1、精品文檔第 6章 PWM控制技術1試說明 PWM控制的基本原理。答：PWM控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術。即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，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論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的 環節上時，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。效果基本相同是指環節的輸出響應波 形基本相同。上述原理稱為面積等效原理以正弦 PWM控制為例。把正弦半波分成 N等份，就可把其看成是 N 個彼此相連的脈沖 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律變化。如果把上述脈沖列利

2、用相同數量的等幅而不等寬 的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應 的正弦波部分面積（沖量）相等，就得到PWM波形。各 PWM脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規律變化的。根據面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM波形。可見，所得到的 PWM波形和期望得到的正弦波等效。 2設圖 6-3 中半周期的脈沖數是 5，脈沖幅值是相應正弦波幅值的兩倍，試按面積等效原 理計算脈沖寬度。解：將各脈沖的寬度用i（i =1, 2, 3, 4, 5）表示，根據面積等效原理可得5Um sin td t1=2Ucos t25=0.

3、09549(rad)=0.3040(ms) 05 U m sin td t52U2cos t 5 =0.2500(rad)=0.7958(ms)25325Um sin td t52U3cos t 5 =0.3090(rad)=0.9836(ms)225435 U m sin td t5=2U2 =0.2500(rad)=0.7958(ms)4 Um sin td t52U1 =0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 單極性和雙極性 PWM調制有什么區別？三相橋式 PWM型逆變電路中，輸出相電壓（輸 出端相對于直流電源中點的電壓）和線電壓SPWM波形各有幾種電平？答：三角波載波在信號波

4、正半周期或負半周期里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個周期中也只在單極性范圍內變化，稱為單極性PWM控制方式。三角波載波始終是有正有負為雙極性的，所得的PWM波形在半個周期中有正、有負，則稱之為雙極性 PWM控制方式。精品文檔精品文檔三相橋式 PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：0.5 Ud 和-0.5 Ud。輸出線電壓有三種電平 Ud、 0、- Ud。4 特定諧波消去法的基本原理是什么？設半個信號波周期內有10 個開關時刻（不含 0 和時刻）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稱性，為消去偶次諧波，應使波形正負兩個半周期對稱，為消 去諧波中的余弦項，使波形在正半

5、周期前后 1/4 周期以 /2 為軸線對稱。考慮到上述對稱性，半周期內有 5 個開關時刻可以控制。利用其中的 1 個自由度控制 基波的大小，剩余的 4 個自由度可用于消除 4 種頻率的諧波。5 什么是異步調制？什么是同步調制？兩者各有何特點？分段同步調制有什么優 點？ 答：載波信號和調制信號不保持同步的調制方式稱為異步調制。在異步調制方式中，通常 保持載波頻率 fc 固定不變，因而當信號波頻率 fr 變化時，載波比 N是變化的。異步調制的主要特點是：在信號波的半個周期內， PWM波的脈沖個數不固定， 相位也不固定，正負半周期的脈沖 不對稱，半周期內前后 1/4 周期的脈沖也不對稱。這樣，當信號

6、波頻率較低時，載波比 N 較大，一周期內的脈沖數較多，正負半周期脈 沖不對稱和半周期內前后 1/4 周期脈沖不對稱產生的不利影響都較小， PWM波形接近正弦波。而當信號波頻率增高時， 載波比 N 減小，一周期內的脈沖數減少， PWM脈沖不對稱的影 響就變大，有時信號波的微小變化還會產生PWM脈沖的跳動。這就使得輸出 PWM波和正弦波的差異變大。對于三相 PWM型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也變差。載波比 N等于常數，并在變頻時使載波和信號波保持同步的方式稱為同步調制。 同步調制的主要特點是：在同步調制方式中，信號波頻率變化時載波比N 不變，信號波一個周期內輸出的脈沖數是固定的，脈沖相位也是固

