電力電子技術(shù)課后答案

1、電力電子技術(shù)課后答案第2章電力電子器件使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向 陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）。或：“ak 且gk0。維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才 能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答：維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流 大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電 流。要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，可利用外加電 壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接 近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下, 便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。圖1-43中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū) 間的電流波形，各波形的電流最大值均為/， m 試計(jì)算各波形的電流平均值Id1、婦、/d3與電

2、流 有效值I弓、烏。0在兀a)2兀0在兀a)2兀0予4兀52兀0 蕓b)c)2兀圖 1-43圖1-43晶閘管導(dǎo)電波形解:a)飛：、-曲伽)飛(導(dǎo),1) ,切17b)1j (I sin伽)2d(t) 2: : m4=I ；31mH2 42:.4767 zmI d2兀K-4=I sin wtd (wt)f 怎 +1) 5434 Im n 2c)I mI2=直j：(I sinwt)2d(wt) =%，0674112 4 2:m14I _= i .： d3 2n j 21 d (w t)I3 = 土j：I 2d(wt) = 12： 0 m2Im上題中如果不考慮安全裕量，問100A的晶 閘管能送出的平均

3、電流Id1、Id2 Id3各為多少？ 這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值Im1、婦、y各為多 少？解：額定電流I t(av)=100A的晶閘管，允許的 電流有效值I =157A，由上題計(jì)算結(jié)果知I 1 I 329.35,m1 aa.4767Id1 0.27171 . 89.48AIm2 a126.56c)4.=JIm2 二 A232.90,Id2,67410.5434AIm3=21 = 314,優(yōu)點(diǎn)開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小GTR耐壓高，電流大， 開關(guān)特性好，通 流能力強(qiáng)，飽和 壓降低GTO電壓、電流容量 大，適用于大功 優(yōu)點(diǎn)開關(guān)速度

4、高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小GTR耐壓高，電流大， 開關(guān)特性好，通 流能力強(qiáng)，飽和 壓降低GTO電壓、電流容量 大，適用于大功 i1= Lh = I開關(guān)速度低， 為電流驅(qū)動(dòng)， 所需驅(qū)動(dòng)功率 大，驅(qū)動(dòng)電路 復(fù)雜，存在二 次擊穿問題 電流關(guān)斷增益 很小，關(guān)斷時(shí)婦=1、=7&549.試說明IGBT、GTR、GTO和電力 MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn)。解：對(duì) IGBT、GTR、GTO 和電力 MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表：器 開關(guān)速度低于 電 力IGBT|三MOSFET,電 壓，電流容量 不及GTOIGBT|三電力MOSFET率場(chǎng)合，具有電

5、 導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其 通流能力很強(qiáng)門極負(fù)脈沖電 流大，開關(guān)速 度低，驅(qū)動(dòng)功 率大，驅(qū)動(dòng)電 路復(fù)雜，開關(guān) 頻率低電力MOSFET率場(chǎng)合，具有電 導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其 通流能力很強(qiáng)門極負(fù)脈沖電 流大，開關(guān)速 度低，驅(qū)動(dòng)功 率大，驅(qū)動(dòng)電 路復(fù)雜，開關(guān) 頻率低開關(guān)速度快，輸 入阻抗高，熱穩(wěn) 定性好，所需驅(qū) 動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng) 電路簡(jiǎn)單，工作 頻率高，不存在 二次擊穿問題電流容量小， 耐壓低，一般 只適用于功率 不超過10kW 的電力電子裝 置整流電路3.單相橋式全控整流電路，U2=100V,負(fù) 載中R=2Q, L值極大，當(dāng)a =30。時(shí)，要求: 作出，、七、和i2的波形；求整流輸出平均電壓氣、電流婦變 壓器二次電流

6、有效值12;考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電 壓和額定電流。解：、id、和i2的波形如下圖：輸出平均電壓Ud、電流I；變壓器二次電流有效值輸出平均電壓Ud、電流I；變壓器二次電2Ud=.9 % cosa =.9XlXcos3=77.97(V)IH=% /R=77.97/2=38.99 (A) d dI2=Id =38.99 (A)晶閘管承受的最大反向電壓為：急 U2=100 克=141.4(V)考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為:1=1UN=(23)X 141.4=283424 (V)考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為:1=1具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。流過晶閘管的電流有效值為：IVT=I

