《電力電子技術(shù)》全套練習(xí)（大學(xué)期末復(fù)習(xí)資料）

1、 項目1 緒論 習(xí)題答案1.1什么是電力電子技術(shù)？答：電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大部分。電力電子技術(shù)是利用功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)作用控制電功率的流動，從而實現(xiàn)對電能進(jìn)行變換，能對各種電氣參數(shù)如電壓、電流、頻率、波形的變換。1.2 試述電力電子技術(shù)的發(fā)展史？答：1904年出現(xiàn)了電子管，它能在真空中對電子流進(jìn)行控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開啟了電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的先河。20世紀(jì)30年代到50年代，水銀整流器廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動機(jī)的傳動，甚至用于直流輸電。1957年美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管。晶閘管由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，使之很快

2、就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組， 70年代后期，以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應(yīng)晶體管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展。在80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件綜合了兩者的優(yōu)點。隨著全控型電力電子器件的不斷進(jìn)步，電力電子電路的工作頻率也不斷提高。1.3簡述電力電子技術(shù)在工業(yè)和家用電器中的應(yīng)用？答：工業(yè)中大量應(yīng)用的各種交直流電動機(jī)的啟動與調(diào)速大量用電力電子裝置進(jìn)行控制，如變頻器、軟啟動器等調(diào)速裝置的使用避免了啟動電流對設(shè)備與電網(wǎng)的沖擊，讓電機(jī)運行更加穩(wěn)定，節(jié)省電能的同時，延長了設(shè)備的使用壽命。電化學(xué)工業(yè)大量使

3、用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源，同時還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。家用電器產(chǎn)品如電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計算機(jī)產(chǎn)品的電源部分不斷升級，從而使家用電器提高效率，降低能耗；空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等大功率電器的電路控制系統(tǒng)不斷改進(jìn)，新的變頻啟動技術(shù)得到大量應(yīng)用。1. 填空題(1)為了減小損耗，電力電子器件一般工作在 開關(guān) 狀態(tài)。(2)晶閘管的導(dǎo)通條件為 陽極正偏 和 門極正偏 。(3)電力晶體管的電流是由 電子 和 空穴 兩種載流子運動形成的。(4)電力MOSFET是 電壓 控制型器件，其輸入阻抗 極高

4、 ，輸入電流 非常小 。(5) IGBT的開通和關(guān)斷是由 UGE 決定的。2. 選擇題(1)晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就( )控制作用，不論門極觸發(fā)信號是否還存在，晶閘管都( )導(dǎo)通。CA. 保持 停止 B. 失去 停止 C. 失去 保持 D. 保持 保持(2)門極可關(guān)斷晶閘管屬( C )型器件。A. 不可控 B. 半控 C. 全控 (3)在電力電子電路中，GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在( A )和( C )。A. 截止區(qū) B. 放大區(qū) C. 飽和區(qū) (4)電力電子器件中工作頻率最高的是( B )。A. GTO B. MOSFET C. IGBT D. GTR(5) IGBT是由( B )和( D

5、)構(gòu)成的一種復(fù)合器件。A. SCR B. GTR C. GTO D. MOSFET3. 簡答與計算(1)如何關(guān)斷晶閘管？關(guān)斷晶閘管的方法有：(1)晶閘管處在正向陽極電壓下，設(shè)法使流過它的電流減小到零，使其關(guān)斷；(2)去掉陽極所加的正向電壓，迫使流過它的電流減小到零而使其關(guān)斷；(3)給原來處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管兩端加反向電壓，使其陽極電壓突然由正向變?yōu)榉聪?，迫使電流迅速減小到零而關(guān)斷。(2)試說明GTO能自關(guān)斷的原理。GTO導(dǎo)通時飽和程度較淺，接近于臨界飽和。關(guān)斷時給GTO門極加負(fù)脈沖，即從門極抽出電流，強(qiáng)烈的正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。多元集成結(jié)構(gòu)使每個GTO元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大

