【導(dǎo)讀】流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。Im，試計(jì)算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。件，IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門極電流，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，時(shí)的負(fù)載電流Id，并畫出ud與id波形。管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。方向相反，波形對(duì)稱，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會(huì)有直流磁化的問(wèn)題。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT2通過(guò)VT1與2個(gè)變壓器二次。繞組并聯(lián)，所以VT2承受的最大電壓為222U。相同時(shí)，對(duì)于電阻。VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；(π~

　　

【正文】 壓型逆變電路，直流側(cè)是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路 電壓型逆變電路的主要特點(diǎn)是： ① 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(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 ② 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)。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 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。 電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是： ① 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(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 ② 電路中開(kāi)關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù) 載阻抗角無(wú)關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 ③ 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用。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(kāi)關(guān)器件反并聯(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(méi)有反饋二極管？ 答：在電壓型逆變電路中， 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)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(shí)，電流經(jīng)電路中的可 26 控開(kāi)關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極性相反時(shí)，由反饋二極管提供電流通道。 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。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無(wú)功能量時(shí)，電流并不反向，依然經(jīng)電路中的可控開(kāi)關(guān)器件流通，因此不需要并聯(lián)反饋二極管。 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？ 答：假設(shè)在 t 時(shí)刻觸發(fā) VT VT 3 使其導(dǎo)通，負(fù)載電壓 uo 就通過(guò) VT VT 3 施加在 VT VT 4 上，使其承受反向電壓關(guān)斷，電流從 VT VT 4 向 VT VT 3 轉(zhuǎn)移，觸發(fā) VT VT 3 時(shí)刻 t 必須在 uo 過(guò)零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。 第 6 章 PWM 控制技術(shù) 1．試說(shuō)明 PWM 控制的基本原理。 答： PWM 控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。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）。 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(shí)，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)的輸出響應(yīng)波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理 以正弦 PWM 控制為例。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。這些脈沖寬度相等，都等于 π /N，但幅值不等且脈沖頂部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。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(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形?？梢?jiàn)，所得到的 PWM 波形和期望得到的正弦波等效。 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(duì)于直流電源中點(diǎn)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(hào)波正半周期或負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的 PWM 波形在半個(gè)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。 三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的 PWM 波形在半個(gè)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 Ud。輸出線電壓有三種電平 Ud、 0、 Ud。 5．什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？?jī)烧吒饔泻翁攸c(diǎn)？分段同步調(diào)制有什么 27 優(yōu)點(diǎn)？ 答： 載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)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 fc 固定不變，因而當(dāng)信號(hào)波頻率 fr變化時(shí)，載波比 N 是變化的。 載波比 N 等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。 分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率劃分為若干段，每個(gè)頻段的載波比一定，不同頻段采用不同的載波比。其優(yōu)點(diǎn)主要是，在高頻段采用較低的載波比，使載波頻率不致過(guò)高，可限制在功率器件允許的范圍 內(nèi)。而在低頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致過(guò)低而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。 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(diǎn)？ 答： 規(guī)則采樣法是一種在采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)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(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期。