電力電子技術(shù)第5章答案

1、第五章1. 換流方式有哪兒種？各有什么特點(diǎn)？答:換流方式有4種：器件換流。利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流稱為器件換流。電網(wǎng)換流。由電網(wǎng)提供換流電壓稱為電網(wǎng)換流。這種換流方式應(yīng)用于由交流 電網(wǎng)供電的電路中，它是利用電網(wǎng)電壓自動過零并變負(fù)的性能來實(shí)現(xiàn)換流的。負(fù)載換流。山負(fù)載提供換流電壓稱為負(fù)載換流。這種換流方法多用于直流電 源供電的負(fù)載電路中。強(qiáng)迫換流。設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓或反 向電流的換流方式稱為強(qiáng)迫換流。換流回路的作用是利用儲能元件中的能量，產(chǎn)生 一個短暫的換流脈沖，使原來導(dǎo)通的晶閘管電流下降到零，再使它承受一段時間反 壓，便可關(guān)斷。強(qiáng)迫換流通常利用附加電容

2、上所儲存的能量來實(shí)現(xiàn)，因此也稱電容 換流。2. 什么是電壓型和電流型逆變器？它們各有什么特點(diǎn)？答：直流側(cè)是電壓源的逆變器稱為電壓型逆變器。電壓型逆變器的特點(diǎn)如下： 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈 動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 山于直流電壓源的箝位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載 阻抗角無關(guān)；而交流側(cè)輸出電流波形和相位隨負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 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。逆變橋各臂反并聯(lián)的二極管為交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量提供了通道。 直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動的。因?yàn)橹绷麟娫措妷簾o脈動， 故傳送功率

3、的脈動山直流側(cè)電流的脈動來實(shí)現(xiàn)。直流側(cè)電源為電流源的逆變器稱為電流型逆變器。電流型逆變器有如下特點(diǎn)： 直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路 呈現(xiàn)高阻抗。 各開關(guān)管僅是改變直流電流流通途徑，交流側(cè)輸出電流波形為矩形波，與 負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位因負(fù)載阻抗角的不同而異，其波形 常接近正弦波。 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)電感起緩沖無功功率 能量的作用。因反饋無功能量時電流并不反向，故開關(guān)管不必反并聯(lián)二極管。 直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動的。因直流電流無脈動，故傳送功率的 脈動山直流電壓的脈動來實(shí)現(xiàn)。3. 簡述兒種交流-直流-交流變

4、頻器是如何調(diào)壓？是如何變頻的？是如何改變 相序的？答：電壓型方波變頻器是通過改變直流側(cè)的電圧改變輸出交流電的電壓幅值 和有效值；通過改變開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的時間改變輸出交流電的頻率；改變逆變橋 上開關(guān)管的導(dǎo)通順序改變輸出交流電的相序。PWM變頻器是通過改變調(diào)制比M改變輸出電壓基波的幅值，所以，SPWM調(diào)制是通過改變調(diào)制波的幅值實(shí)現(xiàn)變壓功能的。改變正弦調(diào)制波的頻率時，可以改變輸出電壓的基波頻率。通過改變?nèi)鄥⒖疾ǖ南嘈蚋淖冚敵鲭妷合嘈虻摹?. 電壓型逆變器中反饋二極管的作用是什么？答：在電壓型逆變器中，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

5、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，山反饋二極管提供電流通 道。5. 三相橋式電壓型逆變器，導(dǎo)電方式，S=iooy,試求輸出線電壓的基波幅值uvM和有效值%、線電壓的5次諧波有效值、輸出相電壓的基波幅值uNM和有效值解：輸出線電壓的基波幅值71UIIVM = 2'処= 1x!00 = 110r輸出線電圧的有效值u卄垢=0.7 叱=78（K）72兀UIJYS輸岀線電壓中五次諧波 的表達(dá)式為：其有效值為:f5= 15.59(F)輸出相電壓的基波幅值2U=LQ 0.637匕=0.6

6、37x!00 = 63.7K 7C輸出相電壓的有效值一 -_Z .1V2龍0.45=0.45x100 = 4516. SPWM逆變器有哪些優(yōu)點(diǎn)？其開關(guān)頻率的高低有什么利弊?答：SPWM逆變器優(yōu)點(diǎn)如下： 輸出電壓或電流波形接近正弦，諧波分量小。 調(diào)頻、調(diào)壓都山逆變器完成，僅有一個可控功率級，從而簡化了主電路和 控制電路的結(jié)構(gòu)，使裝置的體積小、重量輕、造價(jià)低、可靠性高。 輸出頻率和電壓都在逆變器內(nèi)控制和調(diào)節(jié)，其響應(yīng)的速度取決于控制回 路，而與直流回路的濾波參數(shù)無關(guān)，所以調(diào)節(jié)速度快，并且可使調(diào)節(jié)過程中頻率和 電壓的配合同步，以獲得好的動態(tài)性能。 直流電壓可山二極管整流獲得，交流電網(wǎng)的輸入功率因數(shù)與逆