7、d/2 =27.57 (A)晶閘管的額定電流為：IN =(1.52)X27.57/1.57=2635 (A)具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。12.在三相橋式全控整流電路中，電阻 負(fù)載，如果有一個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整 流電壓,波形如何？如果有一個(gè)晶閘管被擊穿 而短路，其他晶閘管受什么影響？O“dorX答：假設(shè)VT1不能導(dǎo)通，整流電壓udO“dorXV / v y y f、*liiJ假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3或 vt5導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間短路，使得vt3、 vt5也可能分別被擊穿。liiJ513.三相橋式全控整流電路，U2=100V,帶 電阻電感負(fù)載，R=5Q, L值極大，

8、當(dāng)x =60。時(shí)， 要求：畫出/、id和iVT1的波形；計(jì)算%、匕、峪和小。解：、id和iVT1的波形如下：Oy.aJ/a I IbQ.u Oy.aJ/a I IbQ.u ba.u JL2 丁y u!、ab j，,4tu u I uu u ca I ： cbmti-I / I I A 1 A i 1 八 15 * 或H -I、_ Tj. -IOi Oi VT1、id、ZT和ivt分別如下Ud=2.34U2cosa =2.34X100Xcos60=117(V)Id = Ud/R = 117/5 = 23.4 (A)/DVT=Id/3=23.4/3=7.8 (A)IVT=Id/ 3 =23.4/百

9、=13.51 (A)18 .單相橋式全控整流電路，其整流輸出電 壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是 哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的 諧波？其中主要的是哪幾次？答：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐罚湔鬏敵鲭妷?中含有2k （k=1、2、3）次諧波，其中幅值最 大的是2次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有2k+1 （k=1、2、3 ）次即奇次諧波，其中主 要的有3次、5次諧波。19 .三相橋式全控整流電路，其整流輸出電 壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是 哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的 諧波？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中 含有6k （k=1、2、3

10、）次的諧波，其中幅 值最大的是6次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含 有6k 1（k=1、2、3）次的諧波，其中主要的 是5、7次諧波。23 .帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電 路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異 同？答：帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與 三相橋式全控整流電路相比有以下異同點(diǎn)：三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián)， 而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯(lián)，且 后者需要用平衡電抗器；當(dāng)變壓器二次電壓有效值U相等時(shí)，雙反 星形電路的整流電壓平均值Ud是三相橋式電路 的1/2,而整流電流平均值Id是三相橋式電路的2倍。在兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖 的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓ud

11、和整流電流 id的波形形狀一樣。24.整流電路多重化的主要目的是什么？ 答：整流電路多重化的目的主要包括兩個(gè)方面， 一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠 減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功功率對(duì)電網(wǎng) 的干擾。26.使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是 什么？答：條件有二：直流側(cè)要有電動(dòng)勢(shì)，其極性須和晶閘管的 導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的 平均電壓；要求晶閘管的控制角an/2,使Ud為負(fù) 值。29 .什么是逆變失敗？如何防止逆變失 敗？答：逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換流失敗，外接的 直流電源就會(huì)通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變?yōu)轫?向串聯(lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小

12、，形成很大的 短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。l=Jl=Jw防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸 發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電 源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角。等。 第4章逆變電路l=Jl=Jw1 .無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？ 答：兩種電路的不同主要是：有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)，即交流側(cè) 接有電源。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù) 載聯(lián)接。5.三相橋式電壓型逆變電路，180。導(dǎo)電方式， Ud=1O0V。試求輸出相電壓的基波幅值 1m 和有效值uUN1、輸出線電壓的基波幅值uUV1m 和有效值輸出線電壓中5次諧波的有效 值 UUV5。_解：輸出相電壓的基波幅值為U *

