【正文】 波形因?yàn)闊o(wú)論是電壓型逆變電路輸出的矩形電壓波還是電流型逆變電路輸出的矩形 電流波都含有較多諧波對(duì)負(fù)載有不利影響采用多重逆變電路可以把幾個(gè)矩形波組 合起來(lái)獲得接近正弦波的波形逆變電路多重化就是把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來(lái)使它們所含 的某些主要諧波分量相互抵消就可以得到較為接近正弦波的波形組合方式有串聯(lián)多重 和并聯(lián)多重兩種方式串聯(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) 串聯(lián)多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化 并聯(lián)多重逆變電路多用于電流型逆變電路得多重化第 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πN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 波形可見(jiàn)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(jì)算脈沖寬度解將各脈沖的寬度用dii 1 2 3 4 5表示根據(jù)面積等效原理可得p5 m sin wtdwtpcoswt 5d1 0 2U m 009549 rad 03040 ms 2 02pp 5 U msin vtdwt2pcoswt 5d2 5 2U m3p 02500 rad 07958 ms 2 p52 5 U msin vtdwt3pcoswt 5d3 5 2U m2 2p5 03090 rad 09836 ms 4p3 5 U msin vtdwtd4 5 d2 02500 rad 07958 ms 2U mp 4p U m sin vtdwtd5 5 d1 00955 rad 03040 ms 2U m3 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05Ud 和05 Ud輸出線電 壓有三種電平 Ud0 Ud4．特定諧波消去法的基本原理是什么設(shè)半個(gè)信號(hào)波周期內(nèi)有 10 個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻不含0 和p 時(shí)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(duì)稱性為消去偶次諧波應(yīng)使波形正負(fù)兩個(gè)半周期對(duì)稱為消 去諧波中的余弦項(xiàng)使波形在正半周期前后 14 周期以p 2 為軸線對(duì)稱考慮到上述對(duì)稱性半周期內(nèi)有 5 個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可以控制利用其中的 1 個(gè)自由度控制基波的大小剩余的 4 個(gè)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(diǎn)分段同步調(diào)制有什么優(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 是變化的異步調(diào)制的主要特點(diǎn)是在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)PWM 波的脈沖個(gè)數(shù)不固定相位也不固定正負(fù)半周期的 脈沖不對(duì)稱半周期內(nèi)前后 14 周期的脈沖也不對(duì)稱這樣當(dāng)信號(hào)波頻率較低時(shí)載波比 N 較大一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多正負(fù)半周期脈 沖不對(duì)稱和半周期內(nèi)前后 14 周期脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小PWM 波形接近正 弦波而當(dāng)信號(hào)波頻率增高時(shí)載波比 N 減小一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少PWM 脈沖不對(duì)稱的影響就變大有時(shí)信號(hào)波的微小變化還會(huì)產(chǎn)生 PWM 脈沖的跳動(dòng)這就使得輸出 PWM波和正弦波的差異變大對(duì)于三相 PWM 型逆變電路來(lái)說(shuō)三相輸出的對(duì)稱性也變差 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 同步調(diào)制的主要特點(diǎn)是在同步調(diào)制方式中信號(hào)波頻率變化時(shí)載波比 N 不變信號(hào)波一個(gè)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(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)同步調(diào)制時(shí)的載波頻率 fc 也很低fc 過(guò)低時(shí)由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲 當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)同步調(diào)制時(shí)的載波頻率 fc 會(huì)過(guò)高使開(kāi)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(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)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nw ckw r式中n 135時(shí)k 024 n 246時(shí)k 135 在上述諧波中幅值最高影響最大的是角頻率為wc 的諧波分量 三相 SPWM 波形中所含的諧波頻率為nw ckw r式中 n 135時(shí)k 3 2m1 177。