【正文】 分量相互抵消，就可以得到較為接近正弦波的波形。并聯(lián)多重逆變電路多用于電流型逆變電路得多重化。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓 Uo＝tonton + toff180。解：由于 L 值極大，故負(fù)載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為Uo=tonTE =20 180。此時(shí)輸出平均電壓為ea r 1 e 1==mUo =tonTE =100 180。 1 e 246。 e 1246。 =(A)當(dāng) ton=3μs 時(shí)，采用同樣的方法可以得出：αρ=由于ea r 1 e 1=e 1=m所以輸出電流仍然連續(xù)。 e 1246。答：假設(shè)電路中電感 L 值很大，電容 C 值也很大。 1 e m 247。248。 m 247。 1248。e r 1U o E M 15 10232。e 247。設(shè) V 處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，則在此期間電感 L 釋放的能量為 (U o E)I1toff 。解：輸出電壓平均值為：Uo =TtoffE =4040 25180。此后，使 V 關(guān)斷，電感 L 中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為 i2，方向如圖 34 所示。當(dāng) 0a 1/2 時(shí)為降壓，當(dāng) 1/2a 1 時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。因此，B 點(diǎn)電壓 uB 的平均值為U B =toffTU C （UC 為電容電壓 uC 的平均值），又因電感 L1 的電壓平均值為零，所以t tT TtT電壓 E 的關(guān)系：U o =tontoffE =tonT tonE =a1 aE兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的，均可方便的實(shí)現(xiàn)升降壓斬波。另一方面，A 點(diǎn)的電壓平均值為U A = on U C ，且 L2 的電壓平均值為零，按圖 55b 中輸出電壓 Uo 的極性，有U o = on U C 。解：需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由 V3 和 VD3 構(gòu)成的降壓斬波電路工作，此時(shí)需要 V2 保持導(dǎo)通，與 V3 和 VD3 構(gòu)成的降壓斬波電路相配合。解：α=0 時(shí)的輸出電壓最大，為U omax =1p0(2U 1 sin wt) 2 dwt = U1此時(shí)負(fù)載電流最大，為I omax =U omaxR=U1R因此最大輸出功率為Pmax = U o max I o max =輸出功率為最大輸出功率的 80%時(shí)，有：U12RP = max =( 1) 2R此時(shí)，U o = 又由U o = U1sin 2a2p+p ap解得α=176。解：①負(fù)載阻抗角為：φ=arctan（wLR）=arctan（2p 180。開通角α的變化范圍為：φ 163。 = 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④α=p2cosj=時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式（47）得sin(p2+)=sin(p2) eqtanj解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為：θ==176。 sin 180。 R + (wL) 2232。其中：I o = 2I VT =(A)于是可得出l =I o2 RU1I o= 180。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(guò)改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。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)。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。二者的基本原理如下：TCR 是利用電抗器來(lái)吸收電網(wǎng)中的無(wú)功功率（或提供感性的無(wú)功功率），通過(guò)對(duì)晶閘管開通角a角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié) TCR 從電網(wǎng)中吸收的無(wú)功功率的大小。TSC 提供容性的無(wú)功功率，符合大多數(shù)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)男枰?。單相交交變頻電路是將交流電變成不同頻率的交流電，通常用于交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，兩組可控整流電路在輸出交流電壓一個(gè)周期里，交替工作各半個(gè)周期，從而輸出交流電。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 左右。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。而在輸出星形聯(lián)結(jié)方式中，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中性點(diǎn)不和變頻器中性點(diǎn)接在一起，電動(dòng)機(jī)只引三根線即可，但是因其三組單相交交變頻器的輸出聯(lián)在一起，其電源進(jìn)線必須隔離，因此三組單相交交變頻器要分別用三個(gè)變壓器供電。10．試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。因?yàn)榫仃囀阶冾l電路有十分良好的電氣性能，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。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。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。根據(jù)面積等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。解：將各脈沖的寬度用di（i=1, 2, 3, 4, 5）表示，根據(jù)面積等效原理可得d1=p50U m sin wtdwt2U m=
