【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 下輸出基波電壓是一致的。但是兩種情況下輸出電壓的諧波是有差異的，而且較小載波比對(duì)應(yīng)的輸出電壓諧波頻率更低。 SPWM出現(xiàn)過(guò)調(diào)制時(shí)，其輸出電壓有哪些特點(diǎn)？答：對(duì)于SPWM，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)調(diào)制時(shí)，對(duì)應(yīng)的調(diào)制比，此時(shí)正弦調(diào)制波幅值超過(guò)三角載波幅值，可能在多個(gè)載波周期內(nèi)都和三角波沒(méi)有交點(diǎn)，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)急劇下降，同時(shí)等效調(diào)制波不再是原來(lái)的理想正弦波，而是在正弦波峰處出現(xiàn)平頂?shù)牟ㄐ危捎?，因此逆變器輸出電壓波形也是正弦波峰處出現(xiàn)平頂?shù)牟ㄐ?，該波形含有很多低頻諧波分量，當(dāng)然對(duì)應(yīng)的輸出電壓基波分量比沒(méi)有過(guò)調(diào)制時(shí)要大一些。 為什么在載波比較低的應(yīng)用中希望用同步調(diào)制？答：進(jìn)行SPWM調(diào)制時(shí)，通常令載波比為整數(shù)，這種調(diào)制方式稱為同步調(diào)制。當(dāng)載波比不是整數(shù)時(shí)，稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制時(shí)諧波的頻率一般不再是基波的整數(shù)倍，這種非基波整數(shù)倍頻的諧波被稱為次諧波。如果載波比較高，次諧波的頻率也較高，次諧波的影響可以不用單獨(dú)考慮。但在載波比很低的應(yīng)用場(chǎng)合，由于載波頻率離基波頻率很近，所以載波頻率處的邊頻帶諧波將會(huì)延伸到很低的頻段，有可能產(chǎn)生低于基波頻率甚至接近零赫茲的次諧波。這種低頻次諧波很難濾除，而且對(duì)裝置運(yùn)行非常不利。所以低載波比的應(yīng)用場(chǎng)合必須使用同步調(diào)制，而且最好令載波比是奇數(shù)，因?yàn)槠鏀?shù)載波比可以保證最低次諧波至少是三倍基波頻率。 單級(jí)倍頻SPWM中，如果僅用一個(gè)三角載波，兩個(gè)橋臂分別使用反相的正弦參考波和，？如果可以，應(yīng)該如何控制開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖？答：在單級(jí)倍頻SPWM中，如果僅用一個(gè)三角載波，兩個(gè)橋臂分別使用反相的正弦參考波和。開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)脈沖按照下圖產(chǎn)生： 推導(dǎo)單極性規(guī)則采樣調(diào)制時(shí)的占空比計(jì)算公式。答：如下圖所示，為單極性倍頻不對(duì)稱規(guī)則采樣時(shí)的過(guò)程圖，vr與vr是調(diào)制波，vc是周期為T(mén)s幅值為177。Vcm的三角波。在采樣周期的起始時(shí)刻t1取樣調(diào)制波的大小vr(t1)與vr(t1)，并以vr(t1) 與vr(t1)分別為高作水平線，該水平線和載波的交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)應(yīng)脈沖的前沿時(shí)刻ta與t4。在采樣周期的中點(diǎn)時(shí)刻t2取樣調(diào)制波的大小vr(t2) 與vr(t2)，并以vr(t2) 與vr(t2)為高作水平線，該水平線和載波的交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)應(yīng)脈沖的后沿時(shí)刻tb與t5。由圖可知： ， ，相應(yīng)的占空比為： 。一般情況下，Ta≠Tb，所以每個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖波形相對(duì)于采樣周期中點(diǎn)時(shí)刻t2是不對(duì)稱的，故稱之為不對(duì)稱規(guī)則采樣。