變頻技術(shù)及應(yīng)用 第2章.doc

習(xí) 題 22-1 答： 晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：一是晶閘管陽(yáng)極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷?；二是門極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷海▽?shí)際工作中，門極加正觸發(fā)脈沖信號(hào)），且晶閘管一旦導(dǎo)通，門極將失去控制作用。晶閘管導(dǎo)通后，就可以通過(guò)很大的電流，而它本身的管壓降只有1 V左右，因此晶閘管陽(yáng)極伏安特性曲線（見(jiàn)圖2-5）靠近縱軸而且陡直。在晶閘管導(dǎo)通后，若逐漸減小正向電壓，正向電流也減小。當(dāng)電流減小到某一數(shù)值時(shí)，晶閘管又從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流稱為維持電流IH，即維持晶閘管導(dǎo)通的最小電流。2-2 答：晶閘管陽(yáng)極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷海婚T極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷?，?dāng)正向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)，漏電流突然增大，晶閘管由關(guān)斷狀態(tài)突然導(dǎo)通。在晶閘管導(dǎo)通后，若逐漸減小正向電壓，正向電流也減小。當(dāng)電流減小到某一數(shù)值時(shí)，晶閘管又從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流稱為維持電流IH。維持電流是晶閘管維持導(dǎo)通的最小電流。因此要想使晶閘管維持導(dǎo)通，晶閘管通過(guò)的電流必須大于等于維持電流。在晶閘管導(dǎo)通后，若逐漸減小正向電壓，正向電流也減小。當(dāng)電流減小到維持電流以下時(shí)，晶閘管又從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)?；蛘呓o晶閘管施加反向陽(yáng)極電壓時(shí)，無(wú)論有沒(méi)有門極電壓，晶閘管都不能導(dǎo)通。由晶閘管陽(yáng)極伏安特性曲線（見(jiàn)圖2-5）可知，當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極間加反向電壓或流過(guò)晶閘管的電流IA降低至小于維持電流IH，晶閘管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)。2-3 答：略。2-4 答：略。2-5 答：當(dāng)流過(guò)晶閘管的電流IA降低至小于維持電流IH時(shí)，1和2迅速下降，使得1+2 很小，即IAICBO1+ICBO2，晶閘管恢復(fù)關(guān)斷狀態(tài)。2-6 答：略。2-7 答：只有一種載流子參與導(dǎo)電的器件稱為單極型器件。常見(jiàn)的單極型器件有功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET和靜電感應(yīng)晶體管SIT等。由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件稱為雙極型器件。常見(jiàn)的雙極型器件有晶閘管（包括普通晶閘管SCR、雙向晶閘管TRIAC、逆導(dǎo)晶閘管RCT、非對(duì)稱晶閘管ASCR、門極可關(guān)斷晶閘管GTO、靜電感應(yīng)晶閘管SITH）和功率晶體管GTR等。2-8 答：GTR必須用基極連續(xù)的電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)才能維持在通態(tài)，當(dāng)移去這個(gè)信號(hào)時(shí)，GTR便自動(dòng)關(guān)斷。2-9 答：由于功率MOSFET是MOS器件，它有一定的輸入電容，很容易吸收靜電荷，靜電荷積累過(guò)多，會(huì)使極間的電壓超過(guò)允許值而毀壞器件。因此可采取以下幾種靜電保護(hù)措施：（1）功率MOSFET放置在防靜電袋子或?qū)щ娕菽芰蟽?nèi)，操作者須帶可靠接地的防靜電手腕帶拿取。（2）用手拿功率MOSFET時(shí)，不要用手觸摸其管腳。（3）工作臺(tái)須采用接地的桌子和地板墊。（4）電烙鐵要良好接地，在功率MOSFET電控系統(tǒng)中要設(shè)置過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)電流和過(guò)熱保護(hù)單元，以保證安全可靠地工作。