第 3 章 直流斬波電路 1簡(jiǎn)述圖 3示的降壓斬波電路工作原理。 答：降壓斬波器的原理是：在一個(gè)控制周期中，讓 V 導(dǎo)通一段時(shí)間 電源 E 向 L、 R、 M 供電，在此期間， E。然后使 V 關(guān)斷一段時(shí)間 時(shí)電感 L 通過二極管 R 和 M 供電， 0。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓 tt t 出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。 2在圖 3示的降壓斬波電路中，已知 E=200V， R=10 ， L 值極大， 0V， T=50 s,0 s,計(jì)算輸出電壓平均值 出電流平均值 解：由于 L 值極大，故負(fù)載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為 020020=80(V) 輸出電流平均值為 o -=103080=5(A) 3在圖 3示的降壓斬波電路中， E=100V， L=1R= 0V，采用脈寬調(diào)制控制方式， T=20 s，當(dāng) s 時(shí) ，計(jì) 算輸出電壓平均值 出電流平均值 算輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值并判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。當(dāng) s 時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。 解：由題目已知條件可得： m=010= = s 時(shí)，有 =T=于 11m 所以輸出電流連續(xù)。 此時(shí)輸出平均電壓為 05100=25(V) 輸出平均電流為 o -=025=30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為 1 11 = ) 11 = ) 當(dāng) s 時(shí)， 采用同樣的方法可以得出： =于 11m 所以輸出電流仍然連續(xù)。 此時(shí)輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、 最小瞬時(shí)值分別為： 03100=15(V) o -=015=10(A) ) ) 4簡(jiǎn)述圖 3示升壓斬波電路的基本工作原理。 答： 假設(shè)電路中電感 L 值很大，電容 C 值也很大。當(dāng) V 處于通態(tài)時(shí)，電源 E 向電感 L 充電，充電電流基本恒定為 時(shí)電容 C 上的電壓向負(fù)載 R 供電，因 C 值很大，基本保持輸出電壓為恒值 V 處于通態(tài)的時(shí)間為 階段電感 L 上積蓄的能量為 V 處于斷態(tài)時(shí) E 和 L 共同向電容 C 充電并向負(fù)載 R 提供能量。設(shè) V 處于斷態(tài)的時(shí)間為 在此期間電感 L 釋放的能量為 。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T 中電感 L 積蓄的能量與釋放的能量相等，即： of 化簡(jiǎn)得： Et 式中的 1/出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。 5在圖 3示的升壓斬波電路中，已知 E=50V， L 值和 C 值極大， R=20 ，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng) T=40 s， 5 s 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值 出電流平均值 解：輸出電壓平均值為： 50254040 =) 輸出電流平 均值為： 2 ) 6試分別簡(jiǎn)述升降壓斬波電路和 波電路的基本原理，并比較其異同點(diǎn)。 答：升降壓斬波電路的基本原理： 當(dāng)可控開關(guān) V 處于通態(tài)時(shí)，電源 E 經(jīng) V 向電感 L 供電使其貯存能量，此時(shí)電流為方向如圖 3所示。同時(shí)，電容 C 維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載 R 供電。此后，使 V 關(guān)斷，電感 L 中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為 方向如圖 3示?？梢姡?fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性 相反。 穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T 內(nèi)電感 L 兩端電壓 T 0d 當(dāng) V 處于通態(tài)期間， E；而當(dāng) V 處于斷態(tài)期間， - 是： 所以輸出電壓為： 1f ，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng) 01/2 時(shí)為降壓，當(dāng) 1/21 時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。 波電路的基本原理： 當(dāng) V 處于通態(tài)時(shí)， E V 回路和 R C V 回路分別流過電流。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí)， E C 路和 R 路分別流過電流。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。該電路的等效電路如圖 3示，相當(dāng)于開關(guān) S 在 A、 B 兩點(diǎn)之間交替切換。 假設(shè)電容 C 很大使電容電壓 開關(guān) S 合到 B 點(diǎn)時(shí)， B 點(diǎn)電壓 ， A 點(diǎn)電壓 - 反，當(dāng) S 合到 A 點(diǎn)時(shí)， 。因此， B 點(diǎn)電壓 平均值為（ 電容電壓 平均值），又因電感 電壓平均值為零 ，所以。另一方面， A 點(diǎn)的電壓平均值為，且電壓平均值為零，按圖 3輸出電壓 極性，有。于是可得出輸出電壓 電源電壓 1f 可方便的實(shí)現(xiàn)升降壓斬波。 與升降壓斬波電路相比， 波電路有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、 輸出進(jìn)行濾波。 7試?yán)L制 波電路和 波電路的原理圖，并推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。 