第7章 PWM控制技术
(完整版)电力电子技术第7章复习题答案
第7章 PWM控制技术复习题第1部分：填空题1.PWM控制的理论基础是面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
2.根据“面积等效原理”，SPWM控制用一组等幅不等宽的脉冲（宽度按正弦规律变化）来等效一个正弦波。
3.PWM控制就是对脉冲的__宽度____进行调制的技术；直流斩波电路得到的PWM波是等效_直流___波形，SPWM控制得到的是等效_正弦___波形。
4.PWM波形只在单个极性范围内变化的控制方式称__单极性___控制方式，PWM波形在正负极性间变化的控制方式称__双极性______控制方式，三相桥式PWM型逆变电路采用__双极性______控制方式。
5.SPWM波形的控制方法：改变调制信号u r的幅值可改变基波幅值；改变调制信号u r的频率可改变基波频率；6.得到PWM波形的方法一般有两种，即_调制法__和_计算法_，实际中主要采用_调制法_。
7.根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为_同步调制__和_异步调制__。
一般为综合两种方法的优点，在低频输出时采用_异步调制_方法，在高频输出时采用_同步调制_方法。
8.在正弦波和三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断，这种生成SPWM波形的方法称_自然采样法___，实际应用中，采用_规则采样法______来代替上述方法，在计算量大大减小的情况下得到的效果接近真值。
9.正弦波调制的三相PWM逆变电路，在调制度α为最大值1时，直流电压利用率为__0.866____，采用_梯形____波作为调制信号，可以有效地提高直流电压利用率，但是会为电路引入__低次谐波_____。
10.PWM逆变电路多重化联结方式有_变压器方式______和_电抗器方式____，二重化后，谐波地最低频率在____2__ωc附近。
11.从电路输出的合成方式来看，多重逆变电路有串联多重和并联多重两种方式。
电压型逆变电路多用__串联___多重方式；电流型逆变电路多采用_并联____多重方式。
PWM的控制
第14章
PWM的控制
14.4 程序编写 案例：是一个LED 灯从亮到暗，再从 暗到亮。
流程图如 右图
THANK YOU VERY MUCH ！
本章到此束， 谢谢您的临！
PWM的控制
面积等效原理：
分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性 环节（R-L电路）上，如图2a所示。其输出电流 i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。从 波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略 有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄， 各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施 加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里 叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性 将非常接近，仅在高频段有所不同。
位
7
6
CR
5
-
4
-
3
-
2
-
1
0
符号 CF
CCF1 CCF0
第14章
PWM的控制
描述 PCA计数器阵列溢出标志 PCA计数器阵列运行控制位
CCON 寄存器的具体描述
位 7 6 1 0 符号 CF CR
5-2 -
保留为将来之用
CCF1 PCA模块1中断标志 CCF0 PCA模块0中断标志
第14章
PWM的控制
4
3 2 1 0
CAPNn 负捕获。下降沿有效
MATn T0Gn PWMn 匹配 翻转 脉宽调制模式。
ECCFn 使能CCFn中断
第14章
PWM的控制
（2）STC12C5410AD单片机实现PWM的原理 当CL SFR的值小于{EPCnL,CCAPnL}时，输出 为低。当PCA CL SFR的值大于或等于 {EPCnL,CCAPnL}时，输出为高。当CL的值由 FF变为00溢出时， {EPCnH,CCAPnH}的内容装 载到{EPCnL,CCAPnL}中。这样就可以实现无干 扰地更新PWM，要使用PWM模式，模块 CCAPMn寄存器PWMn和ECOMn位必须复位。
第7章 PWM多电平电路
*7.5.3
直接转矩控制在NPC-PWM-INV中的应用
图7-26 定子磁链的计算
*7.5.3
直接转矩控制在NPC-PWM-INV中的应用
图7-27 基于DSP的全数字化 DTC异步机调速系统 1—电网及输入变压器 2—不控整流电路 3—NPCINV 4—异步电动机 5—驱动电路 6—控制电源模块 7—电压检测 8—电流检测 9—EEPROM 10—DSP 11—硬件过电流保护模块 12—外部RAM扩展 13—串行通信接口
图7-8 N=2并-并/串结构的多重化双管正激式电路 a)主电路结构 b)等效电路
*7.3.2
多重化PWM双管正激式直流变换电路
图7-9 N=2串-串结构的多重化双管正激式电路
7.4 多重化PWM逆变电路 7.4.1 多重化PWM电压源逆变电路 7.4.2 多重化PWM电流源逆变电路
7.4.1 多重化PWM电压源逆变电路
表7-3 多重化电流源方波逆变电路的谐波含量
7.3 多重化PWM直流变换电路 7.3.1 多重化PWM单象限降压型电路
*7.3.2
多重化PWM双管正激式直流变换电路
7.3.1 多重化PWM单象限降压型电路
图7-7 N=3多重化PWM单象限降压型电路 a)主电路结构 b)电量波形
*7.3.2
多重化PWM双管正激式直流变换电路
