【正文】 84． 在零電壓轉(zhuǎn)換 PWM 電路中，輔助開(kāi)關(guān) Sl 和二極管 VDI 是軟開(kāi)關(guān)還是硬開(kāi)關(guān)，為什么 ?答：。 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)功率的交換玻消減到最小。 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。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)， fNBSU ? ，當(dāng)頻率 f 提高時(shí)，可減小 N、 S 參數(shù)值，從而減小了變壓器的體積和重量。因?yàn)橐肓私涣麟娏鞣答伓Q為直接電流控制 81． 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。 711． 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。 ，交流電源送出無(wú)功功率，成為靜止無(wú)功功率發(fā)生器。而且，這兩種方式都可以在單位功率因數(shù)下運(yùn)行。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。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。 710．什么是 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。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。 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。 ? r。 1， m=1,2,…； n=2,4,6,…時(shí)，??? ?? ??? ??,2,116 ,1,016 mm mmk 在上述諧波中，幅值較高的是 ?c177。 77 單相和三相 SPWM 波形中，所含主要諧波頻率為多少？ 答：?jiǎn)蜗?SPWM 波形中所含的諧波頻率為： rc ?? kn ? 式中， n=1,3,5,…時(shí)， k=0,2,4, …； n=2,4,6,…時(shí)， 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(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。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(guò)低而對(duì)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(gè)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(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。 fc 過(guò)低時(shí)由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除。 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。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。 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)。 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 1/4 周期的脈沖也不對(duì)稱。 75 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。 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。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(gè)周期中有正、有負(fù)，則稱之為雙極性 PWM 控制方式。 72 設(shè)圖 73 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。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。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(shí)，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。 答： PWM 控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。隨著當(dāng)前器件制造技術(shù)的飛速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)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(diǎn)是：所用的開(kāi)關(guān)器件為 18 個(gè)，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(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低。為什么說(shuō)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(duì)輸入的單相或三相交流電壓進(jìn)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?yàn)闃蚴诫娐纺軌蜉^長(zhǎng)時(shí)間工作在高輸出電壓區(qū)域（對(duì)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。 67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(dòng)機(jī)三個(gè)繞組必須拆開(kāi)，共引出六根線。 ？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(jìn) 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(shí)，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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(shí)，最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的 1/3~1/2。由于控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大，沒(méi)有必要對(duì)交流電源的每個(gè)周期進(jìn)行頻繁控制。這樣的電路體積小、成本低、易于設(shè)計(jì)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(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制）及異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。 