解： 路的原理圖如下： i 1 L 1 C 1u C1 i 2L 2C 2u 1u 波電路 3 在 V 導(dǎo)通 V 關(guān)斷 Euo電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感 下面的式子成立 E (Euo0 uo 由以上兩式即可得出 路的原理圖如下： C 1L 1 u L 2u 2 導(dǎo)通 E E V 關(guān)斷 電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感 下面的式子成立 E 0 (Euouo 由以上兩式即可得出 析圖 3示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖 3波形，繪制出各個(gè)階段電流流通的路徑并標(biāo)明電流方向。 解：電流可逆斬波電路中， 成降壓斬波電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第1 象限； 成升壓斬波電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫矗闺妱?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第 2 象限。 圖 3，各階段器件導(dǎo)通情況及電流路徑等如下： 源向負(fù)載供電： 4 E E E E L 上蓄能： E E 電源回饋能量 E E 于圖 3示的橋式可逆斬波電路，若需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，試分析此時(shí)電路的工作情況，并繪制相應(yīng)的電流流通路徑圖，同時(shí)標(biāo)明電流流向。 解：需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由 成的降壓斬波電路工 作，此時(shí)需要 持導(dǎo)通，與 成的降壓斬波電路相配合。 當(dāng) 通時(shí)，電源向 M 供電，使其反轉(zhuǎn)電動(dòng)，電流路徑如下圖： E L R+ u o V 3E i 3 關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過 流，電流路徑如下圖： E L R+ u o V 3E i 相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn)？ 答：多相多重?cái)夭娐芬蛟陔娫磁c負(fù)載間接入了多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路，使得輸入電源電流和輸出負(fù)載電流的脈動(dòng)次數(shù)增加、脈動(dòng)幅度減小，對(duì)輸入和輸出電流濾波更容易， 濾波電感減小。 此外，多相多重?cái)夭娐愤€具有備用功能，各斬波單元之間互為備用，總體可靠性提高。 5 第 4 章 交流電力控制電路和交交變頻電路 1. 一調(diào)光臺(tái)燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可看作電阻負(fù)載，在 =0 時(shí)輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的 80%， 50%時(shí)的開通角 。 解： =0 時(shí)的輸出電壓最大，為 1021o m a x )s 此時(shí)負(fù)載電流最大，為 om a a x 因此最大輸出功率為 a a a x 輸出功率為最大輸出功率的 80%時(shí)，有： R a 此時(shí)， 1o U 又由 22s =同理，輸出功率為最大輸出功率的 50%時(shí)，有： 1o U 又由 22s 90 2一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻 220V，阻感串聯(lián)作為負(fù)載，其中 R= L=2求： 開通角 的變化范圍；負(fù) 載電流的最大有效值；最大輸出功率及此時(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)；當(dāng) =2時(shí)，晶閘管電流有效值，晶閘管導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。 解： 負(fù)載阻抗角為： =L） =025023 ） =開通角 的變化范圍為： 6 即 當(dāng) = 時(shí)，輸出電壓最大，負(fù)載電流也為最大，此時(shí)輸出功率最大，為 a (2 2 0 =W) 功率因數(shù)為 6 2 2 7 5 3 2a 際上，此時(shí)的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗角的余弦，即 =2時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式（ 4 + 解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為： =也可由圖 4計(jì)出 的值。 此時(shí)， 晶閘管電流有效值為 c c s =8 9 8 6 s)3 7 8 6 s (3 7 i =) 電源側(cè)功率因數(shù)為 I其中： =) 于是可得出 74 2 3交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū)別？二者各運(yùn)用于什么樣的負(fù)載？為什么？ 答：交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路的電路形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。 交流調(diào)壓電路是在交流電源的每個(gè)周期對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控制。而交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周波，再斷開幾個(gè)周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。 交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制）及異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在供用電系統(tǒng) 中，還常用于對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常 7 采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設(shè)計(jì)制造。 交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時(shí)間常數(shù)很大的控制對(duì)象。由于控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大，沒有必要對(duì)交流電源的每個(gè)周 期進(jìn)行頻繁控制。 4什么是 么是 們的基本原理是什么？各有何特點(diǎn)？ 答： 晶閘管控制電抗器。 晶閘管投切電容器。 二者的基本原理如下： 利用電抗器來吸收電網(wǎng)中的無功功率（或提供感性的無功功率），通過對(duì)晶閘管開通角 角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié) 電網(wǎng)中吸收的無功功率的大小。 