【正文】 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為軟開關(guān)。 4．在零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路中，輔助開關(guān)S1和二極管VD1是軟開關(guān)還是硬開關(guān)，為什么？答：在S1開通時，uS1 不等于零；在S1關(guān)斷時，其上電流也不為零，因此S1為硬開關(guān)。 零電壓開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元 零電流開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元 零轉(zhuǎn)換PWM電路：這類軟開關(guān)電路還是采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時刻，所不同的是，諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的，輸入電壓和負載電流對電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)并從零負載到滿負載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)，無功率的交換被消減到最小。 準諧振電路：準諧振電路中電壓或電流的波形為正弦波，電路結(jié)構(gòu)比較簡單，但諧振電壓或諧振電流很大，對器件要求高，只能采用脈沖頻率調(diào)制控制方式。提高開關(guān)頻率，周期變短，可使濾除開關(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；對于變壓器來說，當輸入電壓為正弦波時，U=，當頻率f提高時，可減小N、S參數(shù)值，從而減小了變壓器的體積和重量。因為引入了交流電流反饋而稱為直接電流控制第8章 軟開關(guān)技術(shù) 1．高頻化的意義是什么？為什么提高開關(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。 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)系來進行控制，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。交流電源送出無功功率，成為靜止無功功率發(fā)生器。而且，這兩種方式都可以在單位功率因數(shù)下運行。其基本工作方式為整流，此時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。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，通過對PWM整流電路的適當控制，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。 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。w r。1，m=1,2,…； n=2,4,6,…時，在上述諧波中，幅值較高的是wc177。 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：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wc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。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。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)。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。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)較復雜，成本較高，控制方法還不算成熟；，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)），a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？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，頻譜復雜。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。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。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)橹绷麟姡瑑山M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)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。也可由圖43估計出q 的值。解：①負載阻抗角為：φ=arctan（）=arctan（）==176。 2．一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻220V，阻感串聯(lián)作為負載，其中R=，L=2mH。解：α=0時的輸出電壓最大，為此時負載電流最大，為因此最大輸出功率為輸出功率為最大輸出功率的80%時，有：此時，又由解得α=176。 此外，多相多重斬波電路還具有備用功能，各斬波單元之間互為備用，總體可靠性提高。解：需使電動機工作于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)時，由V3和VD3構(gòu)成的降壓斬波電路工作，此時需要V2保持導通，與V3和VD3構(gòu)成的降壓斬波電路相配合。解：電流可逆斬波電路中，V1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動機供電，電動機為電動運行，工作于第1象限；V2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動機的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫矗闺妱訖C作再生制動運行，工作于第2象限。 7．試繪制Speic斬波電路和Zeta斬波電路的原理圖，并推導其輸入輸出關(guān)系。于是可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系： 兩個電路實現(xiàn)的功能是一致的，均可方便的實現(xiàn)升降壓斬波。因此，B點電壓uB的平均值為（UC為電容電壓uC的平均值），又因電感L1的電壓平均值為零，所以。假設(shè)電容C很大使電容電壓uC的脈動足夠小時。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。Cuk斬波電路的基本原理：當V處于通態(tài)時，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分別流過電流。于是：所以輸出電壓為：改變導通比a，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。可見，負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反。同時，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負載R供電。解：輸出電壓平均值為：Uo ===(V)輸出電流平均值為：Io ===(A) 6．試分別簡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。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：化簡得：式中的，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。當V處于斷態(tài)時E和L共同向電容C充電并向負載R提供能量。當V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時電容C上的電壓向負載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值Uo。 此時輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時值分別為：Uo ===15(V)Io ===10(A)Imax==(A)Imin==(A) 4．簡述圖52a所示升壓斬波電路的基本工作原理。解：由題目已知條件可得：m===τ=== 當ton=5μs時，有ρ==ar== 由于==m所以輸出電流連續(xù)。解：由于L值極大，故負載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為Uo===80(V)輸出電流平均值為Io ===5(A) 3．在圖51a所示的降壓斬波電路中，E=100V， L=1mH，R=，EM=10V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20μs，當ton=