【文章內容簡介】 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，而且較小載波比對應的輸出電壓諧波頻率更低。 SPWM出現(xiàn)過調制時，其輸出電壓有哪些特點？答：對于SPWM，當出現(xiàn)過調制時，對應的調制比，此時正弦調制波幅值超過三角載波幅值，可能在多個載波周期內都和三角波沒有交點，開關頻率會急劇下降，同時等效調制波不再是原來的理想正弦波，而是在正弦波峰處出現(xiàn)平頂?shù)牟ㄐ?，由于，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危摬ㄐ魏泻芏嗟皖l諧波分量，當然對應的輸出電壓基波分量比沒有過調制時要大一些。 為什么在載波比較低的應用中希望用同步調制？答：進行SPWM調制時，通常令載波比為整數(shù)，這種調制方式稱為同步調制。當載波比不是整數(shù)時，稱為異步調制。在異步調制時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考慮。但在載波比很低的應用場合，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延伸到很低的頻段，有可能產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，而且對裝置運行非常不利。所以低載波比的應用場合必須使用同步調制，而且最好令載波比是奇數(shù)，因為奇數(shù)載波比可以保證最低次諧波至少是三倍基波頻率。 單級倍頻SPWM中，如果僅用一個三角載波，兩個橋臂分別使用反相的正弦參考波和，？如果可以，應該如何控制開關管的驅動脈沖？答：在單級倍頻SPWM中，如果僅用一個三角載波，兩個橋臂分別使用反相的正弦參考波和。開關管驅動脈沖按照下圖產生： 推導單極性規(guī)則采樣調制時的占空比計算公式。答：如下圖所示，為單極性倍頻不對稱規(guī)則采樣時的過程圖，vr與vr是調制波，vc是周期為Ts幅值為177。Vcm的三角波。在采樣周期的起始時刻t1取樣調制波的大小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時刻對應脈沖的前沿時刻ta與t4。在采樣周期的中點時刻t2取樣調制波的大小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時刻對應脈沖的后沿時刻tb與t5。由圖可知： ， ，相應的占空比為： 。一般情況下，Ta≠Tb，所以每個采樣周期內的脈沖波形相對于采樣周期中點時刻t2是不對稱的，故稱之為不對稱規(guī)則采樣。有時候在一個采樣周期內僅在t1或t2時刻進行一次采樣，該采樣值既用于計算Ta也用于計算Tb，這時的脈沖波形顯然對于采樣周期的中點時刻t2對稱，故稱為對稱規(guī)則采樣。t1t2t3Ts/2Ts/2tatbTaTbvrvcottot4t5vr 試說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測反饋值。電壓偏差經(jīng)電壓調節(jié)器VR輸出調制電壓波的幅值。與調制波的頻率共同產生三相調制波正弦電壓，它們與雙極性三角載波電壓相比較產生驅動信號，控制各個全控型開關器件的通斷，從而控制逆變器輸出的三相交流電壓。 當時，電壓調節(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；反之當時，減小，M值減小，使輸出電壓減小到。如果電壓調節(jié)器VR為PI調節(jié)器（無靜態(tài)誤差），則可使穩(wěn)態(tài)時保持＝。因此當電源電壓改變或負載改變而引起輸出電壓偏離給定值時，通過電壓閉環(huán)控制可時輸出電壓跟蹤并保持為給定值。 (436)、(437)式，畫出單極性規(guī)則采樣的波形圖并推導脈沖計算公式。答：如下圖所示，為單極性倍頻不對稱規(guī)則采樣時的過程圖，vr與vr是調制波，vc是周期為Ts幅值為177。Vcm的三角波。在采樣周期的起始時刻t1取樣調制波的大小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時刻對應脈沖的前沿時刻ta與t4。在采樣周期的中點時刻t2取樣調制波的大小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時刻對應脈沖的后沿時刻tb與t5。由圖可知： ， 。一般情況下，Ta≠Tb，所以每個采樣周期內的脈沖波形相對于采樣周期中點時刻t2是不對稱的，故稱之為不對稱規(guī)則采樣。