是利用晶閘管來控制用于補(bǔ)償無功功率的電容器的投入和切除來向電網(wǎng)提供無功功率（提供容性的無功功率）。 二者的特點(diǎn)是： 能提供感性 的無功功率，但無功功率的大小是連續(xù)的。實(shí)際應(yīng)用中往往配以固定電容器（ 就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。 供容性的無功功率，符合大多數(shù)無功功率補(bǔ)償?shù)男枰?。其提供的無功功率不能連續(xù)調(diào)節(jié)，但在實(shí)用中只要分組合理，就可以達(dá)到比較理想的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。 5單相交交變頻電路和直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路有什么不同？ 答：?jiǎn)蜗嘟唤蛔冾l電路和直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路的電路組成是相同的，均由兩組反并聯(lián)的可控整流電路組成。但兩者的功能和工作方式不同。 單相交交變頻電路是將交流電變 成不同頻率的交流電，通常用于交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，兩組可控整流電路在輸出交流電壓一個(gè)周期里，交替工作各半個(gè)周期，從而輸出交流電。 而直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟?，兩組可控整流電路中哪一組工作并沒有像交交變頻電路那樣的固定交替關(guān)系，而是由電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的需要決定。 6交交變頻電路的最高輸出頻率是多少？制約輸出頻率提高的因素是什么？ 答：一般來講，構(gòu)成交交變頻電路的兩組變流電路的脈波數(shù)越多，最高輸出頻率就越高。當(dāng)交交變頻電路中采用常用的 6 脈波三相橋式整流電路時(shí)，最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng) 頻率的 1/31/2錯(cuò)誤 !未指定書簽。 。當(dāng)電網(wǎng)頻率為 50交變頻電路輸出的上限頻率為 20右。 當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所包含的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要因素。 7交交變頻電路的主要特點(diǎn)和不足是什么？其主要用途是什么？ 答：交交變頻電路的主要特點(diǎn)是： 只用一次變流，效率較高；可方便實(shí)現(xiàn)四象限工作；低頻輸出時(shí)的特性接近正弦波。 交交 變頻電路的主要不足是： 接線復(fù)雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用 36 只晶閘管；受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸出功率因數(shù)較低；輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。 8 主要用途： 500 千瓦或 1000 千瓦以下的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路，如軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等場(chǎng)合。 8 三相交交變頻電路有那兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？ 答：三相交交變頻電路有公共交流母線進(jìn)線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式兩種接線方式。 兩種方式的主要區(qū)別在于： 公共交流母線進(jìn)線方式中，因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以三組單相交交變頻電路輸出端必須隔離。為此，交流電動(dòng)機(jī)三個(gè)繞組必須拆開，共引出六根線。 而在輸出星形聯(lián)結(jié)方式中，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中性點(diǎn)不和變頻器中性點(diǎn)接在一起，電動(dòng)機(jī)只引三根線即可，但是因其三組單相交交變頻器的輸出聯(lián)在一起，其電源進(jìn)線必須隔離，因此三組單相交交變頻器要分別用三個(gè)變壓器供電。 9 在三相交交變頻電路中，采用梯形波輸出控制的好處是什么？為什么？ 答：在三相交交變頻電路中采用梯形波控制的好處是可以改善輸入功率因數(shù)。 因?yàn)樘菪尾ǖ闹饕C波成分是三次諧 波，在線電壓中，三次諧波相互抵消，結(jié)果線電壓仍為正弦波。在這種控制方式中，因?yàn)闃蚴诫娐纺軌蜉^長(zhǎng)時(shí)間工作在高輸出電壓區(qū)域（對(duì)應(yīng)梯形波的平頂區(qū)）， 角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高 15%左右。 10試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。為什么說這種電路有較好的發(fā)展前景？ 答：矩陣式變頻電路的基本原理是： 對(duì)輸入的單相或三相交流電壓進(jìn)行斬波控制，使輸出成為正弦交流輸出。 矩陣式變頻電路的主要優(yōu)點(diǎn)是：輸出電壓為正弦波；輸出頻率不受電網(wǎng)頻率的限制；輸入電流也可控制為正弦波且和電壓同相；功率因數(shù)為 1，也可控制為需要的 功率因數(shù)；能量可雙向流動(dòng)，適用于交流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行；不通過中間直流環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻，效率較高。 矩陣式交交變頻電路的主要缺點(diǎn)是：所用的開關(guān)器件為 18 個(gè)，電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，控制方法還不算成熟；輸出輸入最大電壓比只有 于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低。 因?yàn)榫仃囀阶冾l電路有十分良好的電氣性能，使輸出電壓和輸入電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)為 1，且能量雙向流動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行；其次，和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比，雖然多用了 6 個(gè)開關(guān)器件，卻省去直流側(cè)大電容，使體積減少，且容易實(shí)現(xiàn)集成化和 功率模塊化。