1、第4章 復(fù)習(xí)題及思考題 1、第n次諧波系數(shù)HFn為第n次諧波分量有效值同基波分量有效值之比；總諧波系數(shù)THD定義為：畸變系數(shù)DF定義為：對于第n次諧波的畸變系數(shù)DFn有：諧波系數(shù)HF顯示了諧波含量，但它并不能反映諧波分量對負(fù)載的影響程度。很顯然，逆變電路輸出端的諧波通過濾波器時(shí)，高次諧波將衰減得更厲害，畸變系數(shù)DF可以表征經(jīng)LC濾波后負(fù)載電壓波形還存在畸變的程度。 2、（1）逆變電路中一般采用SPWM控制方法以減小輸出電壓波形中的諧波含量，需要開關(guān)器件工作在高頻狀態(tài)，SCR是一種低頻器件，因此不適合這種工作方式。 （2）SCR不能自關(guān)斷。而逆變器的負(fù)載一般是電感、電容、電阻等無源元件

2、，除了特殊場合例如利用負(fù)載諧振進(jìn)行換流，一般在電路中需要另加強(qiáng)迫關(guān)斷回路才能關(guān)斷SCR，電路較復(fù)雜。因此SCR一般不適合用于逆變器中。 3、 圖中二極管起續(xù)流和箝位作用，在一個(gè)周期中二極管和晶體管導(dǎo)電時(shí)間由三極管驅(qū)動(dòng)信號和負(fù)載電流Ia的方向共同決定，在純阻性負(fù)載時(shí)可以不用二極管D。純電感負(fù)載時(shí)，在0tT0/2<期間，對于全橋逆變電路有v=VD，對半橋電路，Ia線性上升；在T0/2TtT0<期間， Ia線性下降；故電流Ia是三角波。 4、有單脈波脈寬調(diào)制法、正弦脈寬調(diào)制法（SPWM）、基波移相控制法等。單脈波脈寬調(diào)制法缺點(diǎn)是諧波含量不能有效控制；SPWM法既可控制輸出電壓的大小，又可

3、消除低次諧波；移相控制一般用于大功率逆變器。 5、正弦脈寬調(diào)制SPWM的基本原理是沖量等效原理：大小、波形不相同的窄變量作用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要其沖量即變量對時(shí)間的積分相等，其作用效果基本相同。如果將正弦波周期分成多個(gè)較小的時(shí)間段，使PWM電壓波在每一時(shí)間段都與該段的正弦電壓沖量相等，則不連續(xù)的按正弦規(guī)律改變寬度的多段波電壓就等效于正弦電壓。 載波比N定義為三角載波頻率和正弦調(diào)制波頻率之比；電壓調(diào)制系數(shù)M是正弦調(diào)制波幅值和三角波幅值之比。改變調(diào)制比M，即可成比例的調(diào)控輸出電壓的基波大小。改變調(diào)制波頻率，即可調(diào)控輸出電壓的基波頻率，改變調(diào)制波電壓幅值可以改變調(diào)制比M，從而可以改變交流輸出基波電壓1

4、V的大小。如果要改變輸出基波的相位，僅需改變正弦調(diào)制波的相位即可。 6、SPWM調(diào)制中，當(dāng)載波比遠(yuǎn)大于基波頻率且不過調(diào)制，如果調(diào)制比相同但載波比不同時(shí)，由于，因此兩種情況下輸出基波電壓是一致的。但是兩種情況下輸出電壓的諧波是有差異的，而且較小載波比對應(yīng)的輸出電壓諧波頻率更低。 7、對于SPWM，當(dāng)出現(xiàn)過調(diào)制時(shí)，對應(yīng)的調(diào)制比M1，此時(shí)正弦調(diào)制波幅值超過三角載波幅值，可能在多個(gè)載波周期內(nèi)都和三角波沒有交點(diǎn)，開關(guān)頻率會急劇下降，同時(shí)等效調(diào)制波不再是原來的理想正弦波，而是在正弦波峰處出現(xiàn)平頂?shù)牟ㄐ危捎谝虼四孀兤鬏敵鲭妷翰ㄐ我彩钦也ǚ逄幊霈F(xiàn)平頂?shù)牟ㄐ危摬ㄐ魏泻芏嗟皖l諧波分量，當(dāng)然對應(yīng)的輸出電壓基