13、=。即=631(V) 輸出相電壓基波有效憧為：U = U_ M.45U =45(V)UN1 、: 2d輸出線電壓的基波幅值為U 二一 11U =110(V)U d 1.1UUV1m 兀d輸出線電壓基波的有效值為=78(V)廠U輸出線電壓基波的有效值為=78(V)廠U反U uvim =U 0.78UUV1v2兀輸出線電壓中五次諧波的表達(dá)式為:uUV5d sin 5(t5兀23U其有效值為:UV5UUV5=斗UUV56.并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換 相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件？1=1w答：假設(shè)在t時(shí)刻觸發(fā)vt2、vt3使其導(dǎo)通，負(fù) 載電壓uo就通過VT2、VT3施加在VTVT4 上，使其

14、承受反向電壓關(guān)斷，電流從VTVT4 向vt2、vt3轉(zhuǎn)移，觸發(fā)vt2、VT3時(shí)刻t必須 在uo1=1w8.逆變電路多重化的目的是什么？如何實(shí)現(xiàn)？ 串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路各用于什么場(chǎng) 合？答：逆變電路多重化的目的之一是使總體上裝 置的功率等級(jí)提高，二是可以改善輸出電壓的 波形。因?yàn)闊o論是電壓型逆變電路輸出的矩形 電壓波，還是電流型逆變電路輸出的矩形電流 波，都含有較多諧波，對(duì)負(fù)載有不利影響，采用多重逆變電路，可以把幾個(gè)矩形波組合起來 獲得接近正弦波的波形。I=Jw逆變電路多重化就是把若干個(gè)逆變電路的 輸出按一定的相位差組合起來，使它們所含的 某些主要諧波分量相互抵消，就可以得到較為 接近正弦

15、波的波形。組合方式有串聯(lián)多重和并 聯(lián)多重兩種方式。串聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路 的輸出串聯(lián)起來，并聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路 的輸出并聯(lián)起來。I=Jw串聯(lián)多重逆變電路多用于電壓型逆變電路 的多重化。并聯(lián)多重逆變電路多用于電流型逆變電路 得多重化。第5章 直流直流變流電路簡(jiǎn)述圖5-1a所示的降壓斬波電路工作原答：降壓斬波器的原理是：在一個(gè)控制周期中， 讓V導(dǎo)通一段時(shí)間t，由電源E向L、R、M 供電，在此期間，u=E.然后使V關(guān)斷一段時(shí) 間toff,此時(shí)電感L通過二極管VD向R和M 供電，uo = 0。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓 Uo = ，展。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的 onX E t + t 作用。在

16、圖5-1a所示的降壓斬波電路中， E=100V,乙=1mH, R=0.5 Q, EM=10V,采用 脈寬調(diào)制控制方式，T=20s,當(dāng)ton=5n s時(shí)， 計(jì)算輸出電壓平均值Uo,輸出電流平均值I, 計(jì)算輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值并判斷負(fù) 載電流是否連續(xù)。當(dāng)ton=3/s時(shí)，重新進(jìn)行上 述計(jì)算。解：由題目已知條件可得：m= em=四=0.1E 布T = L = 0.001 =0.002R 0.5當(dāng)婦=5s時(shí)，有p = t =0.01TIap= t =0.0025on由于Tgap 1 = e 0.0025 1 =0.249me p 1e 0.01 1所以輸出電流連嫁。此時(shí)輸出平均電壓為U。= t

17、E=100 x 5 =25（V）一、節(jié) 20輸出平均電流為I U - Em 25 10 =30（A）100 =100 =30.19(A)0.5100 =29.81(A)05=(1 =(1 - e -ap、:一 mk 1 一 e-pjeap 1Im I e p 1J1 一 e -0.0025；一T JRE RE = ( e 0.0025 一 1 0.1 e 0.01 一 1I min ，k e p 1 J R k e0.01 1 J 0.5當(dāng)fon=3/s時(shí)，采用同樣的方法可以得出:ap =0.0015由于eap 1 = e 0.015 -1 =0.149m所以輸出電流仍然逢續(xù)一。此時(shí)輸出電壓、