有時候在一個采樣周期內僅在t1或t2時刻進行一次采樣，該采樣值既用于計算Ta也用于計算Tb，這時的脈沖波形顯然對于采樣周期的中點時刻t2對稱，故稱為對稱規(guī)則采樣。t1t2t3Ts/2Ts/2tatbTaTbvrvcottot4t5vr 三相逆變器中，在調制波里面注入三次諧波為什么可以提高直流電壓利用率？在不過調制的前提下，輸出線電壓最大可以達到多少？0 π/20π3π/22πvr3vrvi3vc 三次諧波注入SPWM答：在正弦基波調制波vr中注入三次諧波vi3得到新的調制波。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，仍然不會過產生調制，而基波輸出電壓又可以提高。但由于調制波中含三次諧波，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調制比對應大小的三次諧波電壓。不過在三相無中線系統(tǒng)中，如果每相的調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，線電壓VAB、VBC、VCA中不會出現(xiàn)三次諧波，所以三次諧波電壓不會產生負載電流，對負載的正常工作也不會帶來任何影響。如果三相調制波具有如下形式： 輸出線電壓基波峰值可以提高到直流電壓VD而不過調制，這時的基波調制比M可達（）。，如何用兩個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？當直流電壓一定時，如何調控輸出電壓的大小和相位？答：可采用從逆變器的6個處于空間特定位置的開關狀態(tài)矢量中，選擇兩個相鄰的矢量與零矢量合成一個等效的旋轉空間矢量。通過調控的大小和旋轉速度，來調節(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)邊界的那兩個相鄰的特定矢量、來合成矢量，即可用逆變器的3個開關狀態(tài)x、y、0在一個周期中各自存在、時間來合成等效的任意位置的空間矢量（存在時間為），即：。由該式可求出、。當直流電壓一定時，通過調節(jié)零矢量作用時間，可調控輸出電壓大小。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。 復合結構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)所示波形傅立葉級數(shù)表達式為（時間坐標相位角的起點選在正半波脈寬的中點），利用這個傅立葉級數(shù)表達式求12階梯波的傅立葉級數(shù)表達式。答：復合結構逆變器采用多個三相橋式逆變電路，每個開關都按導電方式工作，每個三相橋逆變電路輸出線電壓都是方波。令各個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，通過幾個變壓器將各個三相逆變器的輸出電壓復合相加后輸出一個總逆變電壓，適當?shù)脑O計各個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。利用式將三個矩形波的傅立葉級數(shù)展開，疊加后即可得到12階梯波的傅立葉技術表達式如下： 逆變電路多重化的優(yōu)點是什么？答：多重化技術是通過將功率單元有機組合起來以提高裝置容量，通過將功率單元的輸出波形組合成適當?shù)碾A梯波以改善輸出波形，同時又擴大了輸出電壓和電流。采用PWM調壓可以直接改變輸出電壓的大小，采用多重化結構可以在較低的開關頻率和較小的開關損耗下擴大變流器輸出電壓、功率。兩者結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)時開關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個開關器件的通、斷控制可以獲得多少個特定的電壓空間矢量？答：DaDa2用來可以形成1狀態(tài)，即該橋臂對中點O電壓為零。另外，在0、2態(tài)時，DaDa2還可以用來防止電容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把開關器件的端電壓限制到/2，所以開關器件所承受的反壓最大是/2。A、B、C每個橋臂都有三種開關狀態(tài)，故整個三相三電平逆變器共有27種開關狀態(tài)。 逆變器有哪些類型？其最基本的應用領域有哪些？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） 自關斷換流逆變器，強迫關斷晶閘管逆變器。晶閘管逆變器可利用負載側交流電源電壓換流，負載反電動勢換流或負載諧振換流。逆變器的基本應用包括：交流電動機變頻調速，不停電電源UPS，電子鎮(zhèn)流器，中頻或高頻感應加熱電源等等。