隨著當(dāng)前 器件制造技術(shù)的飛速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，矩陣式變頻電路將有很好的發(fā)展前景。 第 5 章 逆變電路 1無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？ 答：兩種電路的不同主要是： 有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)，即交流側(cè)接有電源。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù)載聯(lián)接。 2換流方式各有那幾種？各有什么特點(diǎn)？ 答：換流方式有 4 種： 器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。全控型器件采用此換流方式。 電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。 負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。 強(qiáng)迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。通常是利用附加電容上的能量實(shí)現(xiàn)，也稱電容換流。 9 晶閘管電路不能采用器件換流，根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流 3 種方式。 3什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點(diǎn)。 答：按照逆變電路直流測(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的稱為逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路 電壓 型逆變電路的主要特點(diǎn)是： 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 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。 電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是： 直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 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)電感起緩沖無功能量的作用。因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。 4電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？ 答：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。 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。 5. 三相橋式電壓型逆變電路， 180導(dǎo)電方式， 00V。試求輸出相電壓的基波幅值 出線電壓的基波幅值 出線電壓中 5 次諧波的有效值 解：輸出相電壓的基波幅值為 1 m =) 輸出相電壓基波有效值為： 1 =45(V) 輸出線電壓的基波幅值為 1 m =110(V) 輸出線電壓基波的有效值為 1 =78(V) 輸出線電壓中五次諧波 10 5s 2 5 其有效值為： 2532 =) 6并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件？ 答：假設(shè)在 t 時(shí)刻觸發(fā) 其導(dǎo)通，負(fù)載電壓 通過 加在 其承受反向電壓關(guān)斷，電流從 移，觸發(fā) t 必須在 零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。 7串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中，二極管的作用是什么？試分析換流過程。 答：二極 管的主要作用，一是為換流電容器充電提供通道，并使換流電容的電壓能夠得以保持，為晶閘管換流做好準(zhǔn)備；二是使換流電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關(guān)斷的晶閘管上，使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時(shí)間的反向電壓，確保晶閘管可靠關(guān)斷，從而確保晶閘管換流成功。 以 間的換流為例，串聯(lián)二極管式電流型逆變電路的換流過程可簡(jiǎn)述如下： 給 加觸發(fā)脈沖，由于換流電容 壓的作用，使 通，而 施以反向電壓而關(guān)斷。直流電流 到 ， 過 U 相負(fù)載、 W 相負(fù)載、 流電源和 電，如圖 5示。因放電電流恒為 稱恒流放電階段。在 壓 降到零之前， 直承受反壓，只要反壓時(shí)間大于晶閘管關(guān)斷時(shí)間 能保證可靠關(guān)斷。 到零之后在 U 相負(fù)載電感的作用下，開始對(duì) 向充電。如忽略負(fù)載中電阻的壓降，則在 時(shí)刻后，二極管 到正向偏置而導(dǎo)通，開始流過電流，兩個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通，進(jìn)入二極管換流階段，如圖 5示。隨著 電電壓不斷增高，充電電流逐漸減小，到某一時(shí)刻充電電流減到零， 受反壓而關(guān)斷，二極管 換流階段結(jié)束。 之后，進(jìn)入 定導(dǎo)通階段，電流路徑如圖 5示。 8逆變電路多重化的目的是什么？如何實(shí)現(xiàn)？串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路各用于什么場(chǎng)合？ 答：逆變電路多重化的目的之一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的矩形電壓波，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把若干個(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得多重化。 第 6 章 制技術(shù) 1試說明 制的基本原理。 答： 制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對(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）。 