變頻技術及應用 第2章.doc

習 題 22-1 答： 晶閘管導通必須同時具備兩個條件：一是晶閘管陽極電路加適當?shù)恼螂妷?；二是門極電路加適當?shù)恼螂妷海▽嶋H工作中，門極加正觸發(fā)脈沖信號），且晶閘管一旦導通，門極將失去控制作用。晶閘管導通后，就可以通過很大的電流，而它本身的管壓降只有1 V左右，因此晶閘管陽極伏安特性曲線（見圖2-5）靠近縱軸而且陡直。在晶閘管導通后，若逐漸減小正向電壓，正向電流也減小。當電流減小到某一數(shù)值時，晶閘管又從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關斷狀態(tài)，這時所對應的電流稱為維持電流IH，即維持晶閘管導通的最小電流。2-2 答：晶閘管陽極電路加適當?shù)恼螂妷海婚T極電路加適當?shù)恼螂妷?，當正向電壓增加到某一?shù)值時，漏電流突然增大，晶閘管由關斷狀態(tài)突然導通。在晶閘管導通后，若逐漸減小正向電壓，正向電流也減小。當電流減小到某一數(shù)值時，晶閘管又從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關斷狀態(tài)，這時所對應的電流稱為維持電流IH。維持電流是晶閘管維持導通的最小電流。因此要想使晶閘管維持導通，晶閘管通過的電流必須大于等于維持電流。在晶閘管導通后，若逐漸減小正向電壓，正向電流也減小。當電流減小到維持電流以下時，晶閘管又從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關斷狀態(tài)?；蛘呓o晶閘管施加反向陽極電壓時，無論有沒有門極電壓，晶閘管都不能導通。由晶閘管陽極伏安特性曲線（見圖2-5）可知，當晶閘管的陽極和陰極間加反向電壓或流過晶閘管的電流IA降低至小于維持電流IH，晶閘管由導通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關斷狀態(tài)。2-3 答：略。2-4 答：略。2-5 答：當流過晶閘管的電流IA降低至小于維持電流IH時，1和2迅速下降，使得1+2 很小，即IAICBO1+ICBO2，晶閘管恢復關斷狀態(tài)。2-6 答：略。2-7 答：只有一種載流子參與導電的器件稱為單極型器件。常見的單極型器件有功率場效應晶體管MOSFET和靜電感應晶體管SIT等。由電子和空穴兩種載流子參與導電的器件稱為雙極型器件。常見的雙極型器件有晶閘管（包括普通晶閘管SCR、雙向晶閘管TRIAC、逆導晶閘管RCT、非對稱晶閘管ASCR、門極可關斷晶閘管GTO、靜電感應晶閘管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)動信號才能維持在通態(tài)，當移去這個信號時，GTR便自動關斷。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，靜電荷積累過多，會使極間的電壓超過允許值而毀壞器件。因此可采取以下幾種靜電保護措施：（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，不要用手觸摸其管腳。（3）工作臺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)中要設置過電壓、欠電壓、過電流和過熱保護單元，以保證安全可靠地工作。2-10 答：IPM的優(yōu)點有以下幾個方面：（1）開關速度快。IPM內(nèi)的IGBT芯片都選用高速型，而且驅(qū)動電路緊靠IGBT芯片，驅(qū)動延時小。（2）低功耗。IPM內(nèi)部的IGBT導通壓降低，開關速度快。（3）快速的過流保護。IPM實時檢測IGBT電流，當發(fā)生嚴重過載或直接短路時，IGBT將被軟關斷，同時送出一個故障信號。（4）過熱保護。在靠近IGBT的絕緣基板上安裝了一個溫度傳感器，當基板過熱時，IPM內(nèi)部控制電路將截止柵級驅(qū)動，不響應輸入控制信號。（5）橋臂對管互鎖。在串聯(lián)的橋臂上，上下橋臂的驅(qū)動信號互鎖，有效防止上下臂同時導通。（6）抗干擾能力強。優(yōu)化的門級驅(qū)動與IGBT集成，布局合理，無外部驅(qū)動線。（7）驅(qū)動電源欠壓保護。當驅(qū)動控制電源低于一定值（一般為15 V）時，就會造成驅(qū)動能力不夠，增加導通損壞。IPM自動檢測驅(qū)動電源，當?shù)陀谝欢ㄖ党^10 s時，將截止驅(qū)動信號。（8）IPM內(nèi)藏相關的外圍電路。簡化了開發(fā)步驟，縮短了上市時間。（9）無須對功率開關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對門極進行控制、保護，不需要考慮短路及開關浪涌電壓帶來的裕量問題，實現(xiàn)了真正的高性能化。