6、為縮短，使 P2基區(qū)的橫向電阻很小，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。(3)什么是GTR的二次擊穿？產(chǎn)生二次擊穿的原因是什么？發(fā)生一次擊穿后，如果有外接電阻限制電流IC增大，一般不會引起GTR特性變壞。如果不限制IC的增長，繼續(xù)增高外接電壓UCE，當(dāng)IC增大到某個臨界點時，UCE會突然下降，而IC迅速增大，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿。GTR發(fā)生二次擊穿必須同時具備三個條件：高電壓、大電流和持續(xù)時間。(4)下圖中實線部分為流過晶閘管的電流波形，各波形的電流最大值均為Im，試計算各波形的電流平均值Id、電流有效值I和波形系數(shù)Kf。(a)(b)(c)(d)（a） （b） （c） （d） 在三相半波整流電

7、路中，如果相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓Ud的波形。解：假設(shè)，當(dāng)負(fù)載為電阻時，ud的波形如下： 當(dāng)負(fù)載為電感時，ud的波形如下：在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個晶閘管不能導(dǎo)通，此時的整流電壓Ud波形如何？如果有一個晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？答：假設(shè)VT1不能導(dǎo)通，整流電壓ud波形如下：假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3或VT5導(dǎo)通時，將發(fā)生電源相間短路，使得VT3、VT5也可能分別被擊穿。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

8、相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6k（k1、2、3）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6k1(k=1、2、3)次的諧波，其中主要的是5、7次諧波。在電阻性負(fù)載三相半波可控整流電路中，如果窄脈沖出現(xiàn)早，即在移到自然換相之前，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？畫出負(fù)載側(cè)Ud波形。答：如圖所示，當(dāng)觸發(fā)脈沖ug1觸發(fā)a相晶閘管，則相晶閘管導(dǎo)通。當(dāng)ug2觸發(fā)b相晶閘管時，由于a相電壓高于b相電壓，a相晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，b相晶閘管因承受反壓而不導(dǎo)通。過了自然換相點后，盡管b相電壓高于a相電壓，但b相晶閘管的觸發(fā)脈沖ug2已消失，所以b相晶閘管仍不導(dǎo)通。a相晶閘管導(dǎo)通到過零點結(jié)束。接著導(dǎo)通的是c相

9、晶閘管。由此可以看出，由于晶閘管間隔導(dǎo)通而出現(xiàn)了輸出波形相序混亂現(xiàn)象，這是不允許的。單相全控橋式逆變電路與單相橋式（二極管）整流電路有何差別？是否所有的整流電路都可以用來作為逆變電路？ 答：單相全控橋式逆變電路是DCAC變換電路，是單相全控橋式變流電路工作于逆變狀態(tài)，其負(fù)載為反電動勢負(fù)載，控制角為90的情況。單相橋式（二極管）整流電路是ACDC變換電路，是單純的整流電路，相當(dāng)于單相全控橋式變流電路工作于整流狀態(tài)，控制角=0時的情況。不是所有的整流電路都可以用來作為逆變電路。例如，單相、三相半控橋式變流電路，帶續(xù)流二極管的變流電路都只能工作于整流狀態(tài)，不能用來作為逆變電路。某一電熱裝置（電阻性負(fù)

10、載），要求直流平均電壓為75V，電流為20A，采用單相半波可控整流電路直接從220V交流電網(wǎng)供電。計算晶閘管的控制角、導(dǎo)通角、負(fù)載電流有效值，并選擇晶閘管。將單相半波可控整流電路中電阻負(fù)載和電感性負(fù)載的工作原理作個比較，找出差別，并畫出電阻負(fù)載輸出電壓Ud、電流Id和晶閘管電壓uV1波形；寫出Ud、Id計算公式。答：電阻性負(fù)載電路輸出電流id與輸出電壓ud相位相同，波形相似。晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從至，導(dǎo)通角。ud波形從至變壓器二次電壓正變負(fù)的過零點。電感性負(fù)載電路由于電感的儲能作用，輸出電流id與輸出電壓ud相位不相同，電流id滯后于電壓ud。而且，電流id不能隨電壓ud突變。晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從開始并

