测试可关断晶闸管的βOFF值。4.15上网查阅视频，采用专业的场效应管测试仪测试场效应管放大能力。项目五中频感应加热电源习题与思考五1、感应加热的基本原理是什么？加热效果与电源频率大小有什么关系？答：感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。感应器的热效率与感应器中选用隔热层时所决定的热损有关。又因频率越高，直接加热层就越浅，要使工件表面和芯部获得接近的温度只能靠长时间的传导，但传热时间过长，热量在周围介质中损失就过多，以致热效率降低，而且达不到快速透热的效果。频率太高会使工件加热不均匀。这时直接加热层太浅，工件外表面温度很高，甚至已开始熔化，而内部尚未达到所需温度。减少每个工件的加热功率，并延长每个工件的加热时间可以解决这个问题，即可以加长感应器的线圈，让感应器中的工件多一点，若总功率及送料速度不变，则每个工件所获得的功率将减小，而加热时间加长，这样，直接加热层的热量来得及传到工件内部去，工件的温度就可均匀，而总效率仍不变。2、中频感应加热炉的直流电源的获得为什么要用可控整流电路？答：可以通过可控整流电路的移相调压来实现功率调节。3、试简述平波电抗器的作用？答：平波电抗器在电路中起的作用有：（1）续流：保证逆变器可靠工作。（2）平波：使整流电路得到的直流电流比较平滑。（3）电气隔离：它连接在整流和逆变电路之间起到隔离作用。（4）限制电路电流的上升率di/dt值：逆变失败时，保护晶闸管。4、中频感应加热与普通的加热装置比较有哪些优点？中频感应加热能否用来加热绝缘材料构成的工件？答：中频感应加热的优点：（1）非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触。 （2）加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象。 （3）容易控制温度，提高加工精度。（4）可实现局部加热。（5）可实现自动化控制。（6）可减小占地，热辐射，噪声和灰尘。感应加热时利用涡流在金属中造成很强的热效应，使金属材料发热。所以中频感应加热不能用来加热绝缘材料构成的工件。5、中频感应加热电源主要应用在哪些场合？答：感应加热的最大特点是将工件直接加热，工人劳动条件好、工件加热速度快、温度容易控制等，因此应用非常广泛。主要用于淬火、透热、熔炼、各种热处理等方面。6、感应加热装置中，整流电路和逆变电路对触发电路的要求有何不同？答：逆变触发电路必须满足：①输出电压过零之前发出触发脉冲，超前时间tδ=φ/ω。②在感应炉中，感应线圈的等效电感L和电阻R随加热时间而变化，震荡回路的谐振频率f0也是变化的，为了保证工作过程中，f＞f0且f≈f0。要求触发脉冲的频率随之自动改变。要求频率自动跟踪。③为了触发可靠，输出的脉冲前沿要陡，有一定的幅值和宽度。④必须有较强的抗干扰能力。7、逆变电路常用的换流方式有哪几种？答：常用的电力变流器的换流方式有以下几种：（1）负载谐振换流由负载谐振电路产生一个电压，在换流时关断已经导通的晶闸管，一般有串联和并联谐振逆变电路，或两者共同组成的串并联谐振逆变电路。（2）强迫换流附加换流电路，在换流时产生一个反向电压关断晶闸管。（3）器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流。8、单相并联谐振逆变电路的并联电容有什么作用？电容补偿为什么要过补偿一点？答：单相并联谐振逆变电路的并联电容的作用：与感性负载构成并联谐振，为负载提供无功功率，提高装置的功率因数；自然换流及可靠关断晶闸管。C值要过补偿一些，这样才能使等效负载呈容性，电流就会超前电压一定角度，达到自然换流及可靠关断晶闸管的目的。9、单相并联谐振逆变电路中，为什么必须有足够长的引前触发时间tf。答：为了可靠关断晶闸管，不导致逆变失败，晶闸管需要一段时间才能恢复阻断能力，换流结束以后，还要让VT1、VT4承受一段时间的反向电压。这个时间应该大于晶闸管的关断时间tq。为了保证可靠换流。应该在电压uo过零前触发VT2、VT3。这个时间称为触发引前时间。10、单相串联谐振逆变电路利用负载进行换相，为保证换相应满足什么条件？答：为保证换相，应满足：晶闸管反压时间大于晶闸管关断时间tq。

