电力电子技术(第二版)第5章答案知识讲解

第五章

1.换流方式有哪几种?各有什么特点?

答:换流方式有4种:

①器件换流。利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。

②电网换流。由电网提供换流电压称为电网换流。这种换流方式应

用于由交流电网供电的电路中，它是利用电网电压自动过零并变负的性能来实现换流的。

③负载换流。由负载提供换流电压称为负载换流。这种换流方法多

用于直流电源供电的负载电路中。

④强迫换流。设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反

向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。换流回路的作用是利用储能元件中的能量，产生一个短暂的换流脉冲，使原来导通的晶闸管电流下降到零，再使它承受一段时间反压，便可关断。

强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称电容换流。

2.什么是电压型和电流型逆变器？它们各有什么特点？

答：⑴直流侧是电压源的逆变器称为电压型逆变器。

电压型逆变器的特点如下：

①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

②由于直流电压源的箝位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关；而交流侧输出电流波形和相位随负载阻抗情

况的不同而不同。

③当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。逆变桥各臂反并联的二极管为交流侧向直流侧反馈无功能量提供了通道。

④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。因为直流电源电压无脉动，故传送功率的脉动由直流侧电流的脉动来实现。

⑵直流侧电源为电流源的逆变器称为电流型逆变器。

电流型逆变器有如下特点：

①直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。

②各开关管仅是改变直流电流流通途径，交流侧输出电流波形为矩形波，与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位因负载阻抗角的不同而异，其波形常接近正弦波。

③当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功功率能量的作用。因反馈无功能量时电流并不反向，故开关管不必反并联二极管。

④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。因直流电流无脉动，故传送功率的脉动由直流电压的脉动来实现。

3.简述几种交流-直流-交流变频器是如何调压？是如何变频的？是如何改变相序的？

答：电压型方波变频器是通过改变直流侧的电压改变输出交流电的电压幅值和有效值；通过改变开关管导通和关断的时间改变输出交

流电的频率；改变逆变桥上开关管的导通顺序改变输出交流电的相序。

PWM 变频器是通过改变调制比M 改变输出电压0u 基波的幅值，所

以，SPWM 调制是通过改变调制波r u 的幅值实现变压功能的。改变正

弦调制波的频率时，可以改变输出电压0u 的基波频率。通过改变三相

参考波的相序改变输出电压相序的。

4.电压型逆变器中反馈二极管的作用是什么？

答：在电压型逆变器中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。

5.三相桥式电压型逆变器，导电方式，100d U V =，试求输出线电压的基波幅值1uv M U 和有效值1uv U 、线电压的5次谐波有效值5uv U 、输出相电压的基波幅值1uN M U 和有效值1uv U 。

解：输出线电压的基波幅值

1 1.1 1.1100110uv M d U U V =≈=⨯=

输出线电压的有效值

()V U U U U d d m UV UV 7878.062

11====π 输出线电压中五次谐波5UV u 的表达式为：

t U u d UV ωπ

5sin 5325=

其有效值为：

()V U U d UV 59.1525325==π

输出相电压的基波幅值

120.6370.63710063.7d

uN M d U U U V

π=≈=⨯=

输出相电压的有效值

10.450.4510045d

uN d U U V π==≈=⨯=

6.SPWM 逆变器有哪些优点？其开关频率的高低有什么利弊？ 答：SPWM 逆变器优点如下：

①输出电压或电流波形接近正弦，谐波分量小。

②调频、调压都由逆变器完成，仅有一个可控功率级，从而简化了主电路和控制电路的结构，使装置的体积小、重量轻、造价低、可靠性高。

③输出频率和电压都在逆变器内控制和调节，其响应的速度取决于控制回路，而与直流回路的滤波参数无关，所以调节速度快，并且可使调节过程中频率和电压的配合同步，以获得好的动态性能。

④直流电压可由二极管整流获得，交流电网的输入功率因数与逆变器输出电压的大小和频率无关而接近1；若有数台装置，可由同一台不可控整流器输出作直流公共母线供电。

载波频率即SPWM 的开关频率愈高，谐波含量愈少，SPWM 的基波就越接近期望的正弦波。但SPWM 的开关频率也不宜过高，因为开关管工作频率提高，开关损耗和换流损耗会随之增加。

7.正弦脉冲宽度调节控制方式中的单极性调制和双极性调制有何不

同？

答：在正弦参考波u r的半个周期内，三角波载波u

c只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只在单个极性范围内变化，这是单极性SPWM控制方式；双极性SPWM控制方式，即在正弦

参考波u r的半个周期内，三角波载波u

c有正有负，所得到的SPWM波也有正有负，但是正半周内，正脉冲较负脉冲宽，负半周则反之。

8.SPWM基于什么原理？何谓调制度？画出半周期脉冲数k=7的单极性调制波形。

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。把正该半波分成N等份，就可以把其看成是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。SPWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积