电力电子学课后答案第四章

1、AA逆变器输出波形的谐波系数HF丄j醐变系数DF有何区别.为什么仅从评戏条数HF还不足以说明逆变:,器输出波形的本质案答：第n次谐波系数HFn为第n次谐波分量有效值同基波分址有效值之比.即HFn=Vn/Vl;总谐波系咛吕二警dn次谐波的畸变系数DFn有：】 刃 谐波系数HF显示了谐波含fit,但它并不能反映谐波分虽对负载的影响程度。很显然.逆变电路输出端的谐波通过滤波湍时，岛次谐波将衰 减得更厉吿，崎变系数DF可以表征经LC滤波后负戦电压波形还存在酚变的程度。答案为什么逆变电路中晶闸管SCR不适于作开关器件答：（1）逆变电路中一般采用SPWM控制方法以减小输出电压波形中的谐波含虽，需婆开关器

2、件工作在高频状态，SCR是一种低频器件.因此不适合这种工作方式。（2） SCR不能自关断。而逆变器的负载一般是电感、电容、电阻等无源元件除了特殊场合例如 利用负载谐振进行换流.一般在电路中需硬另加强迫关断回路才能关断SCR,电路较复朵。因此 SCR 一般不适合用于逆变器中。事 图（a）和中的二极管起什么作用,在一个周期中二极管和晶体管导电时间由什么因素决定,在什么情 答况下可以不用二极管D.纯感性负载时，员载电流为什么是三角形。图4 2单相桥竝变电路及电压、电流波形图4 3单相半桥逆变电路及电压电流波形答：图中二极管起续流和箝位作用.在一个周期中二极管和晶体管导迫时间由三极管驱动信号和负 載电

3、流“的方向共同决定，在纯阻性负载时可以不用二极管D.£鱼=v纯电感负载时，dt ",在益2期间，对于全桥逆变电路有.对半桥电路 ='/2, %线性上升：在"盂期间，全桥电路 = Vd，半桥有%b线性下降：故电流珀是三角波。如果岛都是300V,半桥和全桥电路断态时开关器件两端最髙电压都是殆,即300V有哪些方法可以调控逆变器的输出电压。答：有单脉波脉宽调制法.正弦脉宽调制法(SPWM)、基波移相控制法等。单脉波脉宽调制法 缺点是谐波含址不能有效控制：SPWM法既可控制输出电斥的大小.又可消除低次谐波：移相控 制一般用于大功率逆变器。: 图(d)脉宽为日的单脉

4、波矩形波输出电斥的表达式为(416)式。如果愦出标轴即时间(相位角)的 案起点改在正半波咏宽6的H|点，试订明，那时的衣丛AW为:叩)=z«-15,57词1丽码T佝_2« Of(d)输出电JK=答:由(416)式,图4 6单豚液凋制克理及输趣形 (_1) J sin-z-sin(羽 皿)-"席2，、勺横坐标轴即时间(相位角)的起点改在正半波脉宽总的中点相、9于原波形在时间上前移，W此将（4 16）中的曲用曲o叱）+ 90代替，即可得到t丝遠哄醴泅）«-13,7,-姚咒2答案 正弦脉宽调制SPWM的基木原理是什么载波比N、电压调制系数M的定义是什么改变岛频

5、载波电斥 幅值A和频率'为什么能改变逆变器交流输出基波电J; X的大小和基波频率/1答：正弦脉宽调制SPWM的基木原理是冲址等效廉理：大小、波形不相同的窄变虽作用于惯性系统 时.只要其冲虽即变址对时间的积分相等.其作用效果基木相同。如果将正弦波周期分成女个较小 的时间段，使PWM电压波在每一时间段都与该段的正弦电压冲址相等，则不连续的按正弦规律改变 宽度的多段波电压就等效于正弦电压。载波比N定义为三角載波频率尤和正弦涮制波频率力之比：Qc 人:电压调制系数M是正弦 调制液幅值乙和三角渡幅值"二之比M =乙/乙.（眄f 1,改变调制比M.即可成比例的调控输出电圧的基波大小。又I

6、対为/1 = .所以改变调制波频率久.即可调控输出电斥的基波频率X。4 既然SPWM控制能使逆变器输出踰变系数很小的正弦波.为什么有时又要将调制参考波'从正弦波 答 （4-37）式所示的附加3次谐波分虽的调制参考波。案S4.ll血PWMJ測更理及俺也电压谟彬答：SPWM法输出基波电压幅值有效值%'心忑"丽,直流电压利川率 X'f而180°方波逆变时，逆变电压基波幅值可达4比加，直流电压利用率为。因此为门是高SPWM3次谐波分量.这样调制参考波波形的最大值不超过乙，不会出现过调制的情况, 但基波电斥幅值町超过耳儿这就可以提商直流电压利用率。； 订解禅图

7、中输入直流电肿°的波形。案naasKiiI Q pn I1 1 1u卜xXw,b1Y Y ii1ii2d° z_ 22L 兀 4tc_ 5 兀 2-JiT 3 丁 丁图4 17状态、状态变虽及电压电流波形答：图4-17是采用空间矢址PWM控制方法时的相关波形其中，逆变器输入直流电流可表达为：%=也十肿认 例如、B相为下桥臂的T4、T6管导通而C相为上桥诗的T5管 导通时，= = 0? =1. =3°若假设负载电流为正弦，且相电流滞后相电乐？则 在曲=0时,5 = G sin(ai + 30 )=厶J2,在血=刖时,ic = Iftt。因此在°兀口周_7/