图7-21 NPC-PWM-INV的空间矢量图 a)电压空间矢量的分布 b)磁链增量轨迹 c)矢量的合成
7.5.2 中点钳位式PWM逆变电路(NPC-PWM-INV)
表7-7 NPC SVPWM INV电路开关状态与电压空间矢量的对照表
*7.5.3
直接转矩控制在NPC-PWM-INV中的应用
2017年西安理工大学814电力电子技术终考研大纲硕士研究生入学考试大纲
西安理工大学研究生招生入学考试《电力电子技术》考试大纲科目代码：814科目名称：电力电子技术第一部分课程目标与基本要求一、课程目标电力电子技术是电气工程及其自动化类专业一门必修的专业基础课。
本课程主要考查考生对电力电子技术基本概念的理解，对常用电力电子器件特性和使用方法，基本的电力电子变换电路的结构、工作原理、控制方法、分析和设计方法掌握程度；考查考生基本电力电子基础知识的综合运用能力。
二、基本要求本课程主要任务是研究常用的电力电子器件的驱动控制方法；使学生掌握基本电力电子变换电路控制、设计和分析方法；熟悉各种电力电子装置的应用范围和技术指标。
通过本课程的学习，学生能运用所学正确分析典型电力电子变换电路的问题，使学生具备进一步学习后续课程的理论基础。
第二部分课程内容与考核目标第一章绪论1、理解电力电子技术设计的学科范畴；2、了解电力电子技术研究内容；3、了解电力电子技术发展史；4、了解电力电子技术应用领域。
第二章电力电子器件1、了解电力电子器件在实际应用系统中的地位；2、掌握常用电力电子器件：电力二极管、晶闸管、典型全控型器件IGBT和电力MOSFET的结构、工作原理、动静态特性及参数；3、了解新型电力电子器件及材料。
第三章整流电路1、掌握相控整流电路的基本概念及分析方法；2、掌握单相及三相相控整流电路控制方式、工作原理及波形分析；3、掌握有源逆变实现条件、有源逆变颠覆概念，掌握常用有源逆变电路工作原理；4、理解变压器漏抗对可控整流电路的影响，电容滤波对整流器输出电压的影响；5、了解整流电路谐波及其评价指标，了解非正弦电路中功率因数评价方法。
第四章逆变电路1、掌握电力电子技术的基本换流方式；2、掌握逆变电路常用控制方法；3、掌握单相及三相电压型逆变电路结构特点、工作原理和输出波形特性；4、掌握电流型逆变电路结构特点、工作原理和输出波形特性；5、理解逆变电路多重化工作原理及作用。
第五章直流-直流变换电路1、掌握直流斩波电路常用控制方法及分析方法；2、掌握基本的直流斩波电路，如降压斩波、升压斩波和升降压斩波电路的拓扑结构、控制方法和工作原理；3、掌握电流可逆和桥式可逆斩波电路控制方法，了解斩波电路多重化意义。
《电力电子技术》(第六七八章)习题答案
第6章 PWM 控制技术1．试说明PWM 控制的基本原理。
答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理以正弦PWM 控制为例。
把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等，都等于π/N ，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM 波形。
各PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。
可见，所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。
2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。
解：将各脉冲的宽度用i（i =1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=0.2500(rad)=0.7958(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=0.3090(rad)=0.9836(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=0.2500(rad)=0.7958(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别？三相桥式PWM 型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM 波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM 控制方式。
电力电子技术王兆安第五版课后习题答案
目录第 1章电力电子器件第 2章整流电路第 3章直流斩波电路第 4章交流电力控制电路和交交变频电路第 5章逆变电路第 6章 PWM控制技术第 7章软开关技术第 8章组合变流电路π π π第 1 章 电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：u AK >0 且 u GK >0。
2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持 电流。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
3. 图 1-43 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为 I m ，试计算各波形的电流平均值 I d1、I d2、I d3 与电流有效值 I 1、I 2、I 3。