7、定的。當逆變電路輸出頻率很低時，同步調制時的載波頻率f c也很低。 f c過低時由調制帶來的諧波不易濾除。當負載為電動機時也會帶來較大的轉矩脈動和噪聲。當逆變電路輸出頻率很高時， 同步調制時的載波頻率 f c 會過高， 使開關器件難以承受。 此外，同步調制方式比異步調制方式復雜一些。 分段同步調制是把逆變電路的輸出頻率劃分為若干段，每個頻段的載波比一定，不同 頻段采用不同的載波比。其優點主要是，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。而在低頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致 過低而對負載產生不利影響。6 什么是 SPWM波 形的規則化采樣法？和自然采樣

8、法比規則采樣法有什么優點？ 答：規則采樣法是一種在采用微機實現時實用的PWM波形生成方法。規則采樣法是在自然采樣法的基礎上得出的。規則采樣法的基本思路是：取三角波載波兩個正峰值之間為一個 采樣周期。使每個 PWM脈沖的中點和三角波一周期的中點（即負峰點）重合，在三角波的 負峰時刻對正弦信號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 近似代替正弦信號波，用該直線與三角波載波的交點代替正弦波與載波的交點，即可得出 精品文檔精品文檔 控制功率開關器件通斷的時刻。 比起自然采樣法，規則采樣法的計算非常簡單，計算量大大減少，而效果接近自然采 樣法，得到的 SPWM波形仍然很接近正弦波，

9、 克服了自然采樣法難以在實時控制中在線計算， 在工程中實際應用不多的缺點。7 單相和三相 SPWM波形中，所含主要諧波頻率為多少？答：單相 SPWM波形中所含的諧波頻率為：n c k r式中， n=1,3,5, 時， k=0,2,4, ； n=2,4,6, 時， k=1,3,5, 在上述諧波中，幅值最高影響最大的是角頻率為c 的諧波分量。三相 SPWM波形中所含的諧波頻率為：n c k r式中， n=1,3,5, 時， k=3(2 m-1) 1， m=1,2, ；6m 1 m 0,1,n=2,4,6, 時， k6m 1 m 1,2,在上述諧波中，幅值較高的是c2 r 和 2c r 。8 如何提

10、高 PWM逆變電路的直流電壓利用率？ 答：采用梯形波控制方式，即用梯形波作為調制信號，可以有效地提高直流電壓的利用率。對于三相 PWM逆變電路，還可以采用線電壓控制方式，即在相電壓調制信號中疊加3的倍數次諧波及直流分量等，同樣可以有效地提高直流電壓利用率。9 什么是電流跟蹤型 PWM變流電路？采用滯環比較方式的電流跟蹤型變流器有何特點？ 答：電流跟蹤型 PWM變流電路就是對變流電路采用電流跟蹤控制。也就是，不用信號波 對載波進行調制，而是把希望輸出的電流作為指令信號，把實際電流作為反饋信號，通過 二者的瞬時值比較來決定逆變電路各功率器件的通斷，使實際的輸出跟蹤電流的變化。采用滯環比較方式的電流

11、跟蹤型變流器的特點：硬件電路簡單； 屬于實時控制方式，電流響應快； 不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量； 與計算法和調制法相比，相同開關頻率時輸出電流中高次諧波含量較多；采用閉環控制。10什么是 PWM整流電路？它和相控整流電路的工作原理和性能有何不同？答： PWM整 流電路就是采用 PWM控制的整流電路，通過對 PWM整流電路的適當控制， 可以使其輸入電流十分接近正弦波且和輸入電壓同相位，功率因數接近1。相控整流電路是對晶閘管的開通起始角進行控制，屬于相控方式。其交流輸入電流中 含有較大的諧波分量，且交流輸入電流相位滯后于電壓，總的功率因數低。PWM整流電路采用 SPWM控制技術

12、，為斬控方式。其基本工作方式為整流，此時輸入電 流可以和電壓同相位，功率因數近似為1。PWM整流電路可以實現能量正反兩個方向的流動，即既可以運行在整流狀態， 從交流側向直流側輸送能量；也可以運行在逆變狀態，從直流側向交流側輸送能量。而且，這兩種 精品文檔精品文檔 方式都可以在單位功率因數下運行。此外，還可以使交流電流超前電壓90，交流電源送出無功功率，成為靜止無功功率發生器。或使電流比電壓超前或滯后任一角度 。11 在 PWM整流電路中，什么是間接電流控制？什么是直接電流控制？答：在 PWM整流電路中，間接電流控制是按照電源電壓、電源阻抗電壓及PWM整流器輸入端電壓的相量關系來進行控制，使輸入