2-10 答：IPM的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：（1）開(kāi)關(guān)速度快。IPM內(nèi)的IGBT芯片都選用高速型，而且驅(qū)動(dòng)電路緊靠IGBT芯片，驅(qū)動(dòng)延時(shí)小。（2）低功耗。IPM內(nèi)部的IGBT導(dǎo)通壓降低，開(kāi)關(guān)速度快。（3）快速的過(guò)流保護(hù)。IPM實(shí)時(shí)檢測(cè)IGBT電流，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載或直接短路時(shí)，IGBT將被軟關(guān)斷，同時(shí)送出一個(gè)故障信號(hào)。（4）過(guò)熱保護(hù)。在靠近IGBT的絕緣基板上安裝了一個(gè)溫度傳感器，當(dāng)基板過(guò)熱時(shí)，IPM內(nèi)部控制電路將截止柵級(jí)驅(qū)動(dòng)，不響應(yīng)輸入控制信號(hào)。（5）橋臂對(duì)管互鎖。在串聯(lián)的橋臂上，上下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互鎖，有效防止上下臂同時(shí)導(dǎo)通。（6）抗干擾能力強(qiáng)。優(yōu)化的門級(jí)驅(qū)動(dòng)與IGBT集成，布局合理，無(wú)外部驅(qū)動(dòng)線。（7）驅(qū)動(dòng)電源欠壓保護(hù)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)控制電源低于一定值（一般為15 V）時(shí)，就會(huì)造成驅(qū)動(dòng)能力不夠，增加導(dǎo)通損壞。IPM自動(dòng)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電源，當(dāng)?shù)陀谝欢ㄖ党^(guò)10 s時(shí)，將截止驅(qū)動(dòng)信號(hào)。（8）IPM內(nèi)藏相關(guān)的外圍電路。簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)步驟，縮短了上市時(shí)間。（9）無(wú)須對(duì)功率開(kāi)關(guān)器件采取防靜電措施。（10）減少了元器件數(shù)量，縮小了體積。（11）采用了專用IC對(duì)門極進(jìn)行控制、保護(hù)，不需要考慮短路及開(kāi)關(guān)浪涌電壓帶來(lái)的裕量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了真正的高性能化。2-11 答：晶閘管電路對(duì)觸發(fā)電路的要求有以下幾個(gè)方面：（1）觸發(fā)信號(hào)要有足夠的功率。（2）觸發(fā)脈沖必須與主回路電源電壓保持同步。（3）觸發(fā)脈沖要有一定的寬度，前沿要陡。（4）觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)能滿足主電路的要求。2-12 答：對(duì)于同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路（見(jiàn)圖2-29），工作時(shí)，把負(fù)偏移電壓Ub調(diào)整到某值固定后，改變控制電壓Uc，就能改變ub4波形與時(shí)間橫軸的交點(diǎn)，就改變了V4由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的時(shí)刻，從而改變了觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，也就是改變控制角，達(dá)到移相控制的目的。通常設(shè)置Uc0對(duì)應(yīng)角的最大值，Uc增大時(shí)，角隨之減小。設(shè)置負(fù)偏移電壓的目的是為了使控制電壓Uc為正，以實(shí)現(xiàn)單極性調(diào)節(jié)。在電路中，電路是在V4導(dǎo)通的瞬間，也就是V5轉(zhuǎn)為截止的瞬間，開(kāi)始產(chǎn)生輸出脈沖的，V5截止的持續(xù)時(shí)間即為輸出脈沖的寬度，可見(jiàn)，輸出脈沖寬度，可由C3反充電的時(shí)間常數(shù)C3R14來(lái)設(shè)定。改變C3R14的大小，可改變輸出脈沖的寬度。2-13 答：對(duì)IGBT柵極驅(qū)動(dòng)電路的要求有一下幾點(diǎn)：（1）IGBT為電壓驅(qū)動(dòng)，輸入極為絕緣柵極，有一個(gè)容性輸入阻抗，對(duì)電荷積聚很敏感，因此驅(qū)動(dòng)電路必須可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路，即驅(qū)動(dòng)電路與IGBT的連線應(yīng)盡量短。