π π 4a)12π 0 ππ 5π 2π 0π 2π44 2b)c)图 1-43 晶闸管导电波形I m 2解：a)I d1= 2 1 赲υλ0πI m sin ω td ( ω t ) = ( +1 ) 猏υλ0 0.2717 I m 42 22 I m3 1 I 1= 赲υλ0π ( 2 π 4b)I d2 = 1 赲υλ0ππ 41I m sin ω t ) d ( ω t ) = + 猏υλ0 0.4767 I m 2 4 2πI m 2I msin ω td ( ω t ) = ( + 1 ) 猏υλ0 0.5434 I m π 22 2I m3 1 I 2 =π 赲υλ0π( I m sin ω t ) d ( ωt ) = + 猏υλ0 0.6741I 4 24 2π πc)I d3= 1 21赲υλ002 I md ( ωt ) =π2 1 I m 4 1 I3 =赲υλ002 I md (ωt ) = I m 2 π2多少？这时，相应的电流最大值 I m1、I m2、I m3 各为多少?解：额定电流 I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值 I =157A ，由上题计算结果知a) b) II m1 ? 猏υλ0329.35，0 4767II m2 ? 猏υλ0 232.90,0 6741I d1 猏υλ0 0.2717 I m1 猏υλ0 89.48 I d2 猏υλ0 0.5434 I m2 猏υλ0 126.56 1 c) I m3=2 I = 314, I d3= I m3=78.545. GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，为什么 GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？ 答：GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，由 P 1N 1P 2 和 N 1P 2N 2 构成两个晶体管 V 1、V 2,分 别具有共基极电流增益 α 和 α ，由普通晶闸管的分析可得， α + α =1 是器件临界导通 12的条件。
《电力电子技术》学习指导
《电力电子技术》学习指导第1章绪论电力变换的类型；变流技术的概念；电力电子技术的理论基础；电力电子技术发展简史和主要应用领域。
第2章电力电子器件典型器件SR、SCR、GTO、GTR、MOS、IGBT的中文名称、图形符号、开通条件和关断条件；器件的主要分类方法；上述六种典型器件在不同分类方法中的归属；不同类型器件的优点和缺点；典型器件在最大功率和最大工作频率这两个指标上的排序；器件提高耐压能力和通流能力的方法；六种典型器件的静态特性曲线和动态特性曲线；SR和SCR额定电流的定义；电压、电流平均值和有效值的计算。
第3章整流电路整流电路的主要类型；相控方式的概念；触发角（控制角）的概念；续流二极管的作用；平波电抗器的作用；整流电路带不同性质负载时各自的工作特点。
变压器漏抗对整流电路的影响。
整流电路输入量和输出量的谐波分析。
电容滤波电路的工作特点。
有源逆变的概念和产生有源逆变的条件。
触发电路的作用和主要类型。
单相/三相桥式全控整流电路带电阻/阻感负载时的主电路图、工作原理、晶闸管的移相范围。
单相/三相桥式全控整流电路带阻感负载（且L极大）时主要波形图（u d、i d、i VT、i2）的绘制、主要物理量（U d、I d、I dVT、I VT、I2）的计算、晶闸管额定电压和额定电流的计算、输入电流和输出电压的谐波分析、输入侧功率因数的计算。
第4章逆变电路无源逆变的概念；换流方式的类型及其特点；电压型逆变电路和电流型逆变电路的概念及其特点；电压型单相半桥/全桥逆变电路；移相调压的概念；电压型三相桥式逆变电路；电流型单相/三相逆变电路；逆变电路多重化的概念、作用和特点；多电平逆变电路。
电压型单相全桥逆变电路带电阻/阻感负载时的主电路图、工作原理、主要波形图（u o、i o）。
电压型三相桥式逆变电路带电阻负载时的主电路图、工作原理、主要波形图（线电压u L、相电压u p）。
第5章直流-直流变流电路直流-直流变流电路的主要类型（直接/间接型，非隔离/隔离型）；斩波电路的三种控制方式；占空比（导通比）的概念；电感电流断续工作方式和电感电流连续工作方式；六种基本直流斩波电路的英文缩写及其功能；采用直-交-直变换方式的原因；直流斩波电路的主要应用；多相多重斩波电路。
电力电子习题答案
第2章电力电子器件与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才能使它具有耐受高电压和大电流的能力解：1. 电力二极管是垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，提高通流能力 2.电力二极管在P区和N区多了一层低掺杂区，可以承受很高的电压而不致被击穿；3.具有电导调制效应。
使晶闸管导通的条件是什么答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或者U AK >0且U GK>0维持晶闸管导通的条件是什么怎样才能使晶闸管由导通变为关断答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
图2－27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im , 试计算各波形的电流平均值I d1,I d2,I d3与电流有效值I1，I2，I3解:a) Id1= Im I1==b) Id2== Im I2= Imc) Id3== Im I3== Im.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少这时,相应的电流最大值Im1,Im2,Im3各为多少解:额定电流I T(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知a) Im1=I/=, ≈≈89.48Ab) Im2=I/ = Id2= =c) Im3=2I=314 Id3= =和普通晶闸管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断,而普通晶闸管不能答: GTO之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：l)GTO 在设计时2α较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO 关断;2)GTO 导通时21αα+的更接近于l,普通晶闸管5.121≥+αα,而GTO 则为05.121≈+αα，GTO 的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利条件;3)多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小, 门极和阴极间的距离大为缩短,使得P2极区所谓的横向电阻很小, 从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