18、電流的平均值以及輸出電 流最大、最小瞬時(shí)值分別為：U = E = 100 X 3 =15（V）o T 20Io = U - E., = 15 -10 = 10(A)0 R M 0.5Imax100 =10.13(A) 0.5100 =9.873(A) 05 TOC o 1-5 h z =(1 - Imax100 =10.13(A) 0.5100 =9.873(A) 05n-01 一 e -0.01J(e0.0015 1),3.r0.1 e 0.01 1J簡(jiǎn)述圖5-2a所示升壓斬波電路的基本 工作原理。答：假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很 大。當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電， 充電電流基

19、本恒定為七，同時(shí)電容C上的電壓 向負(fù)載R供電，因C值很大，基本保持輸出電 壓為恒值U。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，此階 段電感L上積蓄的能量為EIt。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí) E和L共同向電容C充電并向負(fù)載R提供能量。 設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為tof，則在此期間電感L 釋放的能量為0 E)It。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)， 一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：EI t =(U E)I t化簡(jiǎn)得：1 ono1 offU = ton + toff E = TE0tt式中的/t 1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該 電路為升壓 波電路。在圖5-2a所示的升壓斬波電路中，已 知E=50V, L值和C值極大，R=2

20、0Q，采用脈寬 調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40,s，t =25s時(shí)，計(jì) on算輸出電壓平均值氣，輸出電流平均值Io。U = &=工 x 50=133. 3(V)o t40 - 25輸出電流平均值為：I =烏二竺=6.667(A)10 .多相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn)?答：多相多重?cái)夭娐芬蛟陔娫磁c負(fù)載間接入 了多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路，使得輸入電 源電流和輸出負(fù)載電流的脈動(dòng)次數(shù)增加、脈動(dòng) 幅度減小，對(duì)輸入和輸出電流濾波更容易，濾 波電感減小。此外，多相多重?cái)夭娐愤€具有備用功能， 各斬波單元之間互為備用，總體可靠性提高。 第6章 交流交流變流電路單相交流調(diào)壓器，電源為工頻 220V，阻感串聯(lián)作為負(fù)載，其

21、中 R=0.5 C, L=2mH。試求：開通角a的變化范圍；負(fù)=j載電流的最大有效值；最大輸出功率及此時(shí) 電源側(cè)的功率因數(shù)；當(dāng)a=生時(shí)，晶閘管電流 有效值，晶閘管導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。=j解：負(fù)載阻抗角為：0.5(P =arctan(匹)=arctan( 2兀 x50 x2xiot)0.5liiJRcliiJ=0.89864=51.49 liiJ開通角a的變化范圍為：liiJP v a n0.89864 a n當(dāng)a = p時(shí)，輸出電壓最大，負(fù)載電流也為P =omax功率因數(shù)為12 RP =omax功率因數(shù)為12 R =omax、2L220 jR2+(3L)2 /R =37.532(KW)人=

22、oma = 37532 = 0.6227U I 220 x 273.98實(shí)際上，此時(shí)的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗角的 余弦，即cos(p =0.6227打二時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式(4-7 )得 2sin(兀 + 0 -0.89864)=sin(兀一0.89864)工e tag解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為：6 =2.375=136.1 也可由圖4-3估計(jì)出。的值。此時(shí)，晶閘管電流有效值為sin0 cos(2a +甲 + 0)I =i0 VTy2兀 Z ：cos 甲220 X ：2 齊二 sin 2.375 x cos(兀 + 0.89864 + 2.375) =123.2(A)2兀一 x 0.8

23、03V cos 0.8986412 R人=e12 R人=eU I1 o牛竺二174.22 x 0.5 二。.3959U11220 x 174.2交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū) 別？二者各運(yùn)用于什么樣的負(fù)載？為什么？ 答：交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路的電路形式 完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。交流調(diào)壓電路是在交流電源的每個(gè)周期對(duì) 輸出電壓波形進(jìn)行控制。而交流調(diào)功電路是將 負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周波，再斷開幾個(gè)周 波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值 來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光臺(tái) 燈和舞臺(tái)燈光控制）及異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)， 也用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在供