2-11 答：晶閘管電路對觸發(fā)電路的要求有以下幾個方面：（1）觸發(fā)信號要有足夠的功率。（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)脈沖的移相范圍應能滿足主電路的要求。2-12 答：對于同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路（見圖2-29），工作時，把負偏移電壓Ub調(diào)整到某值固定后，改變控制電壓Uc，就能改變ub4波形與時間橫軸的交點，就改變了V4由截止轉(zhuǎn)為導通的時刻，從而改變了觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時刻，也就是改變控制角，達到移相控制的目的。通常設置Uc0對應角的最大值，Uc增大時，角隨之減小。設置負偏移電壓的目的是為了使控制電壓Uc為正，以實現(xiàn)單極性調(diào)節(jié)。在電路中，電路是在V4導通的瞬間，也就是V5轉(zhuǎn)為截止的瞬間，開始產(chǎn)生輸出脈沖的，V5截止的持續(xù)時間即為輸出脈沖的寬度，可見，輸出脈沖寬度，可由C3反充電的時間常數(shù)C3R14來設定。改變C3R14的大小，可改變輸出脈沖的寬度。2-13 答：對IGBT柵極驅(qū)動電路的要求有一下幾點：（1）IGBT為電壓驅(qū)動，輸入極為絕緣柵極，有一個容性輸入阻抗，對電荷積聚很敏感，因此驅(qū)動電路必須可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路，即驅(qū)動電路與IGBT的連線應盡量短。（2）用內(nèi)阻小的驅(qū)動源對柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓UGE的前后沿足夠陡峭，減少IGBT的開關損耗。IGBT開通后，柵極驅(qū)動源能提供足夠的功率，以使IGBT的開、關可靠，并避免在開通期間因退飽和而使IGBT損壞。（3）要提供大小適當?shù)恼聪蝌?qū)動電壓UGE。正向偏壓UGE增大時，IGBT通態(tài)壓降和開通損耗均下降。但若UGE過大，則在有短路過程的設備中，IC隨UGE的增大而增大，使IGBT能承受短路電流的時間減小，不利于其本身的安全。為此，UGE應取得小一些，一般選UGE為1215 V。（4）在關斷時，為盡快抽取IGBT的存儲電荷，防止因關斷時浪涌電流過大而使IGBT誤導通，應對其施加負偏壓（UGE），但其值又受C、E間最大反向耐壓限制，一般取510 V。（5）要提供合適的開關時間?？焖匍_通和關斷有利于提高工作頻率，減小開關損耗，但在大電感負載情況下，IGBT的開關時間不能太短，以限制di/dt所形成的尖峰電壓，防止元器件擊穿。（6）要有較強的抗干擾能力并帶有對IGBT的保護功能。（7）IGBT在電力電子設備中多用于高壓場合，因此驅(qū)動電路與信號控制電路在電位上應嚴格隔離。2-14 答：產(chǎn)生過電流的常見原因有以下幾個方面：（1）電網(wǎng)電壓波動太大。（2）電動機拖動的負載過大。（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)鲃迎h(huán)流過大或控制系統(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通，造成相鄰橋臂上的晶閘管導通，引起兩相電源短路。2-15 答：過電流保護措施有以下幾種：（1）快速熔斷器保護。（2）過電流繼電器保護及脈沖移相保護。（3）拉逆變過電流保護。（4）直流快速斷路器保護。（5）進線電抗限制保護。過電壓保護措施有以下幾種：由于幾乎不可能從根本上消除產(chǎn)生過電壓的根源，因而只能設法將過電壓的幅度限制到安全范圍之內(nèi)。針對這種尖峰狀瞬時過電壓，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）采用避雷器過電壓保護措施。（2）接地電容過電壓保護措施。（3）阻容保護（4）整流式阻容保護（5）硅堆保護（6）壓敏電阻保護（7）晶閘管泄能保護（8）換相過電壓保護2-16 答：針對尖峰狀瞬時過電壓，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，電容兩端將會產(chǎn)生比電源電壓高得多的振蕩電壓，將導致晶閘管被擊穿。而且，在晶閘管承受正向電壓未導通時，電容C已充電，極性如圖2-54所示。在晶閘管觸發(fā)導通的瞬間，電容C迅速經(jīng)晶閘管放電。若沒有電阻限流，這個放電尖峰電流將很大，不僅增加晶閘管開通損耗，而且使流過晶閘管的電流上升率di/dt過大，易損壞晶閘管。由于C與R的作用是吸收或消耗過電壓的能量，因此這種電路稱為阻容吸收電路，見圖2-54中所