還可應用于電力系統(tǒng)作為無功補償器或諧波補償器。 電壓型逆變器的輸出接上交流電源，是否可以通過適當?shù)目刂剖菇涣髂芰肯蛑绷鱾攘鲃?？答：電壓型逆變器如果輸出接交流電源，是可以通過適當?shù)目刂茖崿F(xiàn)交流能量向直流側流動的，因為電壓型逆變器中所使用的開關器件電流可以雙向流動。第5章 復習題及思考題解答 （a）三相橋式不控整流電路中二極管何時導通何時關斷？整流器輸出電壓與三相交流相電壓、線電壓瞬時值有什么關系?整流器輸出電壓的瞬時值與三相交流相電壓、線電壓瞬時值有什么關系？解：共陰極的三個二極管，任意時刻都是與電壓最高的相連的二極管導通，共陽極的三個二極管，任意時刻都是與電壓最低的相連的二極管導通，因此整流電路總是把最大線電壓加到負載上。在一個電源周期Ts中，整流器輸出電壓波形由6個相同的脈波組成，這6個脈波是由三相交流線電壓（即兩相電壓之差）的瞬時值最大的部分組成的，每個脈寬600。在每個脈波里面，整流器輸出電壓的瞬時值等于線電壓瞬時值。？答：若整流電路中電感L＝0，則僅在電源電壓的瞬時值大于反電勢E時，晶閘管才會承受正向電壓，才可能觸發(fā)導通。在晶閘管導通期間，輸出整流電壓為相應的電源電壓瞬時值。時，晶閘管承受反壓阻斷。在晶閘管阻斷期間，負載端電壓保持為反電勢E。故整流電流斷流。若控制角α小于（，稱為停止導電角），則負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)、晶閘管的導電角，則電流脈動減小。這時，整流電路輸出電壓波形是由控制角α唯一對應的、依次為電源電壓的包絡線，其直流電壓平均值。若在負載回路中串聯(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引起的換相重疊過程中整流器輸出電壓的瞬時值如何確定，在換相期間是什么因素促使負載電流從一個晶閘管向另一個晶閘管轉移？答：設換相前a相的Ta導電，Tb截止，這時（負載電流），整流電壓，換相后b相的Tb導電，換相結束后。如果，一旦Tb導通，Ta立即受反壓截止，負載電流立即從a相的Ta轉到b相的Tb，換相（或換流）過程瞬時完成。如果，由于電感的儲能不能突變?yōu)榱悖瓉韺щ姷腁相電流不能從突降為零而必須經(jīng)歷一個歷時（對應的相位角稱為換相重疊角）過渡過程。在此期間，Ta、Tb同時導通，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。上式說明，是作用在兩個換流電感上得電源電壓之差使得負載電流從一個晶閘管向另一個晶閘管（從Id降為零、從零上升到)；還可推得 。這說明整流電壓的瞬時值是參與換流的2相電源電壓的平均值。 同一個整流電壓波形，時間坐標原點取在不同位置時用傅立葉級數(shù)分析得到的諧波特性是否相同，為什么？答：同一個整流電壓波形，時間坐標原點取在不同位置時用傅立葉級數(shù)分析得到的諧波特性相同。因為，整流電壓是以交流電源的周期為周期的周期性函數(shù)。而任何周期性函數(shù)在進行傅立葉級數(shù)分解的物理意義是用無限項正弦量來等價，從等價的效果來看，自變量（這里指時間）的坐標原點的選定在什么位置，是不影響各正弦（余弦）分量的頻率和幅值的大小。時間坐標原點取在不同位置時僅對各分量的相位產生一定的影響。 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)的交流電源變換而來的周期性函數(shù)。而任何周期性函數(shù)都能寫出其傅立葉級數(shù)表達式。則整流電壓udc在周期T內的傅立葉級數(shù)表達式為： m脈波的整流電壓是指在周期T中出現(xiàn)了m個脈波，由于控制的對稱性，使得這m個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/m的周期性函數(shù)。若將這個函數(shù)在周期為T/m的區(qū)間進行傅立葉分解，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的觸發(fā)控制角？根據(jù)什么原則確定有源逆變時的最大控制角?答：為了防止逆變器換相失敗，有必要限制有源逆變時的觸發(fā)控制角α，也就是不能讓α達到其理論最大值π。逆變器換相失敗的可能原因有：（1）被關斷的晶閘管承受反壓的時間不足，小于其安全關斷時間（這段時間對應的角度稱為關斷角，記為）。若不計交流電源電路中電感Lc的影響，認為換相過程瞬間完成，則要求αmax＝π－，若α超過此值，則被關斷的晶閘管承受反壓的時間小于其安全關斷時間，之后會因承受正向而可能再次誤導通。（2）實際交流電源電路中