【導(dǎo)讀】施加觸發(fā)電流（脈沖）。通的最小電流，即維持電流。流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。與電流有效值I1、I2、I3。這時，相應(yīng)的電流最大值Im1、Im2、Im3. 解：額定電流IT=100A的晶閘管，允許的電流有效值I=157A，，由普通晶閘管的分析。較大，這樣晶體管V2控制靈敏，易于GTO關(guān)。，GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這。樣為門極控制關(guān)斷提供了有利條件；出較大的電流成為可能。20的擊穿電壓，所以為防止MOSFET因靜電感應(yīng)而引起的損壞，①一般在不用時將其三個電極短接；④漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。是電壓驅(qū)動型器件，IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器。止電壓，以加速關(guān)斷速度。路通常包括開通驅(qū)動電路，關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分。時的負載電流Id，并畫出ud與id波形。L儲能，在晶閘管開始導(dǎo)通時刻，負載電流為零。負半周期，負載電感L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。

　　

【正文】 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。這樣的電路體積小、成本低、易于設(shè)計制造。 交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時間常數(shù)很大的控制對象。由于控制對象的時間常數(shù)大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。 51 4．什么是 TCR，什么是 TSC？它們的基本原理是什么？各有何特點？ 答： TCR 是晶閘管控制電抗器。 TSC 是晶閘管投切電容器。 二者的基本原理如下： TCR 是利用電抗器來吸收電網(wǎng)中的無功功率（或 提供感性的無功功率），通過對晶閘管開通角 角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié) TCR 從電網(wǎng)中吸收的無功功率的大小。 TSC 則是利用晶閘管來控制用于補償無功功率的電容器的投入和切除來向電網(wǎng)提供無功功率（提供容性的無功功率）。 二者的特點是： TCR 只能提供感性的無功功率，但無功功率的大小是連續(xù)的。實際應(yīng)用中往往配以固定電容器（ FC），就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。 TSC 提供容性的無功功率，符合大多數(shù)無功功率補償?shù)男枰?。其提供的無功功率不能連續(xù)調(diào)節(jié)，但在實用中只要分組合理， 就可以達到比較理想的動態(tài)補償效果。 5．單相交交變頻電路和直流電動機傳動用的反并聯(lián)可控整流電路有什么不同？ 答：單相交交變頻電路和直流電動機傳動用的反并聯(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。但兩者的功能和工作方式不同。 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 52 交流電動機傳動，兩組可控整流電路在輸出交流電壓一個周期里，交替工作各半個周期，從而輸出交流電。 而直流電動機傳動用的反并聯(lián)可控整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟?，兩組可控整流電路中哪一組工作并沒有像交交變頻電路那 樣的固定交替關(guān)系，而是由電動機工作狀態(tài)的需要決定。 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。當交交變頻電路中采用常用的 6 脈波三相橋式整流電路時，最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的 1/3~1/2錯誤 !未指定書簽。 。當電網(wǎng)頻率為 50Hz 時，交交變頻電路輸出的上限頻率為 20Hz 左右。 當輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所包含的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸 變嚴重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動機的轉(zhuǎn)矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。 7．交交變頻電路的主要特點和不足是什么？其主要用途是什么？ 答：交交變頻電路的主要特點是： 只用一次變流，效率較高；可方便實現(xiàn)四象限工作；低頻輸出時的特性接近正弦波。 交交變頻電路的主要不足是： 接線復(fù)雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用 36只晶閘管；受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸出功率因數(shù)較低；輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。 53 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，如軋機主傳動裝置、鼓風(fēng)機、球磨機等場合。 8 三相交交變頻電路有那兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？ 答：三相交交變頻電路有公共交流母線進線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式兩種接線方式。 兩種方式的主要區(qū)別在于： 公共交流母線進線方式中，因為電源進線端公用，所以三組單相交交變頻電路輸出端必須隔離。為此，交流電動機三個繞組必須拆開，共引出六根線。 而在輸出星形聯(lián)結(jié)方式中，因為電動機中性點不和變頻器中性點接在一起，電動機只引三根線即可，但是因其三組單相交交變頻器的輸出聯(lián)在一起，其電源進線必須 隔離，因此三組單相交交變頻器要分別用三個變壓器供電。 9 在三相交交變頻電路中，采用梯形波輸出控制的好處是什么？為什么？ 答：在三相交交變頻電路中采用梯形波控制的好處是可以改善輸入功率因數(shù)。 因為梯形波的主要諧波成分是三次諧波，在線電壓中，三次諧波相互抵消，結(jié)果線電壓仍為正弦波。在這種控制方式中，因為橋式電路能夠較長時間工作在高輸出電壓區(qū)域（對應(yīng)梯形波的平頂區(qū)）， 角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高 15%左右。 10．試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點。為什么說這種電路有較好的發(fā)展前景？ 54 答：矩陣 式變頻電路的基本原理是： 對輸入的單相或三相交流電壓進行斬波控制，使輸出成為正弦交流輸出。 矩陣式變頻電路的主要優(yōu)點是：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，適用于交流電動機的四象限運行；不通過中間直流環(huán)節(jié)而直接實現(xiàn)變頻，效率較高。 矩陣式交交變頻電路的主要缺點是：所用的開關(guān)器件為 18 個，電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，控制方法還不算成熟；輸出輸入最大電壓比只有 ，用于交流電機調(diào)速時輸出電壓偏低。 