11、超過過零點，導(dǎo)通角。ud波形從開始至變壓器二次電壓正變負(fù)的過零點后，進(jìn)入負(fù)半周。導(dǎo)通角的大小，與負(fù)載電感值L有關(guān)，L越大，儲能越多，亦越大，ud波形進(jìn)入變壓器二次電壓負(fù)半周的部分亦越多，輸出電壓的平均值Ud亦下降的越多。當(dāng)負(fù)載為大電感負(fù)載時，Ud近似等于零，此時輸出平均電流Id亦很小。電阻負(fù)載Ud、Id計算公式如下：1. 解答：見圖。Buck變換器開關(guān)管導(dǎo)通時，輸入電壓給電感充電儲能，同時給負(fù)載供電；開關(guān)管關(guān)斷時，電感電流經(jīng)續(xù)流二極管釋放儲能給負(fù)載供電。Buck變換器開關(guān)管作高頻開關(guān)動作時，輸入直流電壓被開關(guān)管斬成PWM電壓加到電感L與電容C構(gòu)成的低通濾波電路上。Buck變換器作DC-DC變換

12、器時，LC濾波電路僅通過PWM電壓的直流分量，幾乎完全過濾掉PWM電壓的高頻分量，使得變換器輸出直流電壓就是PWM電壓濾去高頻開關(guān)分量后的直流分量。2. 解答： Buck變換器電感電流工作于臨界連續(xù)狀態(tài)時的負(fù)載電流記為。有。當(dāng)時，Buck變換器工作于連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）；當(dāng)時，Buck變換器工作于斷續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）。3. 解答：D=ton/T=2010-6/(5010-6，輸出電壓Uo=DE=0.4200V=80V,輸出電流Io=Uo/R=80V/20=4A 。4. 解答：Buck變換器由于負(fù)載電流的大幅減小而由連續(xù)導(dǎo)電工作模式轉(zhuǎn)入斷續(xù)導(dǎo)電工作模式時，如果不改變開關(guān)管的工作占空比，變換器

13、輸出電壓將會升高?？蛰d時，Buck變換器輸出電壓等于輸入電壓。5. 解答：如圖所示，S為功率開關(guān)管，L為升壓電感，電容C為輸出端濾波電容，電容C上的電壓即為變換器輸出電壓。當(dāng)S處于導(dǎo)通態(tài)時，電源E向電感L充電儲能，電感電流上升，此時由電容C以放電方式向負(fù)載R供電；當(dāng)S處于斷態(tài)時，電感電流通過續(xù)流二極管VD向電容C及負(fù)載R釋放儲能，電感電流下降，此時電容C完成充電儲能，同時與電感L共同向負(fù)載R供電。6. 解答：Boost變換器電感電流工作于臨界連續(xù)狀態(tài)時的負(fù)載電流記為。有。當(dāng)時，Boost變換器工作于連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）；當(dāng)時，Boost變換器工作于斷續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）。因此，Boost變換

14、器連續(xù)導(dǎo)電工作模式與斷續(xù)導(dǎo)電工作模式的臨界切換條件就是其負(fù)載電流Io是大于還是小于Boost變換器處于臨界連續(xù)工作狀態(tài)時的負(fù)載電流IOB。高頻PWM控制的Boost變換器輸出電流趨近于零時，輸出電壓會趨近于無窮大，故不允許空載運行。7. 解答：將Buck變換器與Boost變換器串聯(lián)成兩級變換器就構(gòu)成Buck-Boost變換器或Cuk變換器。在連續(xù)導(dǎo)電工作模式（CCM）下，Cuk變換器的輸入輸出電壓變比與Buck-Boost變換器的變比完全相同，僅與穩(wěn)態(tài)占空比相關(guān)，與輸出電流無關(guān)，其輸出電壓的極性也跟電源電壓E的極性相反,且同時具有升、降壓功能。與Buck-Boost變換器相比較，Cuk變換器增