24、用電系統(tǒng)中，還 常用于對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電 壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采 用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。如采用 晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流 電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大 電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十 分不合理的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次 側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在 變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。這 樣的電路體積小、成本低、易于設(shè)計(jì)制造。交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時(shí)間常數(shù) 很大的控制對(duì)象。由于控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大， 沒有必要對(duì)交流電源的每個(gè)周期進(jìn)行頻繁控 制。交交變頻電路的最高輸出頻率是多少？ 制約

25、輸出頻率提高的因素是什么？ 答：一般來講，構(gòu)成交交變頻電路的兩組變流 電路的脈波數(shù)越多，最高輸出頻率就越高。當(dāng) 交交變頻電路中采用常用的6脈波三相橋式整 流電路時(shí)，最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的1/31/2錯(cuò)誤!未指定書簽。當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz 時(shí)，交交變頻電路輸出的上限頻率為20Hz左當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所包含 的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電壓波 形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要因素。5 .交交變頻電路的主要特點(diǎn)和不足是什么？ 其主要用途是什么？答：交交變頻電路的主要特點(diǎn)是：只用一次變流，效率較高；可方便實(shí)現(xiàn)四 象限工作；低頻輸出

26、時(shí)的特性接近正弦波。交交變頻電路的主要不足是：接線復(fù)雜，如采用三相橋式電路的三相交交 變頻器至少要用36只晶閘管；受電網(wǎng)頻率和變 流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸出功 率因數(shù)較低；輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。主要用途：500千瓦或1000千瓦以下的大 功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路，如軋機(jī)主傳動(dòng) 裝置、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等場(chǎng)合。7在三相交交變頻電路中，采用梯形波輸出控 制的好處是什么？為什么？答：在三相交交變頻電路中采用梯形波控制的好處是可以改善輸入功率因數(shù)。因?yàn)樘菪尾ǖ闹饕C波成分是三次諧波， 在線電壓中，三次諧波相互抵消，結(jié)果線電壓 仍為正弦波。在這種控制方式中，因?yàn)闃蚴诫?路能夠較長(zhǎng)時(shí)間工

27、作在高輸出電壓區(qū)域（對(duì)應(yīng) 梯形波的平頂區(qū)），角較小，因此輸入功率因 數(shù)可提高15%左右。8.試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。 為什么說這種電路有較好的發(fā)展前景？ 答：矩陣式變頻電路的基本原理是：對(duì)輸入的單相或三相交流電壓進(jìn)行斬波控 制，使輸出成為正弦交流輸出。liiJ矩陣式變頻電路的主要優(yōu)點(diǎn)是：輸出電壓為 正弦波；輸出頻率不受電網(wǎng)頻率的限制；輸入 電流也可控制為正弦波且和電壓同相；功率因 數(shù)為1,也可控制為需要的功率因數(shù)；能量可雙 向流動(dòng)，適用于交流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行；不 通過中間直流環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻，效率較高。liiJ矩陣式交交變頻電路的主要缺點(diǎn)是：所用的 開關(guān)器件為18個(gè)，電路結(jié)構(gòu)

28、較復(fù)雜，成本較高， 控制方法還不算成熟；輸出輸入最大電壓比只 有0.866，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低。因?yàn)榫仃囀阶冾l電路有十分良好的電氣性I=Jw能，使輸出電壓和輸入電流均為正弦波，輸入 功率因數(shù)為1，且能量雙向流動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)四象限 運(yùn)行；其次，和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電 路相比，雖然多用了 6個(gè)開關(guān)器件，卻省去直 流側(cè)大電容，使體積減少，且容易實(shí)現(xiàn)集成化 和功率模塊化。隨著當(dāng)前器件制造技術(shù)的飛速 進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，矩陣式變頻電 路將有很好的發(fā)展前景。I=Jw第7章PWM控制技術(shù)1 .試說明PWM控制的基本原理。答：PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技 術(shù)。即通過對(duì)一系列脈沖

29、的寬度進(jìn)行調(diào)制，來 等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。l=Jw1=1w在采樣控制理論中有一條重要的結(jié)論：沖量 相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié) 上時(shí)，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。 效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相 同。上述原理稱為面積等效原理l=Jw1=1w以正弦PWM控制為例。把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N個(gè)彼此相連的脈沖列 所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于n /N，但幅值不等且脈沖頂部不是水平直線而是 曲線，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形 脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部 分的中點(diǎn)重合，且使矩形

