王興貴電力電子逆變電路課后習(xí)題答案

王興貴電力電子逆變電路課后習(xí)題答案1.無源逆變電路和有源逆變電路的區(qū)別是什么?區(qū)別主要在于輸出端接的負(fù)載不同，如交流輸出端接的是交流電源（如電網(wǎng)），則為有源逆變電路，如果輸出端直接接負(fù)載，則為無源逆變。2.換流方式有哪幾種，各有什么特點(diǎn)?通常所說的換流方式指的是如何器件關(guān)斷的方式。?？煞譃橐韵聨追N：器件換流：利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流的方式。電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓。即當(dāng)電網(wǎng)電壓為負(fù)時(shí)，該電壓施加在欲關(guān)斷的器件上時(shí)，器件自動(dòng)關(guān)斷。該方式對(duì)沒有交流電網(wǎng)的無源逆變電路不適用。負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，只要負(fù)載電流的相位超前于負(fù)載電壓的場(chǎng)合，都能實(shí)現(xiàn)。強(qiáng)迫換流：設(shè)置附加的換流電路。給欲關(guān)斷的器件強(qiáng)迫施加負(fù)電壓或負(fù)電流。3電壓型逆變電路和電流型逆變電路有何不同，電壓型逆變：1）直流側(cè)為電壓源2）逆變輸出電壓波形為矩形波3）逆變橋都并聯(lián)了反饋二極管。電流型逆變：1)直流側(cè)為電流源2）逆變輸出的電流波形為矩形波3）逆變橋不用反饋二極管。4．電壓型逆變電路中反饋二極管有什么作用?在電壓型逆變電路中,當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率,直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。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。當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時(shí),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(shí),由反饋二極管提供電流通道。5三相橋式電壓型逆變電路，180o導(dǎo)電方式，UD=100V.試求相電壓的基波幅值和有效值，輸出線電壓的基波幅值和有效值。（書上第102頁(yè)）6.試說明PWM控制的基本原理。PWM控制就是通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）的技術(shù)。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。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?？梢?，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。7.簡(jiǎn)述采用硬件電路進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的過程。通常用期望得到的電壓波形和載波信號(hào)（一般為三角波或鋸齒波）進(jìn)行比較，然后再用比較產(chǎn)生的信號(hào)去控制電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，就能得到所需要的PWM輸出電壓。8．什么是SPWM波形的規(guī)則采樣法，比自然采樣法相比，規(guī)則采樣法有什么優(yōu)缺點(diǎn)。SPWM波形的規(guī)則采樣法是一種在采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)用的SPWM波形生成方法。規(guī)則采樣SPWM規(guī)則采樣法的調(diào)制波為正弦信號(hào)，SPWM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關(guān)器件通斷的時(shí)刻。與自然采樣法相比，規(guī)則采樣法的計(jì)算非常簡(jiǎn)單，計(jì)算量大大減少，而采樣效果與自然采樣法相近，得到的SPWM波形仍然非常接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算，在工程實(shí)際中應(yīng)用不多的缺點(diǎn)。9．什么是異步調(diào)制，什么是同步調(diào)制，兩者有何特點(diǎn)，分段同步調(diào)制的目的是什么?希望輸出的波形叫調(diào)制信號(hào)，接受調(diào)制的信號(hào)叫載波。載波頻率和調(diào)制信號(hào)頻率之比叫做載波比N。根據(jù)載波與調(diào)制波是否同步，以及載波比N的變化情況PWM控制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。1、載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制，在導(dǎo)步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率不變，調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)，N變化，半個(gè)周期內(nèi)，PWM脈沖個(gè)數(shù)不定，相位也不固定，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱。優(yōu)點(diǎn)：由于載波頻率固定，便于利用微處理器進(jìn)行數(shù)字化控制；在調(diào)制波頻率較低時(shí)，可通過提高載波比，增加每個(gè)載波信號(hào)周期內(nèi)的脈沖數(shù)，從而改善輸出波形的質(zhì)量。缺點(diǎn)：PWM脈沖的對(duì)稱性無法保證，這些不對(duì)稱性對(duì)諧波分布和負(fù)載運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生不利影響。