【正文】 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。 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。使每個 PWM脈沖的中點和三角波一周期的中點（即負(fù)峰點）重合，在三角波的負(fù)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。規(guī)則采樣法是在自然采樣法的基礎(chǔ)上得出的。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(fù)載產(chǎn)生不利影響。 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。 當(dāng)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。 fc過低時由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。 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。對于三相 PWM 型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也變差。 而當(dāng)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 脈沖的跳動。 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(fù)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。 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。 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。輸出線電壓有三種電平 Ud、 0、 Ud。 三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的 PWM波形在半個周期中有正、有負(fù)，則稱之為雙極性 PWM控制方式。 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。對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到 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。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。上述原理稱為面積等效原理 以正弦 PWM 控制為例。 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。 答： PWM 控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)。 并聯(lián)多重逆變電路多用于電流型逆變電路得多重化。串聯(lián)多重是把幾個逆變電路的輸出串聯(lián)起來，并聯(lián)多重是把幾個逆變電路的輸出并聯(lián)起來。 逆變電路多重化就是把若干個逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來，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。 8．逆變電路多重化的目的是什么？如何實現(xiàn)？串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路各用于什么場合？ 答：逆變電路多重化的目的之一是使總體上裝置的功率等級提高，二是可以改善輸出電壓的波形。隨著 C13充電電壓不斷增高，充電電流逐漸減小，到某一時刻充電電流減到零， VD1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束。 uC13 降到零之后在 U 相負(fù)載電感的作用下，開始對 C13反向充電。因放電電流恒為 Id，故稱恒流放電階段。以 VT 1 和 VT 3之間的換流為例，串聯(lián)二極管式電流型逆變電路的換流過程可簡述如下： 給 VT 3施加觸發(fā)脈 沖，由于換流電容 C13 電壓的作用，使 VT3導(dǎo)通，而 VT 1被施以反向電壓而關(guān)斷。 7．串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中，二極管的作用是什么？試分析換流過程。試求輸出相電壓的基波幅值 UUN1m和有效值 UUN輸出線電壓的基波幅值 UUV1m和有效值 UUV輸出線電壓中 5 次諧波的有效值 UUV5。 5. 三相橋式電壓型逆變電路， 180176。 在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。因為反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的 32 不同而不同。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供 通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。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。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 3．什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二 者各有什么特點。通常是利用附加電容上的能量實現(xiàn)，也稱電容換流。 負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓時，可實現(xiàn)負(fù)載換流。全控型器件采用此換流方式。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù)載聯(lián)接。隨著當(dāng)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。 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。為什么說這種電路有較好的發(fā)展前景？ 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。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。 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)。為此，交流電動機三個繞組必須拆開，共引出六根線。 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？ 30 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。 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。 當(dāng)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(yán)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。當(dāng)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。 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。但兩者的功能和工作方式不同。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(dá)到比較理想的動態(tài)補償效果。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 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) 29 提供無功功率（提供容性的無功功率）。 TSC 是晶閘管投切電容器。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。這樣的電路體積小、成本低、易于設(shè)計制造。這都是十分不合理的。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。 交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟起動，也用于異步電動機調(diào)速。 交流調(diào)壓電路是在交流電源的每個周期對輸出電壓波形進行控制。 此時， 晶閘管電流有效值為 ? ?????? c os )2c os (s i n2 1VT ???? ZUI = 220??179。 開通角 α 的變化范圍為： φ ? α π 即 ? α π ③ 當(dāng) α =φ 時，輸出電壓最大，負(fù)載電流也為最大，此時輸出功率最大，為 Pomax= RLRRI2222 m a xo)(2 2 0 ?????????? ?=(KW) 功率因數(shù)為 37532o1m a xo ???? IUP? 實際上，此時的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗角的余弦，即 cos?? ④ α =2? 時，先計算晶閘管的導(dǎo)通角，由式（ 47）得 sin( 2? +θ )=sin(2? ?) ??tane 解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為： θ ==176。試求： ① 開通角 α 的變化范圍；②負(fù)載電流的最大有效值；③最大輸出功率及此時電源側(cè)的功率因數(shù)；④當(dāng) α =2?時，晶閘管電流有效值，晶閘管導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。 同理，輸出功率為最大輸出功率的 50%時，有： 1o UU ? 又由 ? ??? ? ??? 2 2s in1o UU α =90176。 26 第 4 章 交流電力控制電路和 交交變頻電路 1. 一調(diào)光臺燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺燈可看作電阻負(fù)載，在 α =0 時輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的 80%， 50%時的開通角 α 。 當(dāng) V3導(dǎo)通時，電源向 M 供電，使其反轉(zhuǎn)電動，電流路徑如下圖： E L R+ V 1VD 1u o V 3E MV 2VD 2 ioV 4 VD 3VD 4M 當(dāng) V3關(guān)斷時，負(fù)載通過 VD3續(xù)流，電流路徑如下圖： E L R+ V 1VD 1u o V 3E MV 2VD 2 ioV 4VD 3VD 4M 10．多相多重斬波電路有何優(yōu)點？ 答：多相多重斬波電路因在電源與負(fù)載間接入了多個結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路，使得輸入電源電流和輸出負(fù)載電流的脈動次數(shù)增加、脈動幅度減小，對輸入和輸出電流濾波更容易，濾波電感減小。 圖 37b中，各階段器件導(dǎo)通情況及電流路徑等如下： V1導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電： E LV 1VD 1 u oi oV 2VD 2E MMR V1關(guān)斷， VD1續(xù)流： E LV 1VD 1 u oi oV 2VD 2E MMR 25 V2導(dǎo)通， L上蓄能： E LV 1VD 1 u oi oV 2VD 2E MMR V2關(guān)斷， VD2導(dǎo)通，向電源回饋能量 E LV 1VD 1 u oi oV 2VD 2E MMR 9．對于圖 38 所示的橋式可逆斬波電路，若需使電動機工作于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，試分析此時電路的工作情況，并繪制相應(yīng)的電流流通路徑圖，同時標(biāo)明電流流向。 解： Sepic電路的原理圖如下： RVDa)Vi 1 L 1 C 1u C1 i 2L 2C 2u ou L1u L2E Sepic 斬波電路 在 V導(dǎo)通 ton期間， uL1=E uL2= uC1 在 V關(guān)斷 toff期間 uL1＝ E?uo?uC1 uL2= ?uo 當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，電感 L L2的電壓平均值均為零，則下面的式子成立 E ton + (E?uo?uC1) toff =0 uC1 ton?uo toff=0 由以上兩式即可得出 Uo= Ettoffon 24 Zeta電路的原理圖如下： RVDEVi 1C 1L 1 u oC 2L 2u L1u L2uC1 在 V導(dǎo)通 ton期間， uL1= E uL2= E???uC1?uo 在 V關(guān)斷 toff期間 uL1＝ uC1 uL2= ?uo 當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，電感 L L2的電壓平均值均為零，則下面的式子成立 E ton + uC1 toff =0 (E?uo?uC1) ton?uo toff=0 由以上兩式即可得出 Uo= Ettoffon 8．分析圖 37a 所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖 37b 的波形，繪制出各個階段電流流通的路徑并標(biāo)明電流方向。 與升降壓斬波電路相比， Cuk斬波電路有一個明顯的優(yōu)點，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進行濾波。另一方面， A點的電壓平均值為ConA UTtU ??，且 L2的電壓平均值為零，按圖 35b 中輸出電壓 Uo的極性，有Cono UTtU ?。當(dāng)開關(guān) S 合到 B 點時 ， B 點電壓 uB=