电力电子技术 第5章作业

5.2 为什么电流型逆变器一般不采用180度导通型和PWM控制方式？

答：180度导通型逆变器，三相桥式电路六个开关在每个周期中通断一次，其输出三相电压或电流波形是阶梯波。180度导通型逆变器开关的通断频率较低于晶闸管为开关器件的逆变电路。因为晶闸管不能自关断，因此还需要辅助的关断电路，使逆变器的结构变得复杂，并且输出阶梯波的低次谐波分量较大，目前已经使用不多。

PWM控制方式：电流型逆变器的直流回路采用大电感滤波，电感使逆变器输入电流波动很小，具有电流源的性质。现在还有一种采用电压源而以电流控制的逆变器，也称电流型逆变器。它的直流环节采用大电容滤波，但是通过逆变器来控制输出电流，这种逆变器常用在负载为交流电动机的场合，目前已经使用不多。

5.3 SPWM控制的基本原理是什么？载波比N和调制度M的定义是什么？SPWM控制是如何实现逆变器输出的调频和调压控制的？

答：SPWM控制的基本原理：在采样控制理论中有一个重要的结论：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。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。即当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。上述原理可以称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。

载波比N：即频率比，为载波频率与调制波频率之比，

N=f c

f r =f c

f o

=T r

T c

载波比决定了一周期中组成输出交流电的脉冲个数。T c

调制比M：为了反映载波和调制波的关系，定义调制比M为调制波幅值与载波幅值之比:

M=u rm

U Cm

0<=M<1

改变了M即调节了输出交流电压，M也称为调节度。

采用PWM调制时，在输出电压中可以消除（N-2）次以下的谐波，N为载波比，因此除基波外，其最低次谐波为（N-2）次。

5.4 什么是同步调制和异步调制，两者各有什么优缺点？分段同步调制有什么优点？

答：在异步调制中，载波频率f c保持不变，而调制波频脉冲率f r可调，因此载波比N 不是常数，将随f r变化。在异步调制时，在调制波的半周期里，脉冲的个数不固定，并且正负半周的脉冲个数也可能不等，使输出电压的正负半周不对称，产生附加的谐波。因为载波频率f c不变，在低频时，载波比N较高，这种不对称的影响较小，PWM波形接近正弦波。在高频时，载波比N较高，在半周期中脉冲的个数较少，这种不对称的影响就较大，因此异步调制一般要求载波比f c高一些，以便在高频输出时，也有足够的脉冲个数。

在同步调制中，载波比N保持不变，即f r变化时，f c也相应变化，因此同步调制时，交流为输出电压在半周期中的脉冲个数是固定的，并且为了保持输出波形对称，载波比N宜为奇数。同步调制方式，在输出的高频端脉冲个数满足要求时（因为脉冲个数受开关损耗的限制，脉冲数也不能过高），在输出的低频端，因为f c较小，脉冲个数就较小，输出SPWM 波形将含有较多的低次谐波，为输出滤波带来困难。

分段同步调制：将交流输出的频率划分为若干段，各段采用不同的载波比N，相当于异步调制。在个输出频率段内，采用同步调制的方法，保持载波比不变。分段同步调制在低频段输出时，采用较高的载波比，在高频段采用较低的载波比，使逆变器在输出频率的范围内，开关器件的开关频率控制在开关损耗允许的范围内，从而充分利用器件的开关能力，获得较好的波形输出。

5.5 什么是SPWM控制的规则采样法？规则采样法和自然采样法相比有什么优缺点？

答：规则采样法的原理是固定在三角波的谷底时刻t P采样正弦波的值，并以此值计算与三角波u r两条波两条边的交点时刻t A和t B。时刻t A和t B即是驱动信号的开关时间，其算法为：

设u r=M sin w

r t 式中，M———调制度0<=M<1，w r———u r角频率；三角波的峰值高度为1，

可得：

1+M sin w r t

P

＆

2= 2T

c

2

所以

＆=T c

2（1+M sin w

r t P

）

式中＆---脉冲宽度，T c---三角波周期。在三角波一个周期内，脉冲两边的间隙为

＆‘=1

2（T c−＆）=T c

4

（1−M sin w

r t P

）

直接计算交点的算法称为自然采样法，这种方法需要求解复杂的超越方程，花费较长机时难于在实时控制中使用。

规则采样法固定了采样时刻，使计算大为简化，是一种实用的算法。在规则采样时，由于三角波的两条边对称，输出脉冲也是以三角波中线为对称的。