?？梢?，所得到的 PWM 波形和期望得到的正弦波等效。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。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。35第 7 章PWM 控制技術(shù)1．試說(shuō)明 PWM 控制的基本原理。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(guò)中間直流環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻，效率較高。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。兩種方式的主要區(qū)別在于：公共交流母線進(jìn)線方式中，因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以三組單相交交變頻電路輸出端必須隔離。7．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；低頻輸出時(shí)的特性接近正弦波。6．交交變頻電路的最高輸出頻率是多少？制約輸出頻率提高的因素是什么？答：一般來(lái)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。5．單相交交變頻電路和直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路有什么不同？答：?jiǎn)蜗嘟唤蛔冾l電路和直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路的電路組成是相同的，均由兩組反并聯(lián)的可控整流電路組成。二者的特點(diǎn)是：TCR 只能提供感性的無(wú)功功率，但無(wú)功功率的大小是連續(xù)的。4．什么是 TCR，什么是 TSC？它們的基本原理是什么？各有何特點(diǎn)？答：TCR 是晶閘管控制電抗器。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。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對(duì)無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。 = 3．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。247。R = 231。此時(shí)，晶閘管電流有效值為I VT =U12p Zq sin q cos( 2a + j + q )cos j=2202p 180。 απ③當(dāng)α=φ時(shí)，輸出電壓最大，負(fù)載電流也為最大，此時(shí)輸出功率最大，為Pomax= I2o max2220247。 2 180。312．一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻 220V，阻感串聯(lián)作為負(fù)載，其中 R=，L=2mH。29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。解：電流可逆斬波電路中，V1 和 VD1 構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第 1 象限；V2 和 VD2 構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第 2 象限。7．試?yán)L制 Speic 斬波電路和 Zeta 斬波電路的原理圖，并推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。假設(shè)電容 C 很大使電容電壓 uC 的脈動(dòng)足夠小時(shí)。 u別流過(guò)電流。穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T 內(nèi)電感 L 兩端電壓 uL 對(duì)時(shí)間的積分為零，即T0Ld t = 0當(dāng) V 處于通態(tài)期間，uL = E；而當(dāng) V 處于斷態(tài)期間，uL = uo。答：升降壓斬波電路的基本原理：當(dāng)可控開關(guān) V 處于通態(tài)時(shí)，電源 E 經(jīng) V 向電感 L 供電使其貯存能量，此時(shí)電流為 i1，方向如圖 34 中所示。 1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。248。247。 e 247。= 231。 1 e 247。= 231。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 EI 1ton 。 246。 3Uo = E = =15(V)T 20Io = = =10(A)R 230。 1246。 =(A)230。 1 e a r r246。當(dāng) ton=3μs 時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。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 ton，由電源 E 向 L、R、M 供電，在此期間，uo＝E。串聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路的輸出串聯(lián)起來(lái)，并聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路的輸出并聯(lián)起來(lái)。8．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。uC13 降到零之后在 U 相負(fù)載電感的作用下，開始對(duì) C13 反向充電。以 VT1 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(guò)程可簡(jiǎn)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 VT1 被施以反向電壓而關(guān)斷。試求輸出相電壓的基波幅值 UUN1m和有效值 UUN輸出線電壓的基波幅值 UUV1m 和有效值 UUV輸出線電壓中 5 次諧波的有效值 UUV5。在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無(wú)功能量由直流側(cè)電感來(lái)緩沖。因?yàn)榉答仧o(wú)功能量時(shí)直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。直流側(cè)電流基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。3．什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點(diǎn)。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(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。而無(wú)源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù)載聯(lián)接。所以同步信號(hào)只要再滯后 150176。此時(shí) Ud=0，處于整流和逆變的臨界點(diǎn)。31．三相全控橋，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，要求可逆，整流變壓器的接法是 D，y5，采用 NPN19鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后 30176。30．單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍分別是多少？答：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐罚?dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0 ~ 180176。 120176。1=(W)28．單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1Ω ，L=∞，U2=100V，L=，當(dāng) EM=99V，b=60176。＝176。27．三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1Ω ，L=∞，U2=220V，LB=1mH，當(dāng) EM=400V，b=60176。178。1（k=1，2，3178。178。（k=1，2，3178。＝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