因為矩 陣式變頻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，可實現(xiàn)四象限運行；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 個開關(guān)器件，卻省去直流側(cè)大電容，使體積減少，且容易實現(xiàn)集成化和功率模塊化。隨著當前 器件制造技術(shù)的飛速進步和計算機技術(shù)的日新月異，矩陣式變頻電路將有很好的發(fā)展前景。 55 第 7 章 PWM 控制技術(shù) 1．試說明 PWM 控制的基本原理。 答： PWM 控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的寬度進行調(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，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦波部分的中點重合，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。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形。可見，所得到的 PWM 波形和期望得到的正弦波等效。 2．設(shè)圖 63 中半周期的脈沖數(shù)是 5，脈沖幅值是相應(yīng)正弦波幅值的兩倍，試按面積等效原理計算脈沖寬度。 解：將各脈沖的寬度用 i（ i=1, 2, 3, 4, 5）表示，根據(jù)面積等 56 效原理可得 1=m50 m2 dsinU ttU?? ?? =502cos ??t? =(rad)=(ms) 2 =m525m2dsinUttU ????? =5252cos ???t? =(rad)=(ms) 3 =m5352 m2dsinUttU ????? =53522cos ???t? =(rad)=(ms) 4 =m5453 m2dsinUttU ????? =2 =(rad)=(ms) 5 =m54 m2dsinUttU ????? =1 =(rad)=(ms) 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（輸出端相對于直流電源中點的電壓）和線電壓SPWM 波形各有幾種電平？ 答：三角波載波在信號波正半周期或負半周期里只有單一的極性，所得的 PWM 波形在半個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為雙極性的，所得的 PWM 波形在半個周期中有正、有負，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。 57 4．特定諧波消去法的基本原理是什么？設(shè)半個信號波周期內(nèi)有 10個開關(guān)時刻（不含 0 和 時刻）可以控制，可以消去的諧波有幾種？ 答：首先盡量使波形具有對稱性，為消去偶次諧波，應(yīng)使波形正負兩個半周期對稱，為消去諧波中的余弦項，使波形在正半周期前后1/4周期以 /2 為軸線對稱。 考慮到上述對稱性，半周期內(nèi)有 5 個開關(guān)時刻可以控制。利用其中的 1 個自由度控制基波的大小，剩余的 4 個自由度可用于消除 4種頻率的諧 波。 5．什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？兩者各有何特點？分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點？ 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 fc 固定不變，因而當信號波頻率 fr變化時，載波比 N是變化的。 異步調(diào)制的主要特點是： 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，當信號波頻率較低時，載波比 N 較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負半周期脈沖不對稱和半周期內(nèi)前后 1/4 周期脈沖不對稱產(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)減少，PWM 脈沖不對稱的影響就變大，有時信號波的微小變化還會產(chǎn)生 PWM 58 脈沖的跳動。這就使得輸出 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)，并在變頻時使載波和信號波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。 同步調(diào)制的主要特點是： 在同步調(diào)制方式中，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。fc 過低時由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。當負載為電動機時也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。 當逆變電路輸出頻率很高時，同步調(diào)制時的載波頻率 fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。 此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些。 分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率劃分為若干段，每個頻段的載波比一定，不同頻段采用不同的載波比。其優(yōu)點主要是，在高頻段采用較低的載波比，使載波頻率不致過高，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低而對負載產(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？ 答： 規(guī)則采樣法是一種在采用微機實現(xiàn)時實用的 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：取三角波載波兩個正峰值之間為一個采樣周期。使每個 PWM 59 脈沖的中點和三角波一周期的中點（即負峰點）重合，在三角波的負峰時刻對正弦信號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波，用該直線與三角波載波的交點代替正弦波與載波的交點，即可得出控制功率開關(guān)器件通斷的時刻。 比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計算非 常簡單，計算量大大減少，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時控制中在線計算，在工程中實際應(yīng)用不多的缺點。 7．單相和三相 SPWM 波形中，所含主要諧波頻率為多少？ 答：單相 SPWM 波形中所含的諧波頻率為： rc ?? kn ? 式中， n=1,3,5,…時， k=0,2,4, …； n=2,4,6,…時， k=1,3,5, … 在上述諧波中，幅值最高影響最大的是角頻率為 c的諧波分量。 三相 SPWM 波形中所含的諧波頻率為： rc ?? kn ? 式中， n=1,3,5,…時， k=3(2m1)177。 1， m=1,2,…； n=2,4,6,…時，??? ?? ??? ??,2,116 ,1,016 mm mmk 在上述諧波中，幅值較高的是 c177。 2 r和 2 c177。 r。 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，可以有效地提高直流電壓的利用率。 60 對于三相 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？ 答：電流跟蹤型 PWM 變流電路就是對變流電路采用電流跟蹤控制。也就是，不用信號波對載波進行調(diào)制，而是把希望輸出的電流作為指令信號，把實際電流作為反饋信號，通過二者的瞬時值比較來決定逆變電路各功率器件的通斷，使實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： ①硬件電路簡單； ②屬于實時控制方式，電流響應(yīng)快； ③不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧 波分量