5、波分量比沒有過調(diào)制時(shí)要大一些。 8、進(jìn)行SPWM調(diào)制時(shí)，通常令載波比為整數(shù)，這種調(diào)制方式稱為同步調(diào)制。當(dāng)載波比不是整數(shù)時(shí)，稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制時(shí)諧波的頻率一般不再是基波的整數(shù)倍，這種非基波整數(shù)倍頻的諧波被稱為次諧波。如果載波比較高，次諧波的頻率也較高，次諧波的影響可以不用單獨(dú)考慮。但在載波比很低的應(yīng)用場合，由于載波頻率離基波頻率很近，所以載波頻率處的邊頻帶諧波將會延伸到很低的頻段，有可能產(chǎn)生低于基波頻率甚至接近零赫茲的次諧波。這種低頻次諧波很難濾除，而且對裝置運(yùn)行非常不利。所以低載波比的應(yīng)用場合必須使用同步調(diào)制，而且最好令載波比是奇數(shù)，因?yàn)槠鏀?shù)載波比可以保證最低次諧波至少是三倍基波頻率。

6、9、可以獲得圖4.11所示的相同調(diào)制效果。開關(guān)管驅(qū)動(dòng)脈沖按照下圖產(chǎn)生。 10、如下圖所示，為單極性倍頻不對稱規(guī)則采樣時(shí)的過程圖，vr與-vr是調(diào)制波，vc是周期為TS幅值為Vcm的三角波。在采樣周期的起始時(shí)刻t1取樣調(diào)制波的大小，并分別為高作水平線，該水平線和載波的交點(diǎn)時(shí)刻對應(yīng)脈沖的前沿時(shí)刻ta與t4。在采樣周期的中點(diǎn)時(shí)刻t2取樣調(diào)制波的大小，并為高作水平線，該水平線和載波的交點(diǎn)時(shí)刻對應(yīng)脈沖的后沿時(shí)刻tb與t5。由圖可知：相應(yīng)的占空比為：一般情況下，Ta不等于Tb，所以每個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖波形相對于采樣周期中點(diǎn)時(shí)刻t2是不對稱的，故稱之為不對稱規(guī)則采樣。有時(shí)候在一個(gè)采樣周期內(nèi)僅在t1或t2時(shí)刻

7、進(jìn)行一次采樣，該采樣值既用于計(jì)算Ta也用于計(jì)算Tb，這時(shí)的脈沖波形顯然對于采樣周期的中點(diǎn)時(shí)刻t2對稱，故稱為對稱規(guī)則采樣。11、引入了逆變器輸出電壓的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)如下圖所示，V1*為輸出基波電壓有效值的指令值，V1為輸出基波電壓有效值的實(shí)測反饋值。電壓偏差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器VR輸出調(diào)制電壓波的幅值Vrm。Vrm與調(diào)制波的頻率fr共同產(chǎn)生三相調(diào)制波正弦電壓，它們與雙極性三角載波電壓相比較產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號，控制各個(gè)全控型開關(guān)器件的通斷，從而控制逆變器輸出的三相交流電壓。 當(dāng)V1<V1*時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器VR輸出的Vrm增大，M值增大，使輸出電壓各脈波加寬，輸出電壓V1增大到給定值V1*；反之當(dāng)V1