项目六变频器习题与思考六6.1、请查资料，列举5种不同厂家的变频器。答：西门子、三菱、森兰、惠丰、富士、台达等。6.2、观察日常生活中使用变频器的场合，列举一个例子，简述其原理。答：变频调速恒压供水系统。工作原理：设备投入运行前，首先应设定设备的工作压力等相关运行参数，设备运行时，由压力传感器连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将其转换为电信号传送至变频控制系统，控制系统将反馈回来的信号与设定压力进行比较和运算，如果实际压力比设定压力低，则发出指令控制水泵加速运行，如果实际压力比设定压力高，则控制水泵减速运行，当达到设定压力时，水泵就维持在该运行频率上。如果变频水泵达到了额定转速（频率），经过一定时间的判断后，如果管网压力仍低于设定压力，则控制系统会将该水泵切换至工频运行，并变频启动下一台水泵，直至管网压力达到设定压力；反之，如果系统用水量减少，则系统指令水泵减速运行，当降低到水泵的有效转速后，则正在运行的水泵中最先启动的水泵停止运行，即减少水泵的运行台数，直至管网压力恒定在设定压力范围内。主泵停止工作，副泵进行供水也为变频恒压供水方式，进一步提高了工作效率，节约了能源。6.3、变频调速在电动机运行方面的优势主要体现在哪些方面？答：变频调速在电动机运行方面的优势主要体现在：变频调速很容易实现电动机的正、反转。只需要改变变频器内部逆变管的开关顺序，即可实现输出换相，也不存在因换相不当而烧毁电动机的问题。

变频调速系统起动大都是从低速开始，频率较低，加、减速时间可以任意设定，故加、减速间时比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的起停。变频调速系统制动时，变频器可以利用自己的制动回路，将机械负载的能量消耗在制动电阻上，也可回馈给供电电网，但回馈给电网需增加专用附件，投资较大。除此之外，变频器还具有直流制动功能，需要制动时，变频器给电动机加上一个直流电压，进行制动，则无需另加制动控制电路。6.4、变频器有哪些种类？其中电压型变频器和电流型变频器的主要区别在哪里？答：按能量变换情况，可将变频器分成两大类：交-交变频器和交-直-交变频器。交-直-交变频器又有电压型变频器和电流型变频器。电压型变频器和电流型变频器的主要区别特点名称电压型变频器电流型变频器储能元件电容器电抗器输出波形的特点电压波形为矩形波电流波形近似正弦波电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波回路构成上的特点有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）电动机四象限运转需要再生用变流器无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易特性上的特点负载短路时产生过电流开环电动机也可能稳定运转负载短路时能抑制过电流电动机运转不稳定需要反馈控制适用范围适用于作为多台电机同步运行时的供电电源但不要求快速加减的场合适用于一台变频器给一台电机供电的单电机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求6.5、交-直-交变频器主要由哪几部分组成，试简述各部分的作用。答：交-直-交变频器主要由主电路、控制电路和保护电路组成。主电路包括整流电路、逆变电路和中间环节。其中：整流电路的作用是将外部的工频交流电源转换为直流电，给逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。中间环节的作用是对整流电路的输出进行平滑滤波，以保证逆变电路和控制电路能够获得质量较高的直流电源。逆变电路的作用是将中间环节输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。控制电路包括主控制电路、信号检测电路、驱动电路、外部接口电路以及保护电路。控制电路的主要功能是将接受的各种信号送至运算电路，使运算电路能够根据驱动要求为变频器主电路提供必要的驱动信号，并对变频器以及异步电动机提供必要的保护、输出计算结果。保护电路作用是：接受从电压、电流采样电路以及其他传感器输入的信号，结合功能中预置的限值，进行比较和判断，若出现故障，停止发出SPWM信号，使变频器中止输出；输出报警信号；向显示器输出故障信号。 6.6、简述绝缘门极晶体管IGBT结构及工作原理。答：见教材。6.7、对IGBT的栅极驱动电路有哪些要求？IGBT的专用驱动电路有哪些？试列举3种。答：见教材。6.8、IGBT的缓冲电路有哪些，试详细分析某一种电路的工作原理。答：见教材。6.9、IGBT管与GTR管相比，主要有哪些优缺点？答：IGBT管允许的开关频率比GTR高一个数量级（GTR的最高开关频率只有2kHz，而IGBT可达20kHz）。IGBT控制极的功耗要比GTR的基极功耗小得多。6.10、IGBT管主要参数有哪些？答：见教材。6.11、试说明PWM控制的基本原理。 答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。 在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理。 以正弦PWM控制为例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。6.12、PWM逆变电路有何优点？答：用不控整流，输入功率因数高；用（PWM）逆变，输出谐波可以减小。6.13、单极性和双极性PWM有什么区别？