7、變器輸出電 壓的大小和頻率無關(guān)而接近1;若有數(shù)臺裝置，可山同一臺不可控整流器輸出作直 流公共母線供電。載波頻率即SPWM的開關(guān)頻率愈高，諧波含量愈少，SPWM的基波就越接近期 望的正弦波。但SPWM的開關(guān)頻率也不宜過高，因?yàn)殚_關(guān)管工作頻率提高，開關(guān)損 耗和換流損耗會隨之增加。7. 正弦脈沖寬度調(diào)節(jié)控制方式中的單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制有何不同？答：在正弦參考波ur的半個周期內(nèi)，三角波載波uc只在正極性或負(fù)極性一 種極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM波也只在單個極性范圍內(nèi)變化，這是單極性 SPWM控制方式；雙極性SPWM控制方式，即在正弦參考波ur的半個周期內(nèi)，三角 波載波uc有正有負(fù)，所得到的SPW

8、M波也有正有負(fù)，但是正半周內(nèi)，正脈沖較負(fù)脈 沖寬，負(fù)半周則反之。8. SPWM基于什么原理？何謂調(diào)制度？畫出半周期脈沖數(shù)k二7的單極性調(diào)制波 形。答：PWM控制就是對脈沖的寬度進(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（含形狀和幅值）。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)的輸岀響應(yīng)波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理。以正弦P聊控制為例。把正該半波分成N等份，就可以把其看成是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,但幅值不等且脈沖頂部

9、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，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相 等，就得到PWM波形。SPWM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，SPWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同 樣的方法得到SPW波形?？梢?，所得到的SPW波形和期望得到的正弦波等效。一般將正弦參考波ur的幅值與三角波載波UC的峰值之比定義為調(diào)制度a,亦稱調(diào)制比或調(diào)制系數(shù)。9. 什么是同步調(diào)制方式和異步調(diào)制方式？ SPWM中，同步調(diào)制和異步調(diào)制各有 什么優(yōu)

10、缺點(diǎn)？答：載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率固定不變，因而當(dāng)參考信號頻率變化時，載波比N是變化的。異步調(diào)制的主要特點(diǎn)是：在信號波的半個周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱。這樣，當(dāng)信號頻率較低時，載波比N較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期的脈沖不對稱和半周期內(nèi)前后1 / 4周期的脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較 小，PwM波形接近正弦波。而當(dāng)信號波頻率增高時，載波比N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減小，PWM脈沖 不對稱的影響就變大，有時信號波的微小變化產(chǎn)生PWM脈沖的跳動，這就

11、使得輸出 PWM波和正弦波的差異變大。對于三相PWM型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也 變差。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時使載波頻率和信號波頻率保持同步的方式稱 為同步調(diào)制。同步調(diào)制的主要特點(diǎn)是：在同步調(diào)制方式小，信號波頻率變化時載波比N不變，信號波一個周期內(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，同步調(diào)制時的載波頻率fc也很低。過低時山調(diào)制帶來的諧波不易濾除。當(dāng)負(fù)載為電動機(jī)時也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動和 噪聲。如考慮低頻時性能時，當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時，同步調(diào)制時的載波頻率 會過高，使開關(guān)器件難以承受。10. SPW控制的逆變電路，若參考波頻率為400Hz,載波比

12、為13,則開關(guān)管的 開關(guān)頻率為多少？ 一周期內(nèi)有多少個脈沖波？解：由N丄可知，載波頻率上二附=15x400 = 6000z,一周內(nèi)有600個脈沖。11. SPWM波的生成有哪些方法？答：SPWM波的生成方法大體上有3種：第一種是采用模擬電路產(chǎn)生；第二種 是采用專用集成電路產(chǎn)生；第三種是由微型計(jì)算機(jī)直接產(chǎn)生。12. 什么是自然采樣法和規(guī)則采樣法？答：按照SPWM控制的基本原理，可在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時刻控制功 率開關(guān)管的通斷，這種生成SPWM波形的方法稱為自然采樣法。規(guī)則采樣法是一種 應(yīng)用較廣的工程使用方法，它的效果非常接近自然采樣法。13. 逆變器多重化的的是什么？如何實(shí)現(xiàn)？答：逆變電路多重化的目的：一是使總體上裝置的功率等