交流調(diào)壓電路是在交流電源的每個(gè)周期對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控制。 試求： ① 開(kāi)通角 ? 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(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)； ④ 當(dāng) ?=?/2 時(shí)，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)。 元 件 類型 型號(hào) 電 壓 (V) 電 流 (A) 通 態(tài) 壓 降 （ 通 態(tài) 電 阻） 快 恢 復(fù) 二 極管 25CPF10 100 25 8V 肖 特 基 二 極管 3530CPQ035 30 30 4V MOSFET IRFP048 60 70 18 61 一臺(tái)調(diào)光臺(tái)燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可看作電阻負(fù)載，在 ? =0?時(shí)輸出 功率為最大值，試求 功率為最大輸出功率的 80%、 50%時(shí)的開(kāi)通角 ? 。 514． 試分析全橋整流電路和全波整流電路中二極管承受的最大電壓，最大電流和平均電流。 答：以下分析均以采用橋式整流電路為例。 511． 試分析正激電路和反激電路中的開(kāi)關(guān)和整流二極管在工作時(shí)承受的最大電壓。 當(dāng) V3導(dǎo)通時(shí)，電源向 M供電 ，使其反轉(zhuǎn)電動(dòng)，電流路徑如下圖： 當(dāng) V3關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過(guò) VD3續(xù)流，電流路徑如下圖： 510． 多相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn) ? 答：多相多重?cái)夭娐芬蛟陔娫磁c負(fù)載間接入了多個(gè)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(dòng)次數(shù)增加、脈動(dòng)幅度減小，對(duì)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： 1V 導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電： 1V 關(guān)斷， VD，續(xù)流： 2V 也導(dǎo)通， L上蓄能 : 2V 關(guān)斷， 2DV 導(dǎo)通，向電源回饋能量 59 對(duì)于圖 58 所示的橋式可逆斬波電路，若需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，試分析此時(shí)電路的工作情況，并繪制相應(yīng)的電流流通路徑圖，同時(shí)標(biāo)明電流流向。 解： Sepic 電路的原理圖如下： 在 V 導(dǎo)通 ont 期間， 1LUE? 21LCUU? 左 V 關(guān)斷 offt 期間 1 0 1LCu E u u? ? ? 20Luu?? 當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感 L、 L的電壓平均值均為零，則下面的式子成立 01( ) 0on C of fEt E u u t? ? ? ? 10 0C on of fu t u t?? 由以上兩 式即可得出 0 onofftUEt? Zeta 電路的原理圖如下： 在 V 導(dǎo)通 ont 期間 1LuE? 2 1 0LCu E u u? ? ? 在 V 關(guān)斷 offt 期間 11LCuu? 20Luu?? 當(dāng)電路工作穩(wěn)定時(shí)，電感 1L 、 2L 的電壓平均值為零，則下面的式子成立 1 0on C of fEt u t?? 0 1 0( ) 0C on offE u u t u t? ? ? ? 由以上兩式即可得出 0 onofftUEt? 58． 分析圖 57a 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(gè)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(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。另一方面， A 點(diǎn)的電壓平均值為onActUUT?? ，且 2L 的電壓平均值為零，按圖 3— 5b 中輸出電 壓 Uo 的極性，有0 on ctUUT? 。當(dāng)開(kāi)關(guān) S合到 B 點(diǎn)時(shí)， B 點(diǎn)電壓 Bu =0， A 點(diǎn)電壓 ACuu?? ；相反，當(dāng) S 合到 A點(diǎn)時(shí)， BCuu? ， 0Au? 1 03i NUUN? 。該電路的等效電路如圖 35b所示，相當(dāng)于開(kāi)關(guān) S 在 A、 B 兩點(diǎn)之間交替切換。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí)， 1E L C VD? ? ? 回路和 R 2L VD 回路分別流過(guò)電流。當(dāng)0? l／ 2 時(shí)為降壓，當(dāng) l／ 2? l 時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。 穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T 內(nèi)電感 L兩端電壓 Lu 對(duì)時(shí)間的積分為零，即 0 0T Lu dt ?? 當(dāng) V 處于通態(tài)期間， Lu =E：而當(dāng) V處于斷態(tài)期間 0Luu?? 。此后，使 V 關(guān)斷，電感 L中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為 i2，方向如圖 34 所示。 34 中所示。 解：輸出電壓平均值為： 0 40 5 0 1 3 3 .3 ( )4 0 2 5o ffTU E Vt? ? ? ?? 輸出電流平均值為： 00 1 3 3 .3 6 .6 6 7 ( )20UIAR? ? ? 56．試分別簡(jiǎn)述升降壓斬波電路和 Cuk 斬波電路的基本原理，并比較其異同點(diǎn)。設(shè) V 處于斷態(tài)的時(shí)間為 offt ，則在此期間電感 L 釋放的能量為0()UE? 1I offt ；當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T 中電感 L 積蓄的能量與釋放的能量相等，即： 1 0 1()on offEI t U E I t?? 化簡(jiǎn)得： 0 o n o ffo ff o fftt TU E E?? ? ? 式中的 T／ offt ? 1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。設(shè) V處于通態(tài)的時(shí)間為 ont ，此階段電感 L上積蓄的能量為 E1I ont 。 答：假設(shè)電路中電感 L值很大，電容 C值也很大。 解：由題目已知條件可得： 1 0 1()on offEI t U E I t?? 0 .0 0 1 0 .0 0 20 .5LR? ? ? ? 當(dāng) ston ?5? 時(shí)，有 ? ?