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 11 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 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 /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 形。各 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， 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 見，所得到的 形和期望得到的正弦波等效。 2設(shè)圖 6半周期的脈沖數(shù)是 5，脈沖幅值是相應(yīng)正弦波幅值的兩倍，試按面積等效原理計(jì)算脈沖寬度。 解：將各脈沖的寬度用 i（ i=1, 2, 3, 4, 5）表示，根據(jù)面積等效原理可得 1= = 502t =2 = =5252t =3 = =53522t =4 = =2 =5 = =1 =3. 單極性和雙極性 制有什么區(qū)別？三相橋式 逆變電路中，輸出相電壓（輸出端相對(duì)于直流電源中點(diǎn)的電壓）和線電壓 形各有幾種電平？ 答：三角波載波在信號(hào)波正半周期或負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的 形在半個(gè)周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性 制方式。 三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的 形在半個(gè)周期中有正、有負(fù)，則稱之為雙極性 制方式。 三相橋式 逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平： d。輸出線電壓有三種電平 0、 - 4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 時(shí)刻）可以控制，可以消去的諧波有幾種？ 答：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)，使波形在正半周期前后 1/4 周期以 /2 為軸線對(duì)稱。 考慮到上述對(duì)稱性，半周期內(nèi)有 5 個(gè)開關(guān)時(shí)刻可以控制。利用其中的 1 個(gè)自由度控制基波的大小，剩余的 4 個(gè)自由度可用于消除 4 種頻率的諧波。 12 5什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？?jī)烧吒饔泻翁攸c(diǎn)？ 分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答： 載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率 定不變，因而當(dāng)信號(hào)波頻率 化時(shí)，載波比 N 是變化的。 異步調(diào)制的主要特點(diǎn)是： 在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)， 的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后 1/4 周期的脈沖也不對(duì)稱。 這樣，當(dāng)信號(hào)波頻率較低時(shí)，載波比 N 較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周期內(nèi)前后1/4 周期脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小， 形接近正弦波。 而當(dāng)信號(hào)波頻率增高時(shí) ，載波比 N 減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少， 沖不對(duì)稱的影響就變大，有時(shí)信號(hào)波的微小變化還會(huì)產(chǎn)生 沖的跳動(dòng)。這就使得輸出 和正弦波的差異變大。對(duì)于三相 逆變電路來說，三相輸出的對(duì)稱性也變差。 載波比 N 等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。 同步調(diào)制的主要特點(diǎn)是： 在同步調(diào)制方式中，信號(hào)波頻率變化時(shí)載波比 N 不變，信號(hào)波一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。 當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率 很低。 低時(shí)由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。當(dāng)負(fù) 載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。 當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率 過高，使開關(guān)器件難以承受。 此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些。 分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率劃分為若干段，每個(gè)頻段的載波比一定，不同頻段采用不同的載波比。其優(yōu)點(diǎn)主要是，在高頻段采用較低的載波比，使載波頻率不致過高，可限制在功率器件允許的范圍內(nèi)。而在低頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致過低而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。 6什么是 形的規(guī)則化采樣法？和自然采樣法比規(guī)則采樣法有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答： 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 形生成方法。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) 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。 比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計(jì)算非常簡(jiǎn)單，計(jì)算量大大減少，而效果接近自然采樣法，得到的 形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算，在工程中實(shí)際應(yīng)用不多的缺點(diǎn)。 7單相和三相 形中，所含主要諧波頻率為多少？ 答：?jiǎn)蜗?形中所含的諧波頻率為： 式中， n=1,3,5,時(shí)， k=0,2,4,