pwm基本原理
pwm基本原理PWM基本原理。
脉宽调制（PWM）是一种常见的调制技术，它在电子领域中有着广泛的应用。
PWM的基本原理是通过控制信号的占空比来实现对电路的控制，从而实现对电压、电流、功率等参数的精确调节。
本文将介绍PWM的基本原理及其在实际应用中的一些特点和优势。
首先，PWM的基本原理是利用脉冲信号的高电平时间占整个周期的比例来控制输出。
当高电平时间占比较大时，输出信号的平均值也相应增大；反之，当高电平时间占比较小时，输出信号的平均值减小。
这种通过改变占空比来控制输出的方式，使得PWM技术在电子调节中得到了广泛应用。
其次，PWM技术在实际应用中有着诸多优势。
首先，PWM技术可以实现对电路的精确控制，能够在不同的工作条件下保持稳定的输出。
其次，PWM技术可以实现高效的能量转换，能够减小能量损耗，提高系统的效率。
此外，PWM技术还具有抗干扰能力强、响应速度快等特点，适用于各种复杂的控制系统。
在实际应用中，PWM技术被广泛应用于电力电子领域。
例如，PWM技术可以用于直流电机的调速控制，通过改变PWM信号的占空比，可以实现对电机转速的精确控制。
此外，PWM技术还可以用于逆变器的控制，实现对交流电的变换和调节。
除此之外，PWM技术还被应用于照明领域。
采用PWM技术可以实现对LED灯的亮度调节，通过改变PWM信号的占空比，可以实现对LED灯的亮度精确控制，实现节能和环保的目的。
总之，PWM技术作为一种重要的调制技术，在电子领域中有着广泛的应用。
通过控制信号的占空比，可以实现对电路的精确控制，具有高效能量转换、抗干扰能力强等优势，适用于各种复杂的控制系统。
在电力电子和照明领域，PWM技术都有着重要的应用价值，对于提高系统的效率、节能环保等方面都具有积极的作用。
希望本文对PWM技术的基本原理和应用有所帮助，谢谢阅读！。
7 PWM控制技术
2010
VD1 R uo
V3 L V4
u
uc
ur
VD3
O
ωt
uo uof
VD4
uo Ud
ur uc
调制 电路
O -Ud
ωt
13
控制规律
uo正半周，V1通，V2断，V3和 正半周， V4交替通断 流为正 的区间 负 载 电 流为 正的 区间 ， V1 和 V4导通时，uo＝Ud；V4关断时， u 导通时， 关断时， 信号波 负载电流i 通过V 续流， 负载电流 o 通过 1 和 VD3 续流 ， u 载波 uo= 0 流为负 的区间 负 载 电 流为 负的 区间 ， V1 和 uo V4 导 通 （ 其 实 io 是 从 VD1 和 Ud VD4 流过）时，uo＝Ud；V4关 流过） 开通后， 通过V 断 、 V3 开通后 ， io 通过 3 和 O VD1续流，uo= 0 续流， uo负半周，让V2保持通，V1保 -Ud 负半周， 保持通， 持断， 交替通断， 持断，V3和V4交替通断，uo可 得-Ud和零两种电平 2010
r c
V1 Ud + V2
VD1 R uo VD2
V3 L V4
VD3
VD4
调制 电路
uc
ur
ωt
uo uof
o
d
O -Ud
ωt
15
2010
单极性PWM控制方式 控制方式 单极性
ur 负半周 ， V1 保持断 ， V2 保 负半周， 保持断， 持通 当 ur<uc 时 ， 使 V3 通 ， V4 断，uo=-Ud 当 ur>uc 时 ， 使 V3 断 ， V4 通，uo=0 虚线u 表示u 虚线 of表示 o的基波分量 单极性PWM波形－－在 ur的 波形－－ 单极性 波形 －－在 半个周期内， 半个周期内，PWM波形只在 波形只在 正极性或负极性一种极性范 围内变化
pwm控制的工作原理
pwm控制的工作原理
PWM（脉宽调制）是一种控制信号的技术，它通过控制信号
的脉冲宽度的长短来实现对输出信号的调节。
PWM常用于控
制电机的速度、改变LED的亮度等电子设备中。
PWM的工作原理是根据输出信号的周期和脉冲宽度比例来控
制电路的开关状态。
具体步骤如下：
1. 设定周期：首先确定输出信号的周期，即一个完整的脉冲周期的时间。
2. 设定脉冲宽度：根据需要调节输出信号的幅度，即控制电路的开关状态的时间。
3. 脉冲生成：利用计时器或特殊的PWM芯片，根据设定的周
期和脉冲宽度来生成PWM信号。
4. 输出控制：将PWM信号通过电流放大器等电路输出给目标
设备，实现对设备的控制。
在PWM信号中，脉冲宽度占整个周期的比例决定了输出信号
的强度或工作状态。
脉冲宽度比例越大，输出信号越强；脉冲宽度比例越小，输出信号越弱。
优点是PWM控制方式可以实现模拟信号的输出，而不需要使
用模数转换器。
另外，由于脉冲宽度的变化可以通过改变开关频率来实现，因此PWM可以很好地适应不同频率范围的应用。
总之，PWM控制的工作原理是根据周期和脉冲宽度比例来控制输出信号的强度或工作状态，通过改变脉冲宽度比例来实现对电子设备的精确控制。
pwm控制原理
pwm控制原理
PWM（脉宽调制）是一种常用的控制技术，可以通过调节信号的脉冲宽度来控制电子设备的输出功率，其原理如下:
PWM的基本原理是通过改变信号的占空比来控制输出电压或电流的大小。
占空比是指脉冲高电平时间与一个周期的比值，通常用百分比表示。