1m 12n 246時(shí) k6m 1 m6m 1 m0112在上述諧波中幅值較高的是wc177。2w r 和 2w c177。w r8．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 1PWM 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)生器或使電流比電壓超前或滯后任一角度j 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．高頻化的意義是什么為什么提高開(kāi)關(guān)頻率可以減小濾波器的體積和重量為什 么提高關(guān)頻率可以減小變壓器的體積和重量 答高頻化可以減小濾波器的參數(shù)并使變壓器小型化從而有效的降低裝置的體積和重 量使裝置小型化輕量化是高頻化的意義所在提高開(kāi)關(guān)頻率周期變短可使濾除開(kāi) 關(guān)頻率中諧波的電感和電容的參數(shù)變小從而減輕了濾波器的體積和重量對(duì)于變壓器來(lái) 說(shuō)當(dāng)輸入電壓為正弦波時(shí)U 444 f N B S 當(dāng)頻率 f 提高時(shí)可減小 NS 參數(shù)值從 而減小了變壓器的體積和重量2．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CrLr LSVDLr LSC VD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Cr S1LLr LS LrVDSCr VD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LrCr S1 LSVD1 VDLr Cr S1LSVD1 VD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 CS1C S2 與電感 L 仍可構(gòu)成諧振電路而電容 CS3C S4 將無(wú)法與 Lr 構(gòu)成諧振回路這樣S 3 S 4 將變?yōu)橛查_(kāi)關(guān)S 1 S 2 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)第 8 章 組合變流電路1 什么是組合變流電路 答組合變流電路是將某幾種基本的變流電路ACDCDCDCACACDCDC組合 起來(lái)以實(shí)現(xiàn)一定新功能的變流電路2 試闡明圖 81 間接交流變流電路的工作原理并說(shuō)明該電路有何局限性 答間接交流變流電路是先將交流電整流為直流電在將直流電逆變?yōu)榻涣麟妶D 81 所 示的是不能再生反饋電力的電壓型間接交流變流電路該電路中整流部分采用的是不可控 整流它和電容器之間的直流電壓和直流電流極性不變只能由電源向直流電路輸送功率 而不能由直流電路向電源反饋電力這是它的一個(gè)局限圖中逆變電路的能量是可以雙向 流動(dòng)的若負(fù)載能量反饋到中間直流電路導(dǎo)致電容電壓升高由于該能量無(wú)法反饋回交 流電源故電容只能承擔(dān)少量的反饋能量這是它的另一個(gè)局限3 試分析圖 82 間接交流變流電路的工作原理并說(shuō)明其局限性答圖 82 是帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路它是在圖 81 的基礎(chǔ)上 在中間直流電容兩端并聯(lián)一個(gè)由電力晶體管 V0 和能耗電阻 R0 組成的泵升電壓限制電路 當(dāng)泵升電壓超過(guò)一定數(shù)值時(shí)使 V0 導(dǎo)通把從負(fù)載反饋的能量消耗在 R0 上其局限性是 當(dāng)負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)并且要求電動(dòng)機(jī)頻繁快速加減速時(shí)電路中消耗的能量較多能耗 電阻 R0 也需要較大功率反饋的能量都消耗在電阻上不能得到利用4 試說(shuō)明圖 83 間接交流變流電路是如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載能量回饋的答圖 83 為利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路它增加了一套變 流電路使其工作于有源逆變狀態(tài)當(dāng)負(fù)載回饋能量時(shí)中間直流電壓上升使不可控整 流電路停止工作可控變流器工作于有源逆變狀態(tài)中間直流電壓極性不變而電流反向 通過(guò)可控變流器將電能反饋回電網(wǎng)5 何為雙 PWM 電路其優(yōu)點(diǎn)是什么答雙 PWM 電路中整流電路和逆變電路都采用 PWM 控制可以使電路的輸入輸出電 流均為正弦波輸入功率因數(shù)高中間直流電路的電壓可調(diào)當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)可工作 在電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)也可工作在再生制動(dòng)狀態(tài)通過(guò)改變輸出交流電壓的相序可使電動(dòng)機(jī)正 轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)因此可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行6 什么是變頻調(diào)速系統(tǒng)的恒壓頻比控制 答