13、電流獲得預期的幅值和相位，由于不需要引入交流 電流反饋，因此稱為間接電流控制。直接電流控制中，首先求得交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，經過比較進 行跟蹤控制，使輸入電流跟蹤指令值變化。因為引入了交流電流反饋而稱為直接電流控制精品文檔精品文檔第 7 章 軟開關技術1 高頻化的意義是什么？為什么提高開關頻率可以減小濾波器的體積和重量？為什么提 高關頻率可以減小變壓器的體積和重量？ 答：高頻化可以減小濾波器的參數，并使變壓器小型化，從而有效的降低裝置的體積和重 量。使裝置小型化，輕量化是高頻化的意義所在。提高開關頻率，周期變短，可使濾除開 關頻率中諧波的電感和電容的參數變小，從而減輕了濾波器

14、的體積和重量；對于變壓器來 說，當輸入電壓為正弦波時， U=4.44 . f . N. B. S，當頻率 f 提高時，可減小 N、S 參數值， 從而減小了變壓器的體積和重量。2 軟開關電路可以分為哪幾類？其典型拓撲分別是什么樣子的？各有什么特點？ 答：根據電路中主要的開關元件開通及關斷時的電壓電流狀態，可將軟開關電路分為零電 壓電路和零電流電路兩大類；根據軟開關技術發展的歷程可將軟開關電路分為準諧振電路， 零開關 PWM電路和零轉換 PWM電路。準諧振電路：準諧振電路中電壓或電流的波形為正弦波，電路結構比較簡單，但諧振電壓或諧振電流很大，對器件要求高，只能采用脈沖頻率調制控制方式。CrSVD零

15、電壓開關準諧振電路的基本開關單元零電流開關準諧振電路的基本開關單元零電壓開關 PWM電路的基本開關單元零電流開關 PWM電路的基本開關單元零開關 PWM電路：這類電路中引入輔助開關來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發生于開關過程前后，此電路的電壓和電流基本上是方波，開關承受的電壓明顯降低，電路可以 采用開關頻率固定的 PWM控制方式。Cr S1SLVD零轉換 PWM電路：這類軟開關電路還是采用輔助開關控制諧振的開始時刻，所不同的是，諧振電路是與主開關并聯的，輸入電壓和負載電流對電路的諧振過程的影響很小，電 路在很寬的輸入電壓范圍內并從零負載到滿負載都能工作在軟開關狀態，無功率的交換被消減到最小。L

16、零電壓轉換 PWM電路的基本開關單元3 在移相全橋零電壓開關 PWM電路中，如果沒有諧振電感 Lr ，電路的工作狀態將發生哪 些變化，哪些開關仍是軟開關，哪些開關將成為硬開關？ 精品文檔精品文檔答: 如果沒有諧振電感 Lr，電路中的電容 CS1， CS2與電感 L 仍可構成諧振電路，而電容 CS3， C S4將無法與 Lr 構成諧振回路，這樣， S3、S4將變為硬開關， S1、S2仍為軟開關。4 在零電壓轉換 答：在 S1 開通時， 于電感 Lr 的存在，S1 為硬開關。由PWM電路中，輔助開關 S1 和二極管 VD1 是軟開關還是硬開關，為什么？ uS1 不等于零；在 S1 關斷時，其上電流

17、也不為零，因此 S1開通時的電流上升率受到限制，降低了S1的開通損耗。由于電感 Lr 的存在，使 VD1 的電流逐步下降到零，自然關斷，因此VD1 為軟開關。精品文檔精品文檔第 8 章 組合變流電路1. 什么是組合變流電路？答：組合變流電路是將某幾種基本的變流電路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC）組合起來，以實現一定新功能的變流電路。2. 試闡明圖 8-1 間接交流變流電路的工作原理，并說明該電路有何局限性。 答：間接交流變流電路是先將交流電整流為直流電，在將直流電逆變為交流電，圖 8-1 所 示的是不能再生反饋電力的電壓型間接交流變流電路。該電路中整流部分采用的是不可控 整流