在PWM控制的过程中，输入信号会被分为固定的多个周期，在每个周期内，根据设定的占空比来决定脉冲的高电平时间和低电平时间。
当占空比较大时，脉冲的高电平时间相对较长，输出电压或电流较大；当占空比较小时，脉冲的高电平时间相对较短，输出电压或电流较小。
PWM控制可以实现对输出信号的精确控制，具有输出功率调节范围广、开关损耗小、控制精度高等优点。
在电子设备中，尤其是电机控制领域，PWM控制被广泛应用。
在实际应用中，PWM控制需要通过微控制器或专用的PWM 控制芯片来实现。
这些控制器会根据外部输入的控制信号或算法，计算出对应的占空比，并产生相应的PWM信号。
PWM 信号经过功率放大电路放大后，驱动输出设备，实现对输出功率的调节。
需要注意的是，PWM控制的频率和占空比需要根据被控制设备的特性和需求进行合理选取。
频率较高可以减小输出的脉冲波形，提高控制精度；占空比较大可以获得更高的输出功率，
但也会增加开关损耗。
因此，在具体应用中，需要综合考虑设备特性、效率要求等因素，进行合理的PWM参数设计。
电力电子技术第2至第8章作业答案
第2至第8章作业第2章 电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流〔脉冲〕。
或：U AK >0且U GK >0。
2. 维持晶闸管导通的条件是什么？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
4. 图1中阴影局部为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
πππ4π4π25π4a)b)c)图1-43图1 晶闸管导电波形7. 晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？答：〔1〕触发信号应有足够的功率。
〔2〕触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
第3章整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0°和60°时的负载电流I d，并画出u d与i d波形。
2．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d、i d、和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次电流有效值I2；③考虑平安裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
3．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当a=30°时，要求：①作出u d、i d和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2；③考虑平安裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
4．单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。
第7章 PWM控制技术
《电力电子技术》 电力电子技术》
第7章 PWM控制技术 章 控制技术
7.2.1 计算法和调制法
4）双极性PWM控制方式（三相桥逆变） 三相桥逆变）
三相的PWM控制 公用三角波载波uc 三相的调制信号urU、 urV和urW依次相差 120°
图7-7 三相桥式PWM型逆变电路
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第7章 PWM控制技术 章 控制技术
7.1 PWM控制的基本思想 控制的基本思想
1）重要理论基础——面积等效原理 面积等效原理
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的 冲量 环节上时，其效果基本相同 效果基本相同。 效果基本相同 冲量 效果基本相同
f (t) f (t)
u uc ur
O
ωt
uo Ud
uo u of
O -U d
ωt
表示uo的基波分量
图7-5 单极性PWM控制方式波形
《电力电子技术》 电力电子技术》
3）双极性PWM控制方式（单相桥逆变） （单相桥逆变） 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
在ur的半个周期内，三角波载波有正有负， 所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud ± 两种电平。 同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻 控制器件的通断。
Ud O -U d
7.1 PWM控制的基本思想 控制的基本思想
ωt
根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM 波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
U
d
O
-
ωt
U
d
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第7章 PWM控制技术 章 控制技术
7.1 PWM控制的基本思想 控制的基本思想
电力电子技术第七章PWM控制技术
5
7.2.1 计算法和调制法
■计算法 ◆根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内
的脉冲数,将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出 来,按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断,就可 以得到所需要的PWM波形,这种方法称之为计算法.