8、 07期中. °%将在图4 17中所示的"和“槪之间脉动。同理可以分析出其他5个开关状态时电流的波形D为六倍频的脉动电流.脉动周期为兄 3答 试说明三相电斥型逆变器SPWM输出电压闭环控制的基木原理。案答：引入了逆变器输出电压%的闭环反馈涮节控制系统如图(b)所示，% 为输出电压的描令值，% 为输出电压的实测反馈值。电压偏差经电压调节器VR输出涮制电压波的幅值乙。乙与涮制波的 频率Z共同产生工相调制波正弦电汗咕°)、洛、乙0),它们与双极性三角载波电压咋°) 相比较产生驱动信号，控制备个全控型开关器件的通断，从而控制逆变器输出的三相交流电压。、*%<

9、;%时.电压调节器VR输出的"二増大，M值增大，使输出电圧各脉波加宽，输出电斥%増 大到给定值 :反之也円 时，"二减小，m值减小，使输出电压%减小到 o如果电压调 节器VR为PI调节器(无静态误差)，则可使稳态时保持% = %。因此当电源电压岛改变或负裁 改变而引起输出电压偏离给定值时.通过电压闭环控制可时输出电压跟踪并保持为给定值勺(b)驱动信号84.15三相連变誥SPWM控荊原理聂滾形图三相逆变器的8种开关状态中有6个开关状态对应6个空间位豐固定、相差6L的非零电压空 间矢此新悶个为零矢此但三相正弦交加电汗任总时刻的瞬时值是一个以角速度他在空间旋 转的矢址产生的。6个

10、开关器件的三相逆变器只能产生6个特定位宜(®i = 0o,60o,120o3180o,240o,300o的空间矢乩如何用两个相差60*陀的特定空间 矢量和零矢屋的合成效果去等效任意相位角沪时的空间矢址当直流电爪吃 淀时，如何调控输 出电斥的大小和相位答:*三相三电平逆变器中12个开关器件的通断控制可以获得女少个持定的电压空间矢量图中二极管D5、 答案D6起到什么作用如果直流电源电爪为巧儿 在断态时.开关器件川是多大(U电舲纠櫛何苓臥$已2)农VI(国2怂V?琢亿总邀环匚物山T“ T)q观儿«±T,s T2 9«.T,.T4硯出S4.2O O-SWXffl

11、三电平建交爭答：可采用从逆变辭的6个处于空间特定位置的开关状态矢虽中.选择两个相邻的矢址与零矢址合成 一个等效的旋转空间矢虽疗。通过调控卩的大小和旋转速度，来调节三相逆变器输出电汗的大小和频 率，这就是电压空间矢址PWM方法。将图4-16(d)中的360°区域划分为6个60°的扇区，如果要求卩的相位角曲为任总抬令值.则可用矢虽沪所在的扇区边界的那两个相邻的特定矢虽眄、巧來合成矢虽沪即可用逆变器的3个开关状态x、y、0在一个周期兀中各自存在專、石、时间为兀），即:空+%十石=临=旷（兀+亏f 由该式可求出兀、亏、益当直流电压7。-定时，通过调节零矢址作用时间益,可调控输出电压

12、大小.%犬,输出电压将减 小。一定的年.Ty、益决定了输出电压卩具有一定的相位角和电压大小。（訂电路（b）空间先童沪（c）矢ft出（101）的电路%C轴3何谄5严6的第 恥轨严氐 轴 *1純）翊6用区场区5（ian（d）六个铸定矢金图4 16三相逆变器电駐间矢量PWM咗制原理: 复合结构逆变辭消除低阶谐波的原理是什么图（d）中12阶梯波输出电斥的半周由6段组成，每段30", 案（1+必ill叽已知图所示的脉宽为8的矩形电压波，的叩）= E 吆sm竺洱（丸加）卫为泗 2（时何坐标，即相位角的起点选在正、浪脉贯°的中点），利用这个傅立叶级数表达式求12阶梯波的傅立叶级数表达式4

13、-76式。1 1 11 1cos 型一 一cosily + cos 13加一一cos 2 畑 + cos 25 宓1311_2325)答：复合结构逆变器采用筝个三相桥式逆变电路，每个开关都按18°"导电方式丄作.每个三相桥逆 变电路输出线电压都是120°方波。令个三相桥式逆变器的同一相（例如a相）的输出电压彼此相 差一定的相位角.通过几个变压器将各个三相逆变器的输出电压复合相加后输岀一个总逆变电压，适 十的设il刍个变压器的变比和付方电斥的连接方式，并安排幹逆变器输出电压的相差角，就可以消除 总的输出电压中的3、5、7、11、13等低次谐波。图中的12阶梯波可以用三个脉宽分别为1创°、120°、60°,岛度分别为亠疗叫、% 和吩 M/&4 耳加，下兀厂池）=2-sm 7 叫 的矩形波叠加得到。利用式豪"352 网 /将三个矩形波的傅« 叶级数展开.叠加后即可得到12阶梯波的傅立叶技术表达式(4-76)。'逆变器有哪些