有時(shí)候在一個(gè)采樣周期內(nèi)僅在t1或t2時(shí)刻進(jìn)行一次采樣，該采樣值既用于計(jì)算Ta也用于計(jì)算Tb，這時(shí)的脈沖波形顯然對(duì)于采樣周期的中點(diǎn)時(shí)刻t2對(duì)稱，故稱為對(duì)稱規(guī)則采樣。t1t2t3Ts/2Ts/2tatbTaTbvrvcottot4t5vr 試說(shuō)明三相電壓型逆變器SPWM輸出電壓閉環(huán)控制的基本原理。答： 引入了逆變器輸出電壓的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)如下圖所示，為輸出基波電壓有效值的指令值，為輸出基波電壓有效值的實(shí)測(cè)反饋值。電壓偏差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器VR輸出調(diào)制電壓波的幅值。與調(diào)制波的頻率共同產(chǎn)生三相調(diào)制波正弦電壓，它們與雙極性三角載波電壓相比較產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制各個(gè)全控型開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而控制逆變器輸出的三相交流電壓。 當(dāng)時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器VR輸出的增大，M值增大，使輸出電壓各脈波加寬，輸出電壓增大到給定值；反之當(dāng)時(shí)，減小，M值減小，使輸出電壓減小到。如果電壓調(diào)節(jié)器VR為PI調(diào)節(jié)器（無(wú)靜態(tài)誤差），則可使穩(wěn)態(tài)時(shí)保持＝。因此當(dāng)電源電壓改變或負(fù)載改變而引起輸出電壓偏離給定值時(shí)，通過(guò)電壓閉環(huán)控制可時(shí)輸出電壓跟蹤并保持為給定值。 (436)、(437)式，畫(huà)出單極性規(guī)則采樣的波形圖并推導(dǎo)脈沖計(jì)算公式。答：如下圖所示，為單極性倍頻不對(duì)稱規(guī)則采樣時(shí)的過(guò)程圖，vr與vr是調(diào)制波，vc是周期為T(mén)s幅值為177。Vcm的三角波。在采樣周期的起始時(shí)刻t1取樣調(diào)制波的大小vr(t1)與vr(t1)，并以vr(t1) 與vr(t1)分別為高作水平線，該水平線和載波的交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)應(yīng)脈沖的前沿時(shí)刻ta與t4。在采樣周期的中點(diǎn)時(shí)刻t2取樣調(diào)制波的大小vr(t2) 與vr(t2)，并以vr(t2) 與vr(t2)為高作水平線，該水平線和載波的交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)應(yīng)脈沖的后沿時(shí)刻tb與t5。由圖可知： ， 。一般情況下，Ta≠Tb，所以每個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖波形相對(duì)于采樣周期中點(diǎn)時(shí)刻t2是不對(duì)稱的，故稱之為不對(duì)稱規(guī)則采樣。有時(shí)候在一個(gè)采樣周期內(nèi)僅在t1或t2時(shí)刻進(jìn)行一次采樣，該采樣值既用于計(jì)算Ta也用于計(jì)算Tb，這時(shí)的脈沖波形顯然對(duì)于采樣周期的中點(diǎn)時(shí)刻t2對(duì)稱，故稱為對(duì)稱規(guī)則采樣。t1t2t3Ts/2Ts/2tatbTaTbvrvcottot4t5vr 三相逆變器中，在調(diào)制波里面注入三次諧波為什么可以提高直流電壓利用率？在不過(guò)調(diào)制的前提下，輸出線電壓最大可以達(dá)到多少？0 π/20π3π/22πvr3vrvi3vc 三次諧波注入SPWM答：在正弦基波調(diào)制波vr中注入三次諧波vi3得到新的調(diào)制波。由于三次諧波的注入，在某些情況下即使vr的峰值Vrm超過(guò)三角波幅值（基波M＞1），但只要vr3的最大值不超三角波峰值，仍然不會(huì)過(guò)產(chǎn)生調(diào)制，而基波輸出電壓又可以提高。但由于調(diào)制波中含三次諧波，所以輸出電壓的低頻段將既含有所需要的基波電壓又含有不希望存在的且與vi3調(diào)制比對(duì)應(yīng)大小的三次諧波電壓。