电力电子技术课后答案.doc

第 6 章 PWM 控制技术6. l.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 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 等分，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 /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6.5.什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？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f c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分段同步调制是把逆变电路的输出频率划分为若干段，每个频段的载波比一定，不同 频段采用不同的载波比其优点主要是，在高频段采用较低的载波比，使载波频率不致过 高，可限制在功率器件允许的范围内而在低频段采用较高的载波比，以使载波频率不致 过低而对负载产生不利影响6.6 什么是 SPWM 波形的规则化采样法？和自然采样法比规则采样法有什么优点？答：规则采样法是一种在采用微机实现时实用的 PWM 波形生成方法规则采样法是在自然采样法的基础上得出的规则采样法的基本思路是：取三角波载波两个正峰值之间为一个采样周期使每个 PWM 脉冲的中点和三角波一周期的中点(即负峰点)重合，在三角波的负峰时刻对正弦信号波采样而得到正弦波的值，用幅值与该正弦波值相等的一条水平直线近似代替正弦信号波，用该直线与三角波载波的交点代替正弦波与载波的交点，即可得出控制功率开关器件通断的时刻比起自然采样法，规则采样法的计算非常简单，计算量大大减少，而效果接近自然采样法，得到的 SPWM 波形仍然很接近正弦波，克服了自然采样法难以在实时控制中计算，在工程中实际应用不多的缺点。

6.7 如何提高 PWM 逆变电路的直流电压利用率?答：采用梯形波控制方式即用梯形波作为调制信号，可以有效地提高直流电压的利用率对于三相 PWM 逆变电路，还可以采用线电压控制方式即在相电压调制信号中叠加 3 的倍数次谐波及直流分量等，同样可以有效地提高直流电压利用率 6.9.什么是 PWM 整流电路？它和相控整流电路的工作原理和性能有何不同？答：PWM 整流电路就是采用 PWM 控制的整流电路，通过对 PWM 整流电路的适当控制，可以使其输入电流十分接近正弦波且和输入电压同相位，功率因数接近 l相控整流电路是对晶闸管的开通起始角进行控制，属于相控方式其交流输入电流中含有较大的谐波分量，且交流输入电流相位滞后于电压，总的功率因数低 PWM 整流电路采用 SPWM 控制技术为斩控方式其基本工作方式为整流，此时输 入电流可以和电压同相位，功率因数近似为 lPWM 整流电路可以实现能量正反两个方向的流动，既可以运行在整流状态，从交流侧向直流侧输送能量；也可以运行在逆变状态，从直流侧向交流侧输送能量而且这两种方式都可以在单位功率因数下运行此外，还可以使交流电流超前电压 90，交流电源送出无功功率，成为静止无功功率发生器。

或使电流比电压超前或滞后任一角度 6.10 在 PWM 整流电路中，什么是间接电流控制？什么是直接电流控制？答：在 PWM 整流电路中，间接电流控制是按照电源电压、电源阻抗电压及PWM 整流器输入端电压的相量关系来进行控制，使输入电流获得预期的幅值和相位，由于不需要引入交流电流反馈，因此称为间接电流控制直接电流控制中，首先求得交流输入电流指令值，再引入交流电流反馈，经过比较进行跟踪控制，使输入电流跟踪指令值变化因为引入了交流电流反馈而称为直接电流控制第 7 章 软开关技术1．高频化的意义是什么?为什么提高开关频率可以减小滤波器的体积和重量?为什么提高关频率可以减小变压器的体积和重量?答：高频化可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效的降低装置的体积和重量使装置小型化，轻量化是高频化的意义所在提高开关频率，周期变短，可使滤除开关频率中谐波的电感和电容的参数变小，从而减轻了滤波器的体积和重量；对于变压器来说，当输入电压为正弦波时， fNBSU4.，当频率 f提高时，可减小 N、S 参数值，从而减小了变压器的体积和重量2．软开关电路可以分为哪几类?其典型拓扑分别是什么样子的?各有什么特点?答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态．可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类：根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关 PWM 电路和零转换 PWM 电路。

准谐振电路：准谐振电路中电压或电流的波形为正弦波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式 零电压开关准谐振电路的基本开关单元 零电流开关准谐振电路的基本开关单元零开关 PWM 电路：这类电路中引入辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过程前后，此电路的电压和电流基本上是方波，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的 PWM 控制方式零电压开关 PWM 电路的基本开关单元 零电流开关 PWM 电路的基本开关单元零转换 PWM 电路：这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功率的交换玻消减到最小零电压转换 PWM 电路的基本开关单元 零电流转换 PWM 电路的基本开关单元3．在移相全桥零电压开关 PWM 电路中，如果没有谐振电感 L，电路的工作状态将发生哪些变化，哪些开关仍是软开关，哪些开关将成为硬开关?答：如果没有谐振电感 Lr，电路中的电容 1SC， 2与电感 L 仍可构成谐振电路，而电容 Cs3，Cs4 将无法与 Lr构成谐振回路，这样，S 3、S 4将变为硬开关，1S、 2仍为软开关。

12.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压 Ud波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？答：假设 VTl 不能导通，整流电压波形如下：假设 VT1 被击穿而短路，则当晶闸管 VT3 或 VT5 导通时，将发生电源相间短路，使得 VT3、VT5 也可能分别被击穿2.20.整流电路多重化的主要目的是什么?答：整流电路多重化的目的主要包括两个方面：一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰4.7 交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？答：交交变频电路的主要特点是：只用一次变流效率较高；可方便实现四象限工作，低频输出时的特性接近正弦波交交变频电路的主要不足是：接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用 36 只晶闸管；受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输出功率因数较低；输入电流谐波含量大，频谱复杂主要用途：500 千瓦或 1000 千瓦以下的大功率、低转速的交流调速电路，如轧机主传动装置、鼓风机、球磨机等场合。