（2）用內(nèi)阻小的驅(qū)動(dòng)源對(duì)柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓UGE的前后沿足夠陡峭，減少IGBT的開(kāi)關(guān)損耗。IGBT開(kāi)通后，柵極驅(qū)動(dòng)源能提供足夠的功率，以使IGBT的開(kāi)、關(guān)可靠，并避免在開(kāi)通期間因退飽和而使IGBT損壞。（3）要提供大小適當(dāng)?shù)恼聪蝌?qū)動(dòng)電壓UGE。正向偏壓UGE增大時(shí)，IGBT通態(tài)壓降和開(kāi)通損耗均下降。但若UGE過(guò)大，則在有短路過(guò)程的設(shè)備中，IC隨UGE的增大而增大，使IGBT能承受短路電流的時(shí)間減小，不利于其本身的安全。為此，UGE應(yīng)取得小一些，一般選UGE為1215 V。（4）在關(guān)斷時(shí)，為盡快抽取IGBT的存儲(chǔ)電荷，防止因關(guān)斷時(shí)浪涌電流過(guò)大而使IGBT誤導(dǎo)通，應(yīng)對(duì)其施加負(fù)偏壓（UGE），但其值又受C、E間最大反向耐壓限制，一般取510 V。（5）要提供合適的開(kāi)關(guān)時(shí)間?？焖匍_(kāi)通和關(guān)斷有利于提高工作頻率，減小開(kāi)關(guān)損耗，但在大電感負(fù)載情況下，IGBT的開(kāi)關(guān)時(shí)間不能太短，以限制di/dt所形成的尖峰電壓，防止元器件擊穿。（6）要有較強(qiáng)的抗干擾能力并帶有對(duì)IGBT的保護(hù)功能。（7）IGBT在電力電子設(shè)備中多用于高壓場(chǎng)合，因此驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)控制電路在電位上應(yīng)嚴(yán)格隔離。2-14 答：產(chǎn)生過(guò)電流的常見(jiàn)原因有以下幾個(gè)方面：（1）電網(wǎng)電壓波動(dòng)太大。（2）電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載過(guò)大。（3）整流電路直流輸出側(cè)短路和逆變電路因逆變失敗引起的短路。（4）可逆?zhèn)鲃?dòng)環(huán)流過(guò)大或控制系統(tǒng)存在故障。（5）內(nèi)部晶閘管損壞或觸發(fā)電路故障使晶閘管誤導(dǎo)通，造成相鄰橋臂上的晶閘管導(dǎo)通，引起兩相電源短路。2-15 答：過(guò)電流保護(hù)措施有以下幾種：（1）快速熔斷器保護(hù)。（2）過(guò)電流繼電器保護(hù)及脈沖移相保護(hù)。（3）拉逆變過(guò)電流保護(hù)。（4）直流快速斷路器保護(hù)。（5）進(jìn)線電抗限制保護(hù)。過(guò)電壓保護(hù)措施有以下幾種：由于幾乎不可能從根本上消除產(chǎn)生過(guò)電壓的根源，因而只能設(shè)法將過(guò)電壓的幅度限制到安全范圍之內(nèi)。針對(duì)這種尖峰狀瞬時(shí)過(guò)電壓，最常用的方法是在晶閘管兩端并聯(lián)RC吸收元件，利用電容兩端電壓不能突變的特性來(lái)吸收尖峰電壓，把電壓限制在晶閘管允許的范圍內(nèi)。（1）采用避雷器過(guò)電壓保護(hù)措施。（2）接地電容過(guò)電壓保護(hù)措施。（3）阻容保護(hù)（4）整流式阻容保護(hù)（5）硅堆保護(hù)（6）壓敏電阻保護(hù)（7）晶閘管泄能保護(hù)（8）換相過(guò)電壓保護(hù)2-16 答：針對(duì)尖峰狀瞬時(shí)過(guò)電壓，最常用的方法是在晶閘管兩端并聯(lián)RC吸收元件，利用電容兩端電壓不能突變的特性來(lái)吸收尖峰電壓，把電壓限制在晶閘管允許的范圍內(nèi)。串聯(lián)電阻R的作用是為了限制晶閘管開(kāi)通損耗和電流上升率，并防止電路產(chǎn)生振蕩。如不串電阻，電容兩端將會(huì)產(chǎn)生比電源電壓高得多的振蕩電壓，將導(dǎo)致晶閘管被擊穿。而且，在晶閘管承受正向電壓未導(dǎo)通時(shí)，電容C已充電，極性如圖2-54所示。在晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通的瞬間，電容C迅速經(jīng)晶閘管放電。若沒(méi)有電阻限流，這個(gè)放電尖峰電流將很大，不僅增加晶閘管開(kāi)通損耗，而且使流過(guò)晶閘管的電流上升率di/dt過(guò)大，易損壞晶閘管。由于C與R的作用是吸收或消耗過(guò)電壓的能量，因此這種電路稱為阻容吸收電路，見(jiàn)圖2-54中所