王興貴電力電子逆變電路課后習(xí)題答案

王興貴電力電子逆變電路課后習(xí)題答案1.無源逆變電路和有源逆變電路的區(qū)別是什么?區(qū)別主要在于輸出端接的負載不同，如交流輸出端接的是交流電源（如電網(wǎng)），則為有源逆變電路，如果輸出端直接接負載，則為無源逆變。2.換流方式有哪幾種，各有什么特點?通常所說的換流方式指的是如何器件關(guān)斷的方式。?？煞譃橐韵聨追N：器件換流：利用全控型器件的自關(guān)斷能力進行換流的方式。電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓。即當(dāng)電網(wǎng)電壓為負時，該電壓施加在欲關(guān)斷的器件上時，器件自動關(guān)斷。該方式對沒有交流電網(wǎng)的無源逆變電路不適用。負載換流：由負載提供換流電壓，只要負載電流的相位超前于負載電壓的場合，都能實現(xiàn)。強迫換流：設(shè)置附加的換流電路。給欲關(guān)斷的器件強迫施加負電壓或負電流。3電壓型逆變電路和電流型逆變電路有何不同，電壓型逆變：1）直流側(cè)為電壓源2）逆變輸出電壓波形為矩形波3）逆變橋都并聯(lián)了反饋二極管。電流型逆變：1)直流側(cè)為電流源2）逆變輸出的電流波形為矩形波3）逆變橋不用反饋二極管。4．電壓型逆變電路中反饋二極管有什么作用?在電壓型逆變電路中,當(dāng)交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率,直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道,逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時,電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極性相反時,由反饋二極管提供電流通道。5三相橋式電壓型逆變電路，180o導(dǎo)電方式，UD=100V.試求相電壓的基波幅值和有效值，輸出線電壓的基波幅值和有效值。（書上第102頁）6.試說明PWM控制的基本原理。PWM控制就是通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）的技術(shù)。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，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。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π/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，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(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。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。可見，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。7.簡述采用硬件電路進行脈沖寬度調(diào)制的過程。通常用期望得到的電壓波形和載波信號（一般為三角波或鋸齒波）進行比較，然后再用比較產(chǎn)生的信號去控制電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，就能得到所需要的PWM輸出電壓。8．什么是SPWM波形的規(guī)則采樣法，比自然采樣法相比，規(guī)則采樣法有什么優(yōu)缺點。SPWM波形的規(guī)則采樣法是一種在采用微機實現(xiàn)時實用的SPWM波形生成方法。規(guī)則采樣SPWM規(guī)則采樣法的調(diào)制波為正弦信號，SPWM規(guī)則采樣法是在自然采樣法的基礎(chǔ)上得出的。規(guī)則采樣法的基本思路是：取三角波載波兩個正峰值之間為一個采樣周期。使每個PWM脈沖的中點和三角波一周期的中點（即負峰點）重合，在三角波的負峰時刻對正弦信號波采樣而得到正弦波的值，用幅值與該正弦波值相等的一條水平直線近似代替正弦信號波，用該直線與三角波載波的交點代替正弦波與載波的交點，即可得出控制功率開關(guān)器件通斷的時刻。與自然采樣法相比，規(guī)則采樣法的計算非常簡單，計算量大大減少，而采樣效果與自然采樣法相近，得到的SPWM波形仍然非常接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實時控制中在線計算，在工程實際中應(yīng)用不多的缺點。9．什么是異步調(diào)制，什么是同步調(diào)制，兩者有何特點，分段同步調(diào)制的目的是什么?希望輸出的波形叫調(diào)制信號，接受調(diào)制的信號叫載波。載波頻率和調(diào)制信號頻率之比叫做載波比N。根據(jù)載波與調(diào)制波是否同步，以及載波比N的變化情況PWM控制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。1、載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制，在導(dǎo)步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率不變，調(diào)制信號頻率變化時，N變化，半個周期內(nèi)，PWM脈沖個數(shù)不定，相位也不固定，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱。優(yōu)點：由于載波頻率固定，便于利用微處理器進行數(shù)字化控制；在調(diào)制波頻率較低時，可通過提高載波比，增加每個載波信號周期內(nèi)的脈沖數(shù)，從而改善輸出波形的質(zhì)量。