15、加了電感，所用功率器件更多，但Cuk變換器的優(yōu)點是可使其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都實現(xiàn)連續(xù)，而且可通過與兩個電感的耦合，其電流脈動紋波可以接近于零。8. 解答：Speic變換器電路原理圖為Zeta變換器的電路原理圖為Sepic變換器和Zeta變換器在連續(xù)導(dǎo)電模式下的穩(wěn)態(tài)輸入輸出關(guān)系為。9. 解答：如圖，反激變換器工作原理為：開關(guān)管導(dǎo)通時，電源通過原邊繞組給反激變壓器充電儲能，同時濾波電容以放電方式給負(fù)載供電，此時段變壓器原邊電流上升，副邊電流為零，整流二極管承受反向電壓而截止；開關(guān)管關(guān)斷時，反激變壓器將儲存的能量通過副邊繞組并經(jīng)二極管傳送給負(fù)載和輸出濾波電容，反激變壓器既對負(fù)載供電，又補償電

16、容給負(fù)載供電時消耗的能量，此時段變壓器原邊電流為零，電流下降。如圖，正激變換器的工作原理是：開關(guān)管處于導(dǎo)通態(tài)時，電源通過變壓器變壓后由副邊繞組輸出，再經(jīng)整流二極管向濾波電感充電儲能，電感電流上升，同時給包含濾波電容的并聯(lián)負(fù)載供電。開關(guān)管處于斷態(tài)時，整流二極管承受反向電壓而截止，電感通過續(xù)流二極管釋放電能給包含濾波電容的并聯(lián)負(fù)載供電。10. 解答：Buck-Boost變換器的變壓比，而反激變換器的變壓比, Buck變換器變壓比，而正激變換器的變壓比為，在輸入輸出關(guān)系上反激變換器相對于Buck-Boost變換器，正激變換器相對于Buck變換器加入了變壓器匝比N2/N1。 項目5 諧波與功率因數(shù) 鞏

17、固練習(xí)5.1 交流設(shè)備輸入電流arch_exp&ie=utf8 t _parent 諧波與其 HYPERLINK :/zhidao.baidu /search?word=%E5%8A%9F%E7%8E%87%E5%9B%A0%E6%95%B0&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _parent 功率因數(shù)的關(guān)系是怎樣的？答：諧波與功率因數(shù)的關(guān)系式為：交流負(fù)載的功率因數(shù)由輸入電流基波相移及電流波形畸變程度兩個因素共同決定。電流波形畸變越嚴(yán)重，功率因數(shù)PF越小。 HYPERLINK :/zhidao.baidu /search?word=%E8%B0%90%E6%B3%A2&fr=

18、qb_search_exp&ie=utf8 t _parent 諧波的危害有哪些方面？答：諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，可以導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備的誤動作，諧波引起的共振甚至破壞電網(wǎng)中的某些設(shè)備，諧波的主要危害如下： 電容器的過載，降低系統(tǒng)容量。 對通信系統(tǒng)造成干擾。 導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作。 加速設(shè)備老化，縮短設(shè)備使用壽命，甚至損壞設(shè)備。浪費電能。5.3 提高功率因數(shù)的意義？答：1）能夠降低生產(chǎn)成本、減少投資、改善設(shè)備的利用率。2）可以減少線路壓降、改善 HYPERLINK :/ so /s?q=%E7%94%B5%E5%8E%8B%E8%B4%A8%E9%87%8F&ie=utf-8&src=s