使每個(gè) PWM 脈沖的中點(diǎn)和三角波一周期的中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合，在三角波的負(fù)峰時(shí)刻對(duì)正弦信號(hào)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(hào)波，用該直線與三角波載波的 交點(diǎn)代替正弦波與載波的交點(diǎn)，即可得出控制功率開(kāi)關(guān)器件通斷的時(shí)刻。 比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計(jì)算非常簡(jiǎn)單，計(jì)算量大大減少，而效果接近自然采樣法，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(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算，在工程中實(shí)際應(yīng)用不多的缺點(diǎn)。 8．如何提高 PWM 逆變電路的直流電壓利用率？ 答：采用梯形波控制方式，即用梯形波作為調(diào)制信號(hào)，可以有效地提高直流電壓的利用率。 對(duì)于三相 PWM 逆變電路，還可以采用線電壓控制方式，即在相電壓調(diào)制信號(hào)中疊加 3 的倍數(shù)次諧波及直流分量等，同樣可以有效地提高 直流電壓利用率。 9．什么是電流跟蹤型 PWM 變流電路？采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器有何特點(diǎn)？ 答：電流跟蹤型 PWM 變流電路就是對(duì)變流電路采用電流跟蹤控制。也就是，不用信號(hào)波對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，而是把希望輸出的電流作為指令信號(hào)，把實(shí)際電流作為反饋信號(hào)，通過(guò)二者的瞬時(shí)值比較來(lái)決定逆變電路各功率器件的通斷，使實(shí)際的輸出跟蹤電流的變化。 采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器的特點(diǎn)： ① 硬件電路簡(jiǎn)單； ② 屬于實(shí)時(shí)控制方式，電流響應(yīng)快； 28 ③ 不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分 量； ④與 計(jì)算法和調(diào)制法相比，相同開(kāi)關(guān)頻率時(shí)輸出電流中高次諧波含量較多； ⑤ 采用閉環(huán)控制。 10．什么是 PWM 整流電路？它和相控整流電路的工作原理和性能有何不同？ 答： PWM 整流電路就是采用 PWM 控制的整流電路，通過(guò)對(duì) PWM 整流電路的適當(dāng)控制，可以使其輸入電流十分接近正弦波且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)接近 1。 相控整流電路是對(duì)晶閘管的開(kāi)通起始角進(jìn)行控制，屬于相控方式。其交流輸入電流中含有較大的諧波分量，且交流輸入電流相位滯后于電壓，總的功率因數(shù)低。 PWM 整流電路采用 SPWM 控制技 術(shù)，為斬控方式。其基本工作方式為整流，此時(shí)輸入電流可以和電壓同相位，功率因數(shù)近似為 1。 PWM 整流電路可以實(shí)現(xiàn)能量正反兩個(gè)方向的流動(dòng)，即既可以運(yùn)行在整流狀態(tài)，從交流側(cè)向直流側(cè)輸送能量；也可以運(yùn)行在逆變狀態(tài)，從直流側(cè)向交流側(cè)輸送能量。而且，這兩種方式都可以在單位功率因數(shù)下運(yùn)行。 此外，還可以使交流電流超前電壓 90176。 ，交流電源送出無(wú)功功率，成為靜止無(wú)功功率發(fā)生器?；蚴闺娏鞅入妷撼盎驕笕我唤嵌???。 11．在 PWM 整流電路中，什么是間接電流控制？什么是直接電流控制？ 答：在 PWM 整流電路中，間接電流控制是按 照電源電壓、電源阻抗電壓及 PWM 整流器輸入端電壓的相量關(guān)系來(lái)進(jìn)行控制，使輸入電流獲得預(yù)期的幅值和相位，由于不需要引入交流電流反饋，因此稱為間接電流控制。 直接電流控制中，首先求得交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，經(jīng)過(guò)比較進(jìn)行跟蹤控制，使輸入電流跟蹤指令值變化。因?yàn)橐肓私涣麟娏鞣答伓Q為直接電流控制 第 7 章 軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 1．軟開(kāi)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(diǎn)？ 答：根據(jù)電路中主要的開(kāi)關(guān)元件開(kāi)通及關(guān)斷時(shí)的電壓電流狀態(tài)，可將軟開(kāi)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(kāi)關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可將軟開(kāi)關(guān)電路分為準(zhǔn)諧振電路，零開(kāi)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(jiǎn)單，但諧振電壓或諧振電流很大，對(duì)器件要求高，只能采用脈沖頻率調(diào)制控制方式。 29 SL rC rVDL SVDL r LC r 零電壓開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開(kāi)關(guān)單元 零電流開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開(kāi)關(guān)單元 零開(kāi)關(guān) PWM 電路：這類電路中引入 輔助開(kāi)關(guān)來(lái)控制諧振的開(kāi)始時(shí)刻，使諧振僅發(fā)生于開(kāi)關(guān)過(guò)程前后，此電路的電壓和電流基本上是方波，開(kāi)關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開(kāi)關(guān)頻率固定的 PWM 控制方式。 S LrC rVDLS1 SVDL r LC rS 1 零電壓開(kāi)關(guān) PWM 電路的基本開(kāi)關(guān)單元 零電流開(kāi)關(guān) PWM 電路的基本開(kāi)關(guān)單元 零轉(zhuǎn)換 PWM 電路：這類軟開(kāi)關(guān)電路還是采用輔助開(kāi)關(guān)控制諧振的開(kāi)始時(shí)刻，所不同的是，諧振電路是與主開(kāi)關(guān)并聯(lián)的 ，輸入電壓和負(fù)載電流對(duì)電路的諧振過(guò)程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)并從零負(fù)載到滿負(fù)載都能工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)，無(wú)功率的交換被消減到最小。 SL rVDLS 1C rVD 1 Lr Cr S1SVDVD 1L 零電壓轉(zhuǎn)換 PWM 電路的基本開(kāi)關(guān)單元 零電流轉(zhuǎn)換 PWM 電路的基本開(kāi)關(guān)單元 3．在移相全橋零電壓開(kāi)關(guān) PWM 電路中，如果沒(méi)有諧振電感 Lr，電路的工作狀態(tài)將發(fā)生哪些變化，哪些開(kāi)關(guān)仍是軟開(kāi)關(guān)，哪些開(kāi)關(guān)將成為硬開(kāi)關(guān)？ 答 : 如果沒(méi)有諧振電感 Lr，電路中的電容 CS1， C S2 與電感 L 仍可構(gòu)成諧振電路，而電容 C S3， C S4 將無(wú)法與 Lr構(gòu)成諧振回路，這樣， S 3 、 S4 將變?yōu)橛查_(kāi)關(guān)， S1 、 S2 仍為軟開(kāi)關(guān)。 4．在零電壓轉(zhuǎn)換 PWM 電路中，輔助開(kāi)關(guān) S1 和二極管 VD1 是軟開(kāi)關(guān)還是硬開(kāi)關(guān)，為什么？ 答：在 S1 開(kāi)通時(shí)， uS1 不等于零；在 S1 關(guān)斷時(shí)，其上電流也不為零 ，因此 S1 為硬開(kāi)關(guān)。由于電感 Lr的存在， S1 開(kāi)通時(shí)的電流上升率受到限制，降低了 S1 的開(kāi)通損耗。由于電感 Lr的存在，使 VD1 的電流逐步下降到零，自然關(guān)斷，因此 VD1 為軟開(kāi)關(guān)。