负载相电压的PWM波由±2/3Ud、±1/3Ud和0 共5种电平组成.
◆为了防止上下两个臂直通而造成短路,在上 图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形 下两臂通断切换时要留一小段上下臂都施加
关断信号的死区时间.
12
7.2.1 计算法和调制法
图7-9 特定谐波消去法的输出PWM波形
■特定谐波消去法 ◆是计算法中一种较有代表性的方法. ◆如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各k次,考虑到
◆在fr低的频段采用较高的载波比,以 使fc不致过低而对负载产生不利影响.
◆为了防止fc在切换点附近的来回跳 动,在各频率切换点采用了滞后切换的方 法.
◆有的装置在低频输出时采用异步调
制方式,而在高频输出时切换到同步调制 方式,这样可以把两者的优点结合起来, 和分段同步方式的效果接近.
19
7.2.3 规则采样法
高频段略有差异. ◆实例 ☞将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入,加在图7-2a所示的R-L
电路上,设其电流it为电路的输出,图7-2b给出了不同窄脉冲时it的响应波 形.
图7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
3
7.1 PWM控制的基本原理
■用PWM波代替正弦半波
PWM控制技术
*提高输出电压,减少开关次数
如各相迭加up =-(三相ur基波最小值)-um
--三倍次谐波+直流 基波可提高15% 使线电压幅值达Ud 线参考电压-仍为正弦 各相基波有120°为最小值 此时ur为-um 对应电源相压持续为-Ud/2 且下臂开关保持导通
--开关动作减少,损耗减小
11
7.3 PWM (闭环)跟踪控制技术 --主要是电流跟踪
SVPWM
三电平逆变器 电压向量us更多 按ΔΨ=Ψ* - Ψ --用最佳us控制 Ψ圆更准
22
7.4 PWM整流电路
晶闸管/二极管整流问题: 谐波分量大，功率因数低。 PWM整流可控制交流侧电流波形(近正弦)与相位
可调有功与无功----高功率因数整流器、无功补偿器
单相PWM整流电路
Ls=外接电感+交流源电感------交流功率缓冲 C(C1,C2) ------直流功率缓冲
/
dt
r us
r is R
由电机学：对称交流时三相合成磁场“圆转”：
（幅值=(3/2)相幅值，电角速度=ω）
因r 此s 代表r s实, ur际s , er磁s , ir场s ，都而是旋urs转, ers的, irs 是引用量
空间位置任选
常选正转方向 (ab)顺时针
SVPWM--用PWM电路有限个状态的空间向量 urn
Ud>峰值√2UAB1 = √2Es/cosδ>峰值Usm
26
电流闭环控制单相PWM整流
电流给定is* : 相位与电源us相同, 幅值可调 用i滞环控制: is<is*-δ uAB = -Ud is↑
is>is*+δ uAB = +Ud is↓ 电路简单响应快; 交流电流有波纹可滤 调节is*幅值可调节Ud
第7章PWM控制技术本
7.3 PWM跟踪控制技术
7.3.1 滞环比较方式 7.3.2 三角形比较方式
29
7.3.1 滞环比较方式
1) 采用滞环比较方式的PWM电路跟踪控制。
基本原理
把指令电流i*和实际输出电流i的偏
差i*-i作为滞环比较器的输入。
V1（或VD1）通时，i增大 V2（或VD2）通时，i减小 通过环宽为2DI的滞环比较器的控
Ud
O
wt
-Ud
图7-6 双极性PWM控制方式波形
20
7.2.1 计算法和调制法
u
uc ur
u
ur uc
O
wt O
wt
uo
uo
Ud
uof
uo
u of
uo
Ud
O
wt O
wt
-Ud
-Ud
图7-5 单极性PWM控制方式波形 图7-6 双极性PWM控制方式波形
对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单 极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断 控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。
u
uc ur
当 ur<uc 时 使 V4 断 ， V3 通 ， uo=0 。
O
wt
这 样 就 在 负 载 端 得 到 了 SPWM
波形u0。
uo
uo
ur负半周，分析方法 与正半周同。
Ud
表示uo的 基波分量
uof
O
wt
上述PWM波只在单个极性范围 -Ud
内变化称单极性PWM控制方式。
图7-5 单极性PWM控制方式波形
u断Uod，负和V半零3周和两，V种4让交电V替平2保通。持断通，，uoV可1得保持-
电力电子技术作业解答
电力电子技术作业解答教材：《电力电子技术》，尹常永田卫华主编第一章 电力电子器件1-1晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由哪些因素决定？ 答：晶闸管的导通条件是：（1）要有适当的正向阳极电压；（2）还有有适当的正向门极电压。
导通后流过晶闸管的电流由阳极所接电源和负载决定。
1-2维持晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是：流过晶闸管的电流大于维持电流。
利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，可使导通的晶闸管关断。
1-5某元件测得V U DRM 840=，V U RRM 980=，试确定此元件的额定电压是多少，属于哪个电压等级？答：根据将DRM U 和RRM U 中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，确定此元件的额定电压为800V ，属于8级。
1-11双向晶闸管有哪几种触发方式？常用的是哪几种？答：双向晶闸管有Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ+和Ⅲ-四种触发方式。
常用的是：（Ⅰ+、Ⅲ-）或（Ⅰ-、Ⅲ-）。
1-13 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？答：因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：（1）GTO 在设计时2α较大，这样晶体管 V2控制灵敏，易于 GTO 关断；（2）GTO 导通时的21αα+更接近于 1，普通晶闸管15.121≥+αα，而 GTO 则为05.121≈+αα，GTO 的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；（3） 多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