19、e_lighten t _blank 電壓質(zhì)量。3）能夠提高電力網(wǎng)的傳輸能力、提高能源的利用率、降低電力成本、增加經(jīng)濟(jì)效益。 5.4 如何提高功率因數(shù)？答：給負(fù)載并接適當(dāng)容值的電容器，可將PF提高到接近于1。如電動機(jī)負(fù)載并上電容后可提高線性感性負(fù)載功率因數(shù)。采用無源功率因數(shù)校正技術(shù)和采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)可提高非線性感性負(fù)載功率因數(shù)。思考與練習(xí)1.無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？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。2.晶閘管變頻電路中換流方式有哪幾種？各有什么特點？換流方式有4種： 器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力

20、進(jìn)行換流。全控型器件采用此換流方式。 電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓時，可實現(xiàn)負(fù)載換流。強(qiáng)迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。通常是利用附加電容上的能量實現(xiàn)，也稱電容換流。晶閘管電路不能采用器件換流，根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流3種方式。3.什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有何特點？按直流電源性質(zhì)可分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路。電壓型逆變電路特點：直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無 HY

21、PERLINK :/ baidu /s?wd=%E8%84%89%E5%8A%A8&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 脈動。輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。阻感負(fù)載時需提供無功。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。電流型逆變電路特點：直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源。交流輸出電流為矩形波，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，不必反并聯(lián)二極管。4.電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？在電壓型 HYPERLINK :/

22、 baidu /s?wd=%E9%80%86%E5%8F%98%E7%94%B5%E8%B7%AF&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 逆變電路中,當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)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 HYPERLINK :/ baidu /s?wd=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5%E5%8E%8B&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 交流電壓和

23、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。 在電流型 HYPERLINK :/ baidu /s?wd=%E9%80%86%E5%8F%98%E7%94%B5%E8%B7%AF&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 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。5.已知三相橋式電壓型逆變電路，180導(dǎo)電方式，Ud=100V。試求輸出相電壓的基波幅值

24、UUN1m和有效值UUN1、輸出線電壓的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、輸出線電壓中5次諧波的有效值UUV5。6.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？假設(shè)在t時刻觸發(fā)VT2、VT3使其導(dǎo)通,負(fù)載電壓uo就通過VT2、VT3施加在VTl、VT4上,使其承受反向電壓關(guān)斷,電流從VTl、VT4向VT2、VT3轉(zhuǎn)移觸發(fā)VT2、VT3時刻必須在uo過零前并留有足夠的裕量,才能使換流順利完成。7.串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中，二極管的作用是什么？試分析換相過程。二極管的主要作用,一是為換流電容器充電提供通道,并使換流電容的電壓能夠得以保持,為晶閘管換流做好準(zhǔn)備;二是使換流

25、電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關(guān)斷的晶閘管上,使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時間的反向電壓,確保晶閘管可靠關(guān)斷，從而確保晶閘管換流成功。 以VTl和VT3之間的換流為例,串聯(lián)二極管式電流型逆變電路的換流過程可簡述如下: 給VT3施加觸發(fā)脈沖,由于換流電容C13電壓的作用,使VT3導(dǎo)通而VTl被施以反向電壓而關(guān)斷。直流電流Id從VTl換到VT3上,C13通過VDl、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電。因放電電流恒為Id,故稱恒流放電階段。在C13電壓Uc13降到零之前,VTl一直承受反壓,只要反壓時間大于晶閘管關(guān)斷時間trq，就能保證可靠關(guān)斷。Uc13降到零之后在U相負(fù)

26、載電感的作用下,開始對C13反向充電。如忽略負(fù)載沖電阻的壓降,則在Uc13=0時刻后,二極管VD3受到正向偏置而導(dǎo)通,開始流過電流,兩個二極管同時導(dǎo)通,進(jìn)入二極管換流階段。隨著C13充電電壓不斷增高,充電電流逐漸減小,到某一時刻充電電流減到零,VDl承受反壓而關(guān)斷,二極管換流階段結(jié)束。之后,進(jìn)入VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段。8.逆變電路的多重化的目的是什么？如何實現(xiàn)？串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路各用于什么場合？逆變電路多重化的目的之一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,對負(fù)載有不利