2、同步調(diào)制即N為定值，調(diào)制波在一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。優(yōu)點(diǎn)：即使開關(guān)頻率較低，仍可以保證輸出波形的對(duì)稱性和諧波的分布特性。缺點(diǎn)：當(dāng)調(diào)制波的頻率較低時(shí)，為保持同步，載波頻率將會(huì)很低，此時(shí)輸出波形中主要諧波的的頻率也很低，從而使輸出的波形質(zhì)量變差。當(dāng)調(diào)制波的頻率較高時(shí)，載波的頻率更高，這可能使開關(guān)器件難以承受。分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率范圍分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)載波比相同，不同的頻段內(nèi)載波比不同。在輸出頻率高的頻段采用較低的載波比，以使載波頻率不致太高，從而限制在功率開關(guān)器件允許范圍內(nèi)，在輸出頻率低的頻段采用較低高的載波比，以使載波頻率不致過低，從而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利的影響。10．單極性和雙極性PWM模式有什么區(qū)別和特點(diǎn)?從調(diào)制脈沖的極性來看，PWM波形可分為單極性和雙極性兩種PWM模式。單極性PWM模式是指電路輸出在每半個(gè)周期始終保持相同的極性；雙極性PWM模式是指電路輸出在每個(gè)開關(guān)周期都是雙極性波形。與單極性模式相比，雙極性PWM模式控制電路和主電路比較簡(jiǎn)單單極性PWM模式要比雙極性PWM模式輸出電壓中、高次諧波分量小得多，這是單極性模式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。11.在三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓和輸出線電壓SPWM波形各有幾種電平?三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：0.5Ud和-0.5Ud。輸出線電壓有三種電平Ud、0、-Ud。12.試簡(jiǎn)述開關(guān)損耗最小PWM控制的目的和過程開關(guān)損耗最小PWM控制的目的是：使輸出線電壓波形中不含低次諧波，同時(shí)盡可能提高直流電壓的利用率，盡量減少功率器件的開關(guān)次數(shù)以減小開關(guān)損耗。開關(guān)損耗最小PWM控制的過程：在相電壓的正弦波調(diào)制信號(hào)中疊加適當(dāng)大小的3次或其它3倍頻于正弦波的信號(hào)，甚至疊加直流分量，這些疊加分量并不會(huì)影響線電壓，但采用這樣的調(diào)制信號(hào)卻可以提高直流電壓的利用率，而且可以達(dá)到在信號(hào)波的一定周期內(nèi)開關(guān)器件不動(dòng)作的目的，從而降低開關(guān)器件的損耗。13.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)開關(guān)時(shí)刻（不含0和π時(shí)刻）可以控制，可以消去的諧波有幾種?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)，應(yīng)使波形在正半周期前后1/4周期以π/2為軸線對(duì)稱。考慮到上述對(duì)稱性，半周期內(nèi)有五個(gè)開關(guān)時(shí)刻可以控制，利其中的一個(gè)自由度控制基波的大小，剩余的4個(gè)自由度可以用于消除4種頻率的諧波。14.什么是電流跟蹤型PWM變流器，采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器有何特點(diǎn)?電流跟蹤型PWM變流器是對(duì)變流電路采用電流跟蹤控制。也即不用信號(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)，通過二者的瞬時(shí)值比較來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，相同開關(guān)頻率的輸出電流中高次諧波的含量較多；⑤采用閉環(huán)控制；15．逆變電路多重化的目的是什么?如何來實(shí)現(xiàn)?逆變電路多重化的目的是使總體上裝置的功率等級(jí)提高，二是可以改善輸出電壓的波形。因?yàn)闊o論是電壓型逆變電路輸出是矩形電壓波，還是電流型逆變電路輸出的矩形電流波，都含有較多的諧波，對(duì)負(fù)載有不利影響，采用多重逆變電路，可以把幾個(gè)矩形波組合起來獲得接近正弦波的波形。逆變電路多重化就是將若干個(gè)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，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，并聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路的輸出并聯(lián)起來。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的多重化。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。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時(shí)，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。16．簡(jiǎn)述多電平逆變電路的分類和特點(diǎn)?多電平逆變電路主要有：二極管鉗位逆變電路、電容鉗位型逆變電路、具有獨(dú)立直流電源的級(jí)聯(lián)型逆變電路。二極管鉗位逆變電路：由于每一相都有一個(gè)鉗位二極管，可實(shí)現(xiàn)兩電容的中點(diǎn)電壓輸出，故電路的每一相都可實(shí)現(xiàn)三電平輸出。其線電壓比兩電平的逆變電路更接近正弦波，其諧波分布要優(yōu)于傳統(tǒng)的兩電平逆變電路。電容鉗位型逆變電路：①電容的引入，通過同一電平上不同開