第二章 电力电子器件的辅助电路2-5说明电力电子器件缓冲电路的作用是什么？比较晶闸管与其它全控型器件缓冲电路的区别，说明原因。
答：缓冲电路的主要作用是：⑴ 减少开关过程应力，即抑制d u /d t ，d i /d t ；⑵改变器件的开关轨迹，使器件工作于安全工作区内，避免过电压、过电流损坏；⑶减少器件的开关损耗。
电力电子技术 第七章：脉冲整流
谐波含量低，减少对电网污染；
体积小、重量轻、动态响应快。
二、基本原理
控制目标：使交流侧电 流与电压同相位
u N (t ) 2U N sin t
i N (t ) 2I N sin t
Pd (t ) ud (t ) id (t ) PN (t ) u N (t ) iN (t ) U N I N (1 cos 2t )
+
IN uN
LN us
T2
A
T4
2
L2 Cd C2 ud
B
4
D D 变流器工作模式及能流关系（网压 uN (t) 为正半波时）
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
T1
T3 D1 D3
+
IN uN
LN us
u C 变流器工作模式及能流关系（网压 uN (t) 为正半波时） B C T T
d d
CN
Ld Id
T1
T3
负 载
T2
T4
图7.15 电流型单相PWM整流器
与电压型类似，根据各功率器件的工作状态及能量流 向，变流器的工作模式也可分成3类12种模式： （1）电源断接（us=0）：电源与CN交换能量（4种） （2）整流：变流器从交流电源或CN吸收能量（4种） （3）逆变：变流器向交流电源或CN泄放能量（4种）
1、直接电流控制——电流跟踪控制
双闭环控制系统 根据外环的比较结果确定参考电流幅值和极性
根据内环的比较结果确定功率开关的通/断状态 特点： 控制系统简单； u 电流响应快； + u 开关频率不固定， 滤波困难。
* d
iaibic
-
PI
id
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该法在工程中如果采用实时计算则无法完成，在稳态 的控制使用较多，动态控制不适用。
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六、Asynchronous Modulation and Synchronous Modulation 同步调制 异步调制 1、载波比 载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr。 2、异步调制
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fr=50Hz, fc=550Hz
单相SPWM主电路
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fr=50Hz, fc=550Hz
单相SPWM主电路
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不同频率的影响—FFT分析
fr=50Hz,fc=550Hz
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fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。
三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使 三相输出对称。
u u rU uc urV urW
O
t
uUN'
Ud 2
Ud 2
O
t
uVN' O u WN' O t t
同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容易实现。
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(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0
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脉冲 上桥和下桥臂的IGBT驱动信号始终是互补的，且要 加死区。 导通特性 当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可 能是二极管VD1(VD4)续流导通，这要由阻感负载中电流 的方向来决定。
--The END--
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§7.1 Introduction
一、PWM PWM（Pulse Width Modulation）：脉冲宽度调制技 术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得 所需要波形（含形状和幅值）。 二、PWM Principle
u (w t )
式中，an为
4 an
2 0
n 1 , 3 , 5 ,
a
n
sin n w t
u ( w t ) s in n w t d w t
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若独立控制a1、a 2和a 3共3个时刻。该波形的an为
a2 U 4 a1 U d an sin nw tdw t ( d sin nw t ) dw t a1 0 2 2 a3U Ud d 2 sin nw tdw t ( sin nw t )dw t a2 2 a3 2 2U d (1 2 cos na 1 2 cos na 2 2 cos na 3 ) n
3. 同步调制
载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时 使载波与信号波保持同步，即N等于常数。 特点： 基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出 脉冲数固定。 为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数。 fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除。
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三、SPWM Principle 脉冲的宽度按正弦规律变化，且和正弦波等效的PWM 波形，也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。
PWM波分类
等幅PWM波 不等幅PWM波