27、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把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。 【鞏固練習(xí)】答案 7.1 控制角 7.2 關(guān)斷 時間 通、斷 7.3 0180 180 7.4 A 7.5 控制開關(guān)S有三個擋位：自動、手動、停止。當(dāng)S撥到“手動”檔位時，KA通電，主

28、電路中3個本相電壓強(qiáng)觸發(fā)電路工作，VT1VT3導(dǎo)通，電路進(jìn)入加熱工作狀態(tài)，手動按鈕SB用來調(diào)節(jié)溫度。當(dāng)S撥到“自動”檔位時，溫控儀KT(調(diào)節(jié)式毫伏溫度計）自動控制VT4的通斷，使?fàn)t溫自動保持在設(shè)定溫度上。若爐溫低于設(shè)定溫度，溫控儀KT常開觸點閉合，晶閘管VT4被觸發(fā)，KA通電，使VT1VT3導(dǎo)通，RL發(fā)熱使?fàn)t溫升高。爐溫升至設(shè)定溫度時，溫控儀控制觸點KT斷開，KA斷電，使VT1VT3關(guān)斷，RL停止發(fā)熱使?fàn)t溫降低。 待爐溫降至設(shè)定溫度以下時，再次加熱。如此反復(fù)，則爐溫被控制在設(shè)定溫度附近的小范圍內(nèi)。 7.6 =90 R=U2 I=UR7.7 P=U2/R=2202/27.8 （1） =172V

29、48.4=29.04KW 假定晶閘管一直導(dǎo)通時輸出的功率 P=U2/R=2202 （3) KS400-77.9 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周期對輸出電壓波形進(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周波，再斷開幾個周波，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)光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機(jī)的軟起動，也用于異步電動機(jī)調(diào)速。交流調(diào)功電路主要用于電熱類負(fù)載。項目八PWM控制技術(shù)課后習(xí)題參考答案8.1試說明PWM控制的基本原理。答：PWM控制就是對脈沖的寬

30、度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制來等效地獲得所需要波形。在采樣控制理論中有一個重要的結(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。沖量即指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。以上原理分析稱之為面積等效原理以正弦PWM控制為例。正弦半波波形分為N 等份，每份為 /N，當(dāng)把該信號作為某個慣性環(huán)節(jié)的輸入信號時，可以將其看作是由N 個彼此相連的脈沖信號所組成的輸入信號，且這些脈沖信號的寬度相同，都等于 /N ，只是幅值各不相同，各脈沖的幅值是按正弦規(guī)律變化的。如果將這些脈沖換成相同數(shù)量、相同面積的等幅脈沖信號代替，并使等幅脈沖列的中點

31、與正弦脈沖列的中點相重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（面積）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(fù)半周，也可以用相同的方法得到脈沖寬度調(diào)制(PWM)波形?？梢?，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。8.2三相PWM整流與三相PWM逆變有何區(qū)別？答：整流電路是把交流電變?yōu)橹绷麟?，而逆變則是把直流電變成交流電。8.3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（輸出端相對于直流電源中點的電壓）和線電壓SPWM波形各有幾種電平？答：三角波載波在信號波正半周期或

32、負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的PWM波在半個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。三角波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的PWM波形在半個周期中有正有負(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：和。輸出線電壓有三種電平、0、。8.4試說明PWM控制的逆變電路有何優(yōu)點？答：（1）可以得到所需要波形的輸出電壓，滿足負(fù)載需要；（2）整流電路采用二極管整流，可獲得較高的功率因數(shù)；（3）只用一級可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡單；（4）通過對輸出脈沖的寬度控制就可以改變輸出電壓的大小，大大的加快了逆變器的響應(yīng)速度。8.5 什么是異步調(diào)制？ 什么是同步調(diào)