答：单极性PWM逆变器是指逆变器输出的半个周期中，被调制成的脉冲输出电压只有一种极性，正半周为+Ud和零，负半周为-Ud和零。双极性PWM逆变器是指逆变器输出的每半个周期都被调制成在±Ud之间变化的等幅不等宽脉冲列。6.14、什么叫异步调制？什么叫同步调制？两者各有什么特点？ 答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。在异步调制方式中，通常保持载波频率fc固定不变，因而当信号波频率fr变化时，载波比N是变化的。 异步调制的主要特点是： 在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。这样，当信号波频率较低时，载波比N较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称产生的不利影响都较小，PWM波形接近正弦波。而当信号波频率增高时，载波比N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大，有时信号波的微小变化还会产生PWM脉冲的跳动。这就使得输出PWM波和正弦波的差异变大。对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。 载波比N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。 同步调制的主要特点是：在同步调制方式中，信号波频率变化时载波比N不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的载波频率fc也很低。fc过低时由调制带来的谐波不易滤除。当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率fc会过高，使开关器件难以承受。 此外，同步调制方式比异步调制方式复杂一些。

模块五中频感应加热电源1、感应加热的基本原理是什么？加热效果与电源频率大小有什么关系？答：感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。感应器的热效率与感应器中选用隔热层时所决定的热损有关。又因频率越高，直接加热层就越浅，要使工件表面和芯部获得接近的温度只能靠长时间的传导，但传热时间过长，热量在周围介质中损失就过多，以致热效率降低，而且达不到快速透热的效果。频率太高会使工件加热不均匀。这时直接加热层太浅，工件外表面温度很高，甚至已开始熔化，而内部尚未达到所需温度。减少每个工件的加热功率，并延长每个工件的加热时间可以解决这个问题，即可以加长感应器的线圈，让感应器中的工件多一点，若总功率及送料速度不变，则每个工件所获得的功率将减小，而加热时间加长，这样，直接加热层的热量来得及传到工件内部去，工件的温度就可均匀，而总效率仍不变。2、中频感应加热炉的直流电源的获得为什么要用可控整流电路？答：可以通过可控整流电路的移相调压来实现功率调节。3、试简述平波电抗器的作用？答：平波电抗器在电路中起的作用有：（1）续流：保证逆变器可靠工作。（2）平波：使整流电路得到的直流电流比较平滑。（3）电气隔离：它连接在整流和逆变电路之间起到隔离作用。（4）限制电路电流的上升率di/dt值：逆变失败时，保护晶闸管。4、中频感应加热与普通的加热装置比较有哪些优点？中频感应加热能否用来加热绝缘材料构成的工件？答：中频感应加热的优点：（1）非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触。 （2）加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象。 （3）容易控制温度，提高加工精度。（4）可实现局部加热。（5）可实现自动化控制。（6）可减小占地，热辐射，噪声和灰尘。感应加热时利用涡流在金属中造成很强的热效应，使金属材料发热。所以中频感应加热不能用来加热绝缘材料构成的工件。5、中频感应加热电源主要应用在哪些场合？答：感应加热的最大特点是将工件直接加热，工人劳动条件好、工件加热速度快、温度容易控制等，因此应用非常广泛。主要用于淬火、透热、熔炼、各种热处理等方面。6、感应加热装置中，整流电路和逆变电路对触发电路的要求有何不同？答：逆变触发电路必须满足：①输出电压过零之前发出触发脉冲，超前时间tδ=φ/ω。②在感应炉中，感应线圈的等效电感L和电阻R随加热时间而变化，震荡回路的谐振频率f0也是变化的，为了保证工作过程中，f＞f0且f≈f0。要求触发脉冲的频率随之自动改变。要求频率自动跟踪。③为了触发可靠，输出的脉冲前沿要陡，有一定的幅值和宽度。④必须有较强的抗干扰能力。7、逆变电路常用的换流方式有哪几种？答：常用的电力变流器的换流方式有以下几种：（1）负载谐振换流由负载谐振电路产生一个电压，在换流时关断已经导通的晶闸管，一般有串联和并联谐振逆变电路，或两者共同组成的串并联谐振逆变电路。