PWM
5
PAM
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四、Implementation method of PWM 计算法Calculation Method 和调制法Modulation method。 五、PWM Application
Chapter 7 Pulse Width Modulation Technology
主讲：伍文俊
1
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Contents
Introduction PWM Inverter and its Control Methods PWM Tracking Control PWM rectifier
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五、Selected Harmonic Elimination PWM—
SHEPWM
这是计算法中一种较有 代表性的方法。
输出电压半周期内，器 件通、断次数有限。如 各3次（不包括0和π）， 共6个开关时刻可控。 为减少谐波并简化控制， 要尽量使波形对称。
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为消除偶次谐波，使波形正负两半周期镜对称，即
u (w t ) u (w t )
为消除谐波中余弦项，应使波形在正半周期内前后 1/4周期以π/2为轴线对称
u (w t ) u ( w t )
同时上两式波形称为四分之一周期对称波形，用傅 里叶级数表示为
面积等效原理:
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上 时，其效果基本相同。
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冲量即指窄脉冲的面积。 效果基本相同，是指环节的输出响 应波形基本相同。 如果把各输出波形用傅里叶变换分 析，则其低频段非常接近，仅在高频 段略有差异。
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一、Calculation method 根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期 内的脉冲数，将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计 算出来，按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通 断，就可以得到所需要的PWM波形。 特点：计算繁琐。
二、Modulation method 调制波：希望输出的波形；
DC/DC
AC/AC
PWM控制
DC/AC
6
AC/DC
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§7.2 PWM Inverter and its Control Methods
Calculation method and Modulation Method Single-phase Full-bridge PWM Inverter Three-phase Full-bridge PWM Inverter Selected Harmonic Elimination PWM Asynchronous Modulation and Synchronous Modulation uniform Sample Method Harmonic Analysis of PWM Inverter DC Voltage Utilization Ratio and Switching Times Space Vector PWM
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4. 分段同步调制
异步调制和同步调制的综合应用。 低频时：异步调制；高频时：同步调制；这样把两者的 优点结合起来，和分段同步方式效果接近。
m=1
15
m=0.5
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不同调制度的影响—FFT分析
m=1Leabharlann m=0.516自动化与信工程学院电气系
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2、双极性调制：
在ur的半个周期内，三角波载波有正有 负；
PWM波有正有负，只有±Ud两种。
ur正负半周，各开关器件的控制相同。
当ur >uc时，给V1和V4导通信 号，给V2和V3关断信号。 如io>0，V1和V4通，如io<0， VD1和VD4通， uo=Ud 。 当ur<uc时，给V2和V3导通信 号，给V1和V4关断信号。 如io<0，V2和V3通，如io>0， VD2和VD3通，uo=-Ud 。
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不同频率的影响—FFT分析
fr=50Hz,fc=1950Hz
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单极性及双极性调制对比： 每半个周波输出电压波形对比： 单极性：Ud， 0或-Ud，0； 双极性：Ud或-Ud。
开关次数： 单极性少，双极性多。
载波：接受调制的信号；通常采用等腰三角波或锯齿波 作为载波，其中等腰三角波应用最多。
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三、Single-phase Full-bridge PWM Inverter
1、单极性调制：
在ur的半个周期内，三角波载波 单极性； 在ur的半个周期内，PWM波为 +Ud，0或-Ud，0两种。
不同频率的影响—FFT分析
fr=50Hz,fc=550Hz
fr=50Hz,fc=1950Hz
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不同频率的影响—FFT分析放大
fr=50Hz,fc=550Hz
fr=50Hz,fc=1950Hz
14
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不同调制度的影响—波形
2U d 5 2U d a7 7
给定a1，解方程可得α1、 α2和α3。a1变， α1、 α2和 α3也相应改变。
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一般在输出电压半周期内，器件通、断各k次，考虑