不過(guò)在三相無(wú)中線系統(tǒng)中，如果每相的調(diào)制波基波中都注入同樣的三次諧波vi3，那么雖然每相輸出電壓VAO、VBO、VCO中都含有同樣大小和相位的三次諧波，但由于諧波抵消效應(yīng)，線電壓VAB、VBC、VCA中不會(huì)出現(xiàn)三次諧波，所以三次諧波電壓不會(huì)產(chǎn)生負(fù)載電流，對(duì)負(fù)載的正常工作也不會(huì)帶來(lái)任何影響。如果三相調(diào)制波具有如下形式： 輸出線電壓基波峰值可以提高到直流電壓VD而不過(guò)調(diào)制，這時(shí)的基波調(diào)制比M可達(dá)（）。，如何用兩個(gè)相差非零的空間矢量和零矢量的合成效果去等效任意位置相位角的空間矢量？當(dāng)直流電壓一定時(shí)，如何調(diào)控輸出電壓的大小和相位？答：可采用從逆變器的6個(gè)處于空間特定位置的開(kāi)關(guān)狀態(tài)矢量中，選擇兩個(gè)相鄰的矢量與零矢量合成一個(gè)等效的旋轉(zhuǎn)空間矢量。通過(guò)調(diào)控的大小和旋轉(zhuǎn)速度，來(lái)調(diào)節(jié)三相逆變器輸出電壓的大小和頻率，這就是電壓空間矢量PWM方法。將圖423中的 區(qū)域劃分為6個(gè)的扇區(qū)，如果要求的相位角為任意指令值，則可用矢量所在的扇區(qū)邊界的那兩個(gè)相鄰的特定矢量、來(lái)合成矢量，即可用逆變器的3個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)x、y、0在一個(gè)周期中各自存在、時(shí)間來(lái)合成等效的任意位置的空間矢量（存在時(shí)間為），即：。由該式可求出、。當(dāng)直流電壓一定時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)零矢量作用時(shí)間，可調(diào)控輸出電壓大小。大，輸出電壓將減小。一定的、決定了輸出電壓具有一定的相位角和電壓大小。 復(fù)合結(jié)構(gòu)逆變器消除低階諧波的原理是什么？(d)中12階梯波輸出電壓的半周由6段組成，每段，高度分別是、和，(d)所示波形傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為（時(shí)間坐標(biāo)相位角的起點(diǎn)選在正半波脈寬的中點(diǎn)），利用這個(gè)傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式求12階梯波的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式。答：復(fù)合結(jié)構(gòu)逆變器采用多個(gè)三相橋式逆變電路，每個(gè)開(kāi)關(guān)都按導(dǎo)電方式工作，每個(gè)三相橋逆變電路輸出線電壓都是方波。令各個(gè)三相橋式逆變器的同一相（例如A相）的輸出電壓彼此相差一定的相位角，通過(guò)幾個(gè)變壓器將各個(gè)三相逆變器的輸出電壓復(fù)合相加后輸出一個(gè)總逆變電壓，適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)各個(gè)變壓器的變比和付方電壓的連接方式，并安排各逆變器輸出電壓的相差角，就可以消除總的輸出電壓中的113等低次諧波。、高度分別為、和的矩形波疊加得到。利用式將三個(gè)矩形波的傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，疊加后即可得到12階梯波的傅立葉技術(shù)表達(dá)式如下： 逆變電路多重化的優(yōu)點(diǎn)是什么？答：多重化技術(shù)是通過(guò)將功率單元有機(jī)組合起來(lái)以提高裝置容量，通過(guò)將功率單元的輸出波形組合成適當(dāng)?shù)碾A梯波以改善輸出波形，同時(shí)又?jǐn)U大了輸出電壓和電流。采用PWM調(diào)壓可以直接改變輸出電壓的大小，采用多重化結(jié)構(gòu)可以在較低的開(kāi)關(guān)頻率和較小的開(kāi)關(guān)損耗下擴(kuò)大變流器輸出電壓、功率。兩者結(jié)合在一起可以獲得更好的效果。 、Da2起什么作用？