（2）强迫换流附加换流电路，在换流时产生一个反向电压关断晶闸管。（3）器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流。8、单相并联谐振逆变电路的并联电容有什么作用？电容补偿为什么要过补偿一点？答：单相并联谐振逆变电路的并联电容的作用：与感性负载构成并联谐振，为负载提供无功功率，提高装置的功率因数；自然换流及可靠关断晶闸管。C值要过补偿一些，这样才能使等效负载呈容性，电流就会超前电压一定角度，达到自然换流及可靠关断晶闸管的目的。9、单相并联谐振逆变电路中，为什么必须有足够长的引前触发时间tf。答：为了可靠关断晶闸管，不导致逆变失败，晶闸管需要一段时间才能恢复阻断能力，换流结束以后，还要让VT1、VT4承受一段时间的反向电压。这个时间应该大于晶闸管的关断时间tq。为了保证可靠换流。应该在电压uo过零前触发VT2、VT3。这个时间称为触发引前时间。10、单相串联谐振逆变电路利用负载进行换相，为保证换相应满足什么条件？答：为保证换相，应满足：晶闸管反压时间大于晶闸管关断时间tq。

模块六变频器1、请查资料，列举5种不同厂家的变频器。答：西门子、三菱、森兰、惠丰、富士、台达等。2、观察日常生活中使用变频器的场合，列举一个例子，简述其原理。答：变频调速恒压供水系统。工作原理：设备投入运行前，首先应设定设备的工作压力等相关运行参数，设备运行时，由压力传感器连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将其转换为电信号传送至变频控制系统，控制系统将反馈回来的信号与设定压力进行比较和运算，如果实际压力比设定压力低，则发出指令控制水泵加速运行，如果实际压力比设定压力高，则控制水泵减速运行，当达到设定压力时，水泵就维持在该运行频率上。如果变频水泵达到了额定转速（频率），经过一定时间的判断后，如果管网压力仍低于设定压力，则控制系统会将该水泵切换至工频运行，并变频启动下一台水泵，直至管网压力达到设定压力；反之，如果系统用水量减少，则系统指令水泵减速运行，当降低到水泵的有效转速后，则正在运行的水泵中最先启动的水泵停止运行，即减少水泵的运行台数，直至管网压力恒定在设定压力范围内。主泵停止工作，副泵进行供水也为变频恒压供水方式，进一步提高了工作效率，节约了能源。3、变频调速在电动机运行方面的优势主要体现在哪些方面？答：变频调速在电动机运行方面的优势主要体现在：变频调速很容易实现电动机的正、反转。只需要改变变频器内部逆变管的开关顺序，即可实现输出换相，也不存在因换相不当而烧毁电动机的问题。

变频调速系统起动大都是从低速开始，频率较低，加、减速时间可以任意设定，故加、减速间时比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的起停。变频调速系统制动时，变频器可以利用自己的制动回路，将机械负载的能量消耗在制动电阻上，也可回馈给供电电网，但回馈给电网需增加专用附件，投资较大。除此之外，变频器还具有直流制动功能，需要制动时，变频器给电动机加上一个直流电压，进行制动，则无需另加制动控制电路。4、变频器有哪些种类？其中电压型变频器和电流型变频器的主要区别在哪里？答：按能量变换情况，可将变频器分成两大类：交-交变频器和交-直-交变频器。交-直-交变频器又有电压型变频器和电流型变频器。电压型变频器和电流型变频器的主要区别特点名称电压型变频器电流型变频器储能元件电容器电抗器输出波形的特点电压波形为矩形波电流波形近似正弦波电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波回路构成上的特点有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）电动机四象限运转需要再生用变流器无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易特性上的特点负载短路时产生过电流开环电动机也可能稳定运转负载短路时能抑制过电流电动机运转不稳定需要反馈控制适用范围适用于作为多台电机同步运行时的供电电源但不要求快速加减的场合适用于一台变频器给一台电机供电的单电机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求5、交-直-交变频器主要由哪几部分组成，试简述各部分的作用。答：交-直-交变频器主要由主电路、控制电路和保护电路组成。主电路包括整流电路、逆变电路和中间环节。其中：整流电路的作用是将外部的工频交流电源转换为直流电，给逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。中间环节的作用是对整流电路的输出进行平滑滤波，以保证逆变电路和控制电路能够获得质量较高的直流电源。逆变电路的作用是将中间环节输出的直流电源转换为频率和电压都任意可