【正文】 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。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。第5章 逆變電路 1．無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？答：兩種電路的不同主要是： 有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)，即交流側(cè)接有電源。 2．換流方式各有那幾種？各有什么特點？答：換流方式有4種： 器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進行換流。 電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。強迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓換流稱為強迫換流。晶閘管電路不能采用器件換流，根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、負(fù)載換流和強迫換流3種方式。答：按照逆變電路直流測電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的稱為逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路電壓型逆變電路的主要特點是：①直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。②由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。③當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。電流型逆變電路的主要特點是：①直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源。②電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。③當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。 4．電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時，電流并不反向，依然經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，因此不需要并聯(lián)反饋二極管。導(dǎo)電方式，Ud=100V。 解：輸出相電壓的基波幅值為=(V)輸出相電壓基波有效值為：=45(V)輸出線電壓的基波幅值為=110(V)輸出線電壓基波的有效值為=78(V)輸出線電壓中五次諧波的表達(dá)式為：其有效值為：=(V) 6．并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電壓進行換相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件？答：假設(shè)在t時刻觸發(fā)VTVT3使其導(dǎo)通，負(fù)載電壓uo就通過VTVT3施加在VTVT4上，使其承受反向電壓關(guān)斷，電流從VTVT4向VTVT3轉(zhuǎn)移，觸發(fā)VTVT3時刻t必須在uo過零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。答：二極管的主要作用，一是為換流電容器充電提供通道，并使換流電容的電壓能夠得以保持，為晶閘管換流做好準(zhǔn)備；二是使換流電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關(guān)斷的晶閘管上，使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時間的反向電壓，確保晶閘管可靠關(guān)斷，從而確保晶閘管換流成功。直流電流Id從VT1換到VT3上，C13通過VDU相負(fù)載、W相負(fù)載、VDVT直流電源和VT3放電，如圖516b所示。在C13電壓uC13下降到零之前，VT1一直承受反壓，只要反壓時間大于晶閘管關(guān)斷時間tq，就能保證可靠關(guān)斷。如忽略負(fù)載中電阻的壓降，則在uC13=0時刻后，二極管VD3受到正向偏置而導(dǎo)通，開始流過電流，兩個二極管同時導(dǎo)通，進入二極管換流階段，如圖516c所示。之后，進入VTVT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段，電流路徑如圖516d所示。因為無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，對負(fù)載有不利影響，采用多重逆變電路，可以把幾個矩形波組合起來獲得接近正弦波的波形。組合方式有串聯(lián)多重和并聯(lián)多重兩種方式。 串聯(lián)多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化。第6章 PWM控制技術(shù)1．試說明PWM控制的基本原理。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）。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。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。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。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。可見，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。解：將各脈沖的寬度用di（i=1, 2, 3, 4, 5）表示，根據(jù)面積等效原理可得d1== =(rad)=(ms)d2 == =(rad)=(ms)d3 == =(rad)=(ms)d4 ==d2 =(rad)=(ms)d5 ==d1 =(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(fù)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。 三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平： Ud。 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p 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(fù)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p /2為軸線對稱。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。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)信號波頻率fr變化時，載波比N是變化的。這樣，當(dāng)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(fù)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。這就使得輸出PWM波和正弦波的差異變大。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。當(dāng)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。當(dāng)負(fù)載為電動機時也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些。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)。 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。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。 三相SPWM波形中所含的諧波頻率為：式中， n=1,3,5,…時，k=3(2m1)177。2w r和2w c177。 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。 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。 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； ④與計算法和調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時輸出電流中高次諧波含量較多；⑤采用閉環(huán)控制。相控整流電路是對晶閘管的開通起始角進行控制，屬于相控方式。PWM整流電路采用SPWM控制技術(shù)，為斬控方式。PWM整流電路可以實現(xiàn)能量正反兩個方向的流動，即既可以運行在整流狀態(tài)，從交流側(cè)向直流側(cè)輸送能量；也可以運行在逆變狀態(tài)，從直流側(cè)向交流側(cè)輸送能量。此外，還可以使交流電流超前電壓90176。或使電流比電壓超前或滯后任一角度j 。 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)過比較進行跟蹤控制，使輸入電流跟蹤指令值變化。使裝置小型化，輕量化是高頻化的意義所在。 2．軟開關(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？答：根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件開通及關(guān)斷時的電壓電流狀態(tài)，可將軟開關(guān)電路分為零電壓電路和零電流電路兩大類；根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可將軟開關(guān)電路分為準(zhǔn)諧振電路，零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元 零開關(guān)PWM電路：這類電路中引入輔助開關(guān)來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后，此電路的電壓和電流基本上是方波，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關(guān)頻率固定的PWM控制方式。 零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元 零電流轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元 3．在移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路中，如果沒有諧振電感Lr，電路的工作狀態(tài)將發(fā)生哪些變化，哪些開關(guān)仍是軟開關(guān)，哪些開關(guān)將成為硬開關(guān)？答: 如果沒有諧振電感Lr，電路中的電容CS1，C S2與電感L仍可構(gòu)成諧振電路，而電容C S3，C S4將無法與Lr構(gòu)成諧振回路，這樣，S、S將變?yōu)橛查_關(guān)，S、S仍為軟開關(guān)。由于電感Lr的存在，S1開通時的電流上升率受到限制，降低了S1的開通損耗。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（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC）組合起來，以實現(xiàn)一定新功能的變流電路。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?，圖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。圖中逆變電路的能量是可以雙向流動的，若負(fù)載能量反饋到中間直流電路，導(dǎo)致電容電壓升高。 3. 試分析圖82間接交流變流電路的工作原理，并說明其局限性。當(dāng)泵升電壓超過一定數(shù)值時，使V0導(dǎo)通，把從負(fù)載反饋的能量消耗在R0上。4. 試說明圖83間接交流變流電路是如何實現(xiàn)負(fù)載能量回饋的。當(dāng)負(fù)載回饋能量時，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，通過可控變流器將電能反饋回電網(wǎng)。當(dāng)負(fù)載為電動機時，可工作在電動運行狀態(tài)，也可工作在再生制動狀態(tài)；通過改變輸出交流電壓的相序可使電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，因此，可實現(xiàn)電動機四象限運行 6. 什么是變頻調(diào)速系統(tǒng)的恒壓頻比控制？答：即對變頻器的電壓和頻率的比率進行控制，使該比率保持恒定。 7. 何為UPS？試說明圖811所示UPS系統(tǒng)的工作原理。圖811為用柴油發(fā)電機作為后備電源的UPS，其工作原理為：一旦市電停電，則蓄電池投入工作，同時起動油機，由油機代替市電向整流器供電，整流后再通過逆變器逆變?yōu)?0Hz恒頻恒壓的交流電向負(fù)載供電，市電恢復(fù)正常后，再重新由市電供電。8. 試分析正激電路和反激電路中的開關(guān)和整流二極管在工作時承受的最大電壓。答：以下分析均以采用橋式整流電路為例。11. 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。元件類型型號電壓(V)電流(A)通態(tài)壓降（通態(tài)電阻）快恢復(fù)二極管25CPF1010025肖特基二極管3530CPQ0353030MOSFETIRFP0486070解：①總損耗為 4UI=420=(W) ②采用全波整流電路時： 采用快恢復(fù)二極管時總損耗為：2UI=20=(W) 采用肖特基二極管時總損耗為：2UI=20=(W) 采用同步整流電路時，總損耗為： 2IR=2(20)=(W)43