如果直流電源電壓為VD，斷態(tài)時(shí)開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓是多大？按式（456）的定義，三相三電平逆變器中12個(gè)開(kāi)關(guān)器件的通、斷控制可以獲得多少個(gè)特定的電壓空間矢量？答：DaDa2用來(lái)可以形成1狀態(tài)，即該橋臂對(duì)中點(diǎn)O電壓為零。另外，在0、2態(tài)時(shí)，DaDa2還可以用來(lái)防止電容CC2被短路放電。由于分壓電容CC2的電壓各為/2，鉗位二極管DaDa2把開(kāi)關(guān)器件的端電壓限制到/2，所以開(kāi)關(guān)器件所承受的反壓最大是/2。A、B、C每個(gè)橋臂都有三種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，故整個(gè)三相三電平逆變器共有27種開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 逆變器有哪些類型？其最基本的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？答：逆變器的類型有：（1） 電壓型和電流型逆變器。（2） 恒頻恒壓正弦波和方波逆變器，變頻變壓逆變器，高頻脈沖電壓（電流）逆變器。（3） 單相半橋、單相全橋、推挽式、三相橋式逆變器。（4） 自關(guān)斷換流逆變器，強(qiáng)迫關(guān)斷晶閘管逆變器。晶閘管逆變器可利用負(fù)載側(cè)交流電源電壓換流，負(fù)載反電動(dòng)勢(shì)換流或負(fù)載諧振換流。逆變器的基本應(yīng)用包括：交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，不停電電源UPS，電子鎮(zhèn)流器，中頻或高頻感應(yīng)加熱電源等等。還可應(yīng)用于電力系統(tǒng)作為無(wú)功補(bǔ)償器或諧波補(bǔ)償器。 電壓型逆變器的輸出接上交流電源，是否可以通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂剖菇涣髂芰肯蛑绷鱾?cè)流動(dòng)？答：電壓型逆變器如果輸出接交流電源，是可以通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂茖?shí)現(xiàn)交流能量向直流側(cè)流動(dòng)的，因?yàn)殡妷盒湍孀兤髦兴褂玫拈_(kāi)關(guān)器件電流可以雙向流動(dòng)。第5章 復(fù)習(xí)題及思考題解答 （a）三相橋式不控整流電路中二極管何時(shí)導(dǎo)通何時(shí)關(guān)斷？整流器輸出電壓與三相交流相電壓、線電壓瞬時(shí)值有什么關(guān)系?整流器輸出電壓的瞬時(shí)值與三相交流相電壓、線電壓瞬時(shí)值有什么關(guān)系？解：共陰極的三個(gè)二極管，任意時(shí)刻都是與電壓最高的相連的二極管導(dǎo)通，共陽(yáng)極的三個(gè)二極管，任意時(shí)刻都是與電壓最低的相連的二極管導(dǎo)通，因此整流電路總是把最大線電壓加到負(fù)載上。在一個(gè)電源周期Ts中，整流器輸出電壓波形由6個(gè)相同的脈波組成，這6個(gè)脈波是由三相交流線電壓（即兩相電壓之差）的瞬時(shí)值最大的部分組成的，每個(gè)脈寬600。在每個(gè)脈波里面，整流器輸出電壓的瞬時(shí)值等于線電壓瞬時(shí)值。？答：若整流電路中電感L＝0，則僅在電源電壓的瞬時(shí)值大于反電勢(shì)E時(shí)，晶閘管才會(huì)承受正向電壓，才可能觸發(fā)導(dǎo)通。在晶閘管導(dǎo)通期間，輸出整流電壓為相應(yīng)的電源電壓瞬時(shí)值。時(shí)，晶閘管承受反壓阻斷。在晶閘管阻斷期間，負(fù)載端電壓保持為反電勢(shì)E。故整流電流斷流。若控制角α小于（，稱為停止導(dǎo)電角），則負(fù)載端電壓一直保持為E；若α大于，則在wt＝kπ－δ至wt＝kπ＋α期間載端電壓保持為E。若在負(fù)載回路中串聯(lián)足夠大的平波電抗器，使電流連續(xù)、晶閘管的導(dǎo)電角，則電流脈動(dòng)減小。這時(shí)，整流電路輸出電壓波形是由控制角α唯一對(duì)應(yīng)的、依次為電源電壓的包絡(luò)線，其直流電壓平均值。