30、脈沖和相應(yīng)的正弦波 部分面積（沖量）相等，就得到PWM波形。 各PWM脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規(guī)律 變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦 半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以 用同樣的方法得到PWM波形?？梢姡玫?的PWM波形和期望得到的正弦波等效。3.單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別？ 三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓（輸 出端相對(duì)于直流電源中點(diǎn)的電壓）和線電壓SPWM波形各有幾種電平？答：三角波載波在信號(hào)波正半周期或負(fù)半周期 里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個(gè) 周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性 PWM控制方式。三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的， 所

31、得的PWM波形在半個(gè)周期中有正、有負(fù)， 則稱之為雙極性PWM控制方式。三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電 壓有兩種電平：0.5Ud 和-0.5 Ud。輸出線電壓有 三種電平Ud、0、- Ud。I=J4 .特定諧波消去法的基本原理是什么？設(shè)半 個(gè)信號(hào)波周期內(nèi)有10個(gè)開關(guān)時(shí)刻（不含0和冗 時(shí)刻）可以控制，可以消去的諧波有幾種？ 答：首先盡量使波形具有對(duì)稱性，為消去偶次 諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩個(gè)半周期對(duì)稱，為消去 諧波中的余弦項(xiàng)，使波形在正半周期前后1/4 周期以冗/2為軸線對(duì)稱。I=J考慮到上述對(duì)稱性，半周期內(nèi)有5個(gè)開關(guān)時(shí) 刻可以控制。利用其中的1個(gè)自由度控制基波 的大小，剩余的4個(gè)自由度可用于消

32、除4種頻 率的諧波。5 .什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？?jī)?者各有何特點(diǎn)？分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方 式稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，通常保 持載波頻率fc固定不變，因而當(dāng)信號(hào)波頻率fr 變化時(shí)，載波比N是變化的。異步調(diào)制的主要特點(diǎn)是：在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè) 數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖 不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì) 稱。這樣，當(dāng)信號(hào)波頻率較低時(shí)，載波比N較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對(duì) 稱和半周期內(nèi)前后1/4周期脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的 不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。=i而當(dāng)信號(hào)波頻率增高時(shí)，

33、載波比N減小， 周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響 就變大，有時(shí)信號(hào)波的微小變化還會(huì)產(chǎn)生PWM 脈沖的跳動(dòng)。這就使得輸出PWM波和正弦波 的差異變大。對(duì)于三相PWM型逆變電路來說, 三相輸出的對(duì)稱性也變差。=i載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信 號(hào)波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。同步調(diào)制的主要特點(diǎn)是：在同步調(diào)制方式中，信號(hào)波頻率變化時(shí)載波 比N不變，信號(hào)波一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是 固定的，脈沖相位也是固定的。當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的 載波頻率兒也很低丈過低時(shí)由調(diào)制帶來的諧波 不易濾除。當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)帶來較大的 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的

34、 載波頻率兒會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受。此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一 些。分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率劃分 為若干段，每個(gè)頻段的載波比一定，不同頻段 采用不同的載波比。其優(yōu)點(diǎn)主要是，在高頻段 采用較低的載波比，使載波頻率不致過高，可 限制在功率器件允許的范圍內(nèi)。而在低頻段采 用較高的載波比，以使載波頻率不致過低而對(duì) 負(fù)載產(chǎn)生不利影響。7.單相和三相SPWM波形中，所含主要諧波 頻率為多少？答：?jiǎn)蜗郤PWM波形中所含的諧波頻率為：n + ks式中，n=1,3,5，時(shí)，左三0,2,4,；n=2,4,6,時(shí)， k=1,3,5,在上述諧波中，幅值最高影響最大的是角頻 率為c的諧波分量。三相SPWM波形中所含的諧波頻率為：n 土 k式中，n=1,3,5,時(shí)，k=3(2m-1)土 1, m=1,2,；n=2,4,6,時(shí)，k _|6m +1 m = 0,1,.6m -1 m = 1,2,在上述諧