缺點：PWM脈沖的對稱性無法保證，這些不對稱性對諧波分布和負載運行都會產(chǎn)生不利影響。2、同步調(diào)制即N為定值，調(diào)制波在一個周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。優(yōu)點：即使開關(guān)頻率較低，仍可以保證輸出波形的對稱性和諧波的分布特性。缺點：當(dāng)調(diào)制波的頻率較低時，為保持同步，載波頻率將會很低，此時輸出波形中主要諧波的的頻率也很低，從而使輸出的波形質(zhì)量變差。當(dāng)調(diào)制波的頻率較高時，載波的頻率更高，這可能使開關(guān)器件難以承受。分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率范圍分成若干個頻段，每個頻段內(nèi)載波比相同，不同的頻段內(nèi)載波比不同。在輸出頻率高的頻段采用較低的載波比，以使載波頻率不致太高，從而限制在功率開關(guān)器件允許范圍內(nèi)，在輸出頻率低的頻段采用較低高的載波比，以使載波頻率不致過低，從而對負載產(chǎn)生不利的影響。10．單極性和雙極性PWM模式有什么區(qū)別和特點?從調(diào)制脈沖的極性來看，PWM波形可分為單極性和雙極性兩種PWM模式。單極性PWM模式是指電路輸出在每半個周期始終保持相同的極性；雙極性PWM模式是指電路輸出在每個開關(guān)周期都是雙極性波形。與單極性模式相比，雙極性PWM模式控制電路和主電路比較簡單單極性PWM模式要比雙極性PWM模式輸出電壓中、高次諧波分量小得多，這是單極性模式的一個優(yōu)點。11.在三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓和輸出線電壓SPWM波形各有幾種電平?三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：0.5Ud和-0.5Ud。輸出線電壓有三種電平Ud、0、-Ud。12.試簡述開關(guān)損耗最小PWM控制的目的和過程開關(guān)損耗最小PWM控制的目的是：使輸出線電壓波形中不含低次諧波，同時盡可能提高直流電壓的利用率，盡量減少功率器件的開關(guān)次數(shù)以減小開關(guān)損耗。開關(guān)損耗最小PWM控制的過程：在相電壓的正弦波調(diào)制信號中疊加適當(dāng)大小的3次或其它3倍頻于正弦波的信號，甚至疊加直流分量，這些疊加分量并不會影響線電壓，但采用這樣的調(diào)制信號卻可以提高直流電壓的利用率，而且可以達到在信號波的一定周期內(nèi)開關(guān)器件不動作的目的，從而降低開關(guān)器件的損耗。13.特定諧波消去法的基本原理是什么?設(shè)半個信號波周期內(nèi)有10個開關(guān)時刻（不含0和π時刻）可以控制，可以消去的諧波有幾種?首先盡量使波形具有對稱性，為消去偶次諧波，應(yīng)使波形正負兩個半周期對稱。為消去諧波中的余弦項，應(yīng)使波形在正半周期前后1/4周期以π/2為軸線對稱。考慮到上述對稱性，半周期內(nèi)有五個開關(guān)時刻可以控制，利其中的一個自由度控制基波的大小，剩余的4個自由度可以用于消除4種頻率的諧波。14.什么是電流跟蹤型PWM變流器，采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器有何特點?電流跟蹤型PWM變流器是對變流電路采用電流跟蹤控制。也即不用信號波對載波進行調(diào)制，而是把希望輸出的電流作為指令信號，把實際電流作為反饋信號，通過二者的瞬時值比較來決定逆變電路各功率器件的通斷，使實際的輸出跟蹤電流變化。采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器的特點：①硬件電路簡單；②屬于實時控制方式，電流響應(yīng)快；③不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量；④與計算法和調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率的輸出電流中高次諧波的含量較多；⑤采用閉環(huán)控制；15．逆變電路多重化的目的是什么?如何來實現(xiàn)?逆變電路多重化的目的是使總體上裝置的功率等級提高，二是可以改善輸出電壓的波形。因為無論是電壓型逆變電路輸出是矩形電壓波，還是電流型逆變電路輸出的矩形電流波，都含有較多的諧波，對負載有不利影響，采用多重逆變電路，可以把幾個矩形波組合起來獲得接近正弦波的波形。逆變電路多重化就是將若干個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)多重是把幾個逆變電路的輸出串聯(lián)起來，并聯(lián)多重是把幾個逆變電路的輸出并聯(lián)起來。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的多重化。在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時，電流并不反向，依然經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，因此不需要并聯(lián)反饋二極管。16．簡述多電平逆變電路的分類和特點?多電平逆變電路主要有：二極管鉗位逆變電路、電容鉗位型逆變電路、具有獨立直流電源的級聯(lián)型逆變電路。二極管鉗位逆變電路：由于每一相都有一個鉗位二極管，可實現(xiàn)兩電容的中點電壓輸出，故電路的每一相都可實現(xiàn)三電平輸出。其線電壓比兩電平的逆變電路更接近正弦波，其諧波分布要優(yōu)于傳統(tǒng)的兩電平逆變電路。電容鉗位型逆變電路：①電容的引入，通過同一電平上不同開