若在負(fù)載回路中串聯(lián)的平波電抗器不足以使電流連續(xù)，情況介于上述兩種情況之間。 交流電路電感不為零時(shí)引起的換相重疊過(guò)程中整流器輸出電壓的瞬時(shí)值如何確定，在換相期間是什么因素促使負(fù)載電流從一個(gè)晶閘管向另一個(gè)晶閘管轉(zhuǎn)移？答：設(shè)換相前a相的Ta導(dǎo)電，Tb截止，這時(shí)（負(fù)載電流），整流電壓，換相后b相的Tb導(dǎo)電，換相結(jié)束后。如果，一旦Tb導(dǎo)通，Ta立即受反壓截止，負(fù)載電流立即從a相的Ta轉(zhuǎn)到b相的Tb，換相（或換流）過(guò)程瞬時(shí)完成。如果，由于電感的儲(chǔ)能不能突變?yōu)榱?，原?lái)導(dǎo)電的A相電流不能從突降為零而必須經(jīng)歷一個(gè)歷時(shí)（對(duì)應(yīng)的相位角稱為換相重疊角）過(guò)渡過(guò)程。在此期間，Ta、Tb同時(shí)導(dǎo)通，a、b兩相電源經(jīng)電感2LC短接狀態(tài)，若假定恒定，則 。 又 ，所以，即。上式說(shuō)明，是作用在兩個(gè)換流電感上得電源電壓之差使得負(fù)載電流從一個(gè)晶閘管向另一個(gè)晶閘管（從Id降為零、從零上升到)；還可推得 。這說(shuō)明整流電壓的瞬時(shí)值是參與換流的2相電源電壓的平均值。 同一個(gè)整流電壓波形，時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)取在不同位置時(shí)用傅立葉級(jí)數(shù)分析得到的諧波特性是否相同，為什么？答：同一個(gè)整流電壓波形，時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)取在不同位置時(shí)用傅立葉級(jí)數(shù)分析得到的諧波特性相同。因?yàn)?，整流電壓是以交流電源的周期為周期的周期性函?shù)。而任何周期性函數(shù)在進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解的物理意義是用無(wú)限項(xiàng)正弦量來(lái)等價(jià)，從等價(jià)的效果來(lái)看，自變量（這里指時(shí)間）的坐標(biāo)原點(diǎn)的選定在什么位置，是不影響各正弦（余弦）分量的頻率和幅值的大小。時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)取在不同位置時(shí)僅對(duì)各分量的相位產(chǎn)生一定的影響。 為什么m脈波的整流電壓中只含有Km次諧波，K = 1，2，3，…？答：整流電壓udc是從頻率為1/T(周期為T(mén))的交流電源變換而來(lái)的周期性函數(shù)。而任何周期性函數(shù)都能寫(xiě)出其傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式。則整流電壓udc在周期T內(nèi)的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為： m脈波的整流電壓是指在周期T中出現(xiàn)了m個(gè)脈波，由于控制的對(duì)稱性，使得這m個(gè)脈波在理論上是相同的，也就意味著m脈波的整流電壓周期為T(mén)/m的周期性函數(shù)。若將這個(gè)函數(shù)在周期為T(mén)/m的區(qū)間進(jìn)行傅立葉分解，則整流電壓udc可以表示為：所以整流電壓諧波分量的頻率為電源電壓頻率的k倍，這里k = 1，2，3，…等。 為什么要限制有源逆變時(shí)的觸發(fā)控制角？根據(jù)什么原則確定有源逆變時(shí)的最大控制角?答：為了防止逆變器換相失敗，有必要限制有源逆變時(shí)的觸發(fā)控制角α，也就是不能讓?duì)吝_(dá)到其理論最大值π。逆變器換相失敗的可能原因有：（1）被關(guān)斷的晶閘管承受反壓的時(shí)間不足，小于其安全關(guān)斷時(shí)間（這段時(shí)間對(duì)應(yīng)的角度稱為關(guān)斷角，記為）。若不計(jì)交流電源電路中電感Lc的影響，認(rèn)為換相過(guò)程瞬間完成，則要求αmax＝π－，若α超過(guò)此值，則被關(guān)斷的晶閘管承受反壓的時(shí)間小于其安全關(guān)斷時(shí)間，之后會(huì)因承受正向而可能再次誤導(dǎo)通。（2）實(shí)際交流電源電路中