33、制？ 兩者各有何特點？ 分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點？答：載波與調(diào)制信號波就存在不同步的調(diào)制，就是異步調(diào)制。在異步調(diào)制控制方式中，通常fc固定不變，逆變輸出電壓頻率的調(diào)節(jié)是通過改變fr的大小來實現(xiàn)的，所以載波比N也隨時跟著變化。異步調(diào)制方式的特點是：（1）控制相對簡單。（2）在調(diào)制信號的半個周期內(nèi)，輸出脈沖的個數(shù)不固定，脈沖相位也不固定，正負(fù)周的脈沖不對稱，而且半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱，輸出波形就偏離了正弦波 。（3）載波比N愈大，半周期內(nèi)調(diào)制的PWM波形脈沖數(shù)就愈多，正負(fù)半周不對稱和半周內(nèi)前后1/4周期脈沖不對稱的影響就愈大，輸出波形愈接近正弦波。所以在采用異步調(diào)制控制方式時，要盡量提

34、高載波頻率fc，使不對稱的影響盡量減小，輸出波形接近正弦波。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。同步調(diào)制控制方式的特點是：（1）控制相對較復(fù)雜，通常采用微機(jī)控制。（2）在調(diào)制信號的半個周期內(nèi)，輸出脈沖的個數(shù)是固定不變的，脈沖相位也是固定的。分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個頻率段，每個頻率段內(nèi)都保持載波比為恒定，而不同頻率段所取的載波比不同：（1）在輸出高頻率段是，取較小的載波比，這樣載波頻率不致過高，能在功率開關(guān)器件所允許的頻率范圍內(nèi)。（2）在輸出頻率為低頻率段時，取較大的載波比，這樣載波頻率不致過低，諧波頻率也較高且幅值也小，也易濾除，從而

35、減小了對異步電動機(jī)的不利影響。8.6什么是SPWM波形的規(guī)則化采樣法？ 和自然采樣法比規(guī)則采樣法有什么優(yōu)點？答：規(guī)則采樣法是一種在采用微機(jī)實現(xiàn)時實用的PWM波形生成方法。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(fù)峰點）重合，在三角波的負(fù)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。比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計算非常簡單，計算量大大減少，而效果接近自

36、然采樣法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實時控制中在線計算，在工程中實際應(yīng)用不多的缺點。8.7什么是SPWM波形？答：SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個重要結(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。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。8

37、.8什么叫面積等效原理？答：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。沖量即指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。如果三個窄脈沖形狀不同，分別為矩形脈沖、三角脈沖、正弦半波脈沖，但是它們的面積（即沖量）都等于1，那么當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一個環(huán)節(jié)上時，其輸出響應(yīng)基本相同。以上原理分析稱之為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。8.9陳述SVPWM基本原理。答：SVPWM的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個開關(guān)周期內(nèi)通過對基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電

38、壓矢量相等。在某個時刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個區(qū)域中，可由組成這個區(qū)域的兩個相鄰的非零矢量和零矢量在時間上的不同組合來得到。兩個矢量的作用時間在一個采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個電壓矢量的作用時間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過逆變器的不同開關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM波形。項目9 軟開關(guān)技術(shù)習(xí)題答案軟開關(guān)電路可以分為哪幾類？其典型拓?fù)浞謩e是什么樣子的？各有什么特點？答：根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件開通及關(guān)斷時的電壓電流狀態(tài)，可將軟開關(guān)電路分為零電壓電路和零電流電路兩大類；根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可將軟開關(guān)電路分為準(zhǔn)諧振電路，零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。準(zhǔn)諧振電路：準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦波，電路結(jié)構(gòu)比較簡單，但諧振電壓或