18、，它和電容器之間的直流電壓和直流電流極性不變，只能由電源向直流電路輸送功率， 而不能由直流電路向電源反饋電力，這是它的一個局限。圖中逆變電路的能量是可以雙向 流動的，若負載能量反饋到中間直流電路，導致電容電壓升高。由于該能量無法反饋回交 流電源，故電容只能承擔少量的反饋能量，這是它的另一個局限。3. 試分析圖 8-2 間接交流變流電路的工作原理，并說明其局限性。答：圖 8-2 是帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路，它是在圖 8-1 的基礎上， 在中間直流電容兩端并聯一個由電力晶體管V0 和能耗電阻 R0組成的泵升電壓限制電路。當泵升電壓超過一定數值時，使V0 導通，把從負載反饋的能量

19、消耗在R0上。其局限性是當負載為交流電動機，并且要求電動機頻繁快速加減速時，電路中消耗的能量較多，能耗電阻 R0也需要較大功率，反饋的能量都消耗在電阻上，不能得到利用。4. 試說明圖 8-3 間接交流變流電路是如何實現負載能量回饋的。答：圖 8-3 為利用可控變流器實現再生反饋的電壓型間接交流變流電路，它增加了一套變 流電路，使其工作于有源逆變狀態。當負載回饋能量時，中間直流電壓上升，使不可控整 流電路停止工作，可控變流器工作于有源逆變狀態，中間直流電壓極性不變，而電流反向， 通過可控變流器將電能反饋回電網。5. 何為雙 PWM電路？其優點是什么？答：雙 PWM電路中，整流電路和逆變電路都采用

20、PWM控制，可以使電路的輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數高，中間直流電路的電壓可調。當負載為電動機時，可工作在電 動運行狀態，也可工作在再生制動狀態；通過改變輸出交流電壓的相序可使電動機正轉或 反轉，因此，可實現電動機四象限運行6. 什么是變頻調速系統的恒壓頻比控制？ 答：即對變頻器的電壓和頻率的比率進行控制，使該比率保持恒定。這樣可維持電動機氣 隙磁通為額定值，使電動機不會因為頻率變化而導致磁飽和和造成勵磁電流增大，引起功 率因數和效率的降低。7. 何為 UPS？試說明圖 8-11 所示 UPS系統的工作原理。 答：UPS是指當交流輸入電源發生異常或斷電時， 還能繼續向負載供電， 并能保

21、證供電質量， 使負載供電不受影響的裝置， 即不間斷電源。 圖 8-11 為用柴油發電機作為后備電源的 UPS， 其工作原理為：一旦市電停電，則蓄電池投入工作，同時起動油機，由油機代替市電向整 流器供電，整流后再通過逆變器逆變為50Hz 恒頻恒壓的交流電向負載供電，市電恢復正常 精品文檔精品文檔后，再重新由市電供電。因為蓄電池只作為市電與油機之間的過渡，柴油發電機作為后備 電源，所以此系統可保證長時間不間斷供電。8. 試分析正激電路和反激電路中的開關和整流二極管在工作時承受的最大電壓。 解：正激電路和反激電路中的開關和整流二極管在工作時承受最大電壓的情況如下表所示：開關 S整流二極管 VD1正激電路（ 1+ N1 ） UI N3N2 UIN3反激電路Ui+ N1 U0N2 0N2 Ui+ U0N109. 試分析全橋、半橋和推挽電路中的開關和整流二極管在工作中承受的最大電壓，最大 電流和平均電流。答：以下分析均以采用橋式整流電路為例。全橋電路：最大電壓最大電流平均電流開關 SUiN2IdN1N2Id2N1整流二極管N2 UiN1Id1 I d2半橋電路：最大電壓最大電流平均電流開關 SUiN2 I dIdN1N 2 IdId2N1整流二極管N2 Ui2N1Id1 I d2推挽