8、>V1*時(shí)，Vrm減小，M值減小，使輸出電壓V1減小到V1*。如果電壓調(diào)節(jié)器VR為PI調(diào)節(jié)器（無靜態(tài)誤差），則可使穩(wěn)態(tài)時(shí)保持V1V1*。因此當(dāng)電源電壓Vd改變或負(fù)載改變而引起輸出電壓偏離給定值時(shí)，通過電壓閉環(huán)控制可時(shí)輸出電壓V1跟蹤并保持為給定值V1*。12、如下圖所示，為單極性倍頻不對稱規(guī)則采樣時(shí)的過程圖，vr與vr是調(diào)制波，vc是周期為TS幅值為Vcm的三角波。在采樣周期的起始時(shí)刻t1取樣調(diào)制波的大小，并分別為高作水平線，該水平線和載波的交點(diǎn)時(shí)刻對應(yīng)脈沖的前沿時(shí)刻ta與t4。在采樣周期的中點(diǎn)時(shí)刻t2取樣調(diào)制波的大小，并為高作水平線，該水平線和載波的交點(diǎn)時(shí)刻對應(yīng)脈沖的后沿時(shí)刻tb與t5

9、。由圖可知：一般情況下，Ta不等于Tb，所以每個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖波形相對于采樣周期中點(diǎn)時(shí)刻t2是不對稱的，故稱之為不對稱規(guī)則采樣。有時(shí)候在一個(gè)采樣周期內(nèi)僅在t1或t2時(shí)刻進(jìn)行一次采樣，該采樣值既用于計(jì)算Ta也用于計(jì)算Tb，這時(shí)的脈沖波形顯然對于采樣周期的中點(diǎn)時(shí)刻t2對稱，故稱為對稱規(guī)則采樣。 13、 在正弦基波調(diào)制波vr中注入三次諧波得到新的調(diào)制波由于三次諧波的注入，在某些情況下即使vr的峰值vrm超過三角波幅值（基波M1），但只要vr3的最大值不超三角波峰值，仍然不會過產(chǎn)生調(diào)制，而基波輸出電壓又可以提高。但由于調(diào)制波中含三次諧波，所以輸出電壓的低頻段將既含有所需要的基波電壓又含有不希望存在的

10、且與vi3調(diào)制比對應(yīng)大小的三次諧波電壓。不過在三相無中線系統(tǒng)中，如果每相的調(diào)制波基波中都注入同樣的三次諧波vi3，那么雖然每相輸出電壓vAO、vBO、vCO中都含有同樣大小和相位的三次諧波，但由于諧波抵消效應(yīng)，線電壓vAB、vBC、vCA中不會出現(xiàn)三次諧波，所以三次諧波電壓不會產(chǎn)生負(fù)載電流，對負(fù)載的正常工作也不會帶來任何影響。 如果三相調(diào)制波具有如下形式：輸出線電壓基波峰值可以提高到直流電壓VD而不過調(diào)制，這時(shí)的基波調(diào)制比M可達(dá)約1.15。14、可采用從逆變器的6個(gè)處于空間特定位置的開關(guān)狀態(tài)矢量中，選擇兩個(gè)相鄰的矢量與零矢量合成一個(gè)等效的旋轉(zhuǎn)空間矢量Vr。通過調(diào)控Vr的大小和旋轉(zhuǎn)速度

11、，來調(diào)節(jié)三相逆變器輸出電壓的大小和頻率，這就是電壓空間矢量PWM方法。將圖4-23中的 360°區(qū)域劃分為6個(gè)60°的扇區(qū)，如果要求Vr的相位角tw為任意指令值，則可用矢量Vr所在的扇區(qū)邊界的那兩個(gè)相鄰的特定矢量Vx、Vy來合成矢量Vr，即可用逆變器的3個(gè)開關(guān)狀態(tài)x、y、0在一個(gè)周期Ts中各自存在Tx、Ty、T0時(shí)間來合成等效的任意位置的空間矢量Vr（存在時(shí)間為Ts），即：由該式可求出。當(dāng)直流電壓一定時(shí)，通過調(diào)節(jié)零矢量作用時(shí)間，可調(diào)控輸出電壓大小。時(shí)間大，輸出電壓將減小。一定的時(shí)間決定了輸出電壓Vr具有一定的相位角和電壓大小。 15、復(fù)合結(jié)構(gòu)逆變器采用多個(gè)三相橋式

12、逆變電路，每個(gè)開關(guān)都按180°導(dǎo)電方式工作，每個(gè)三相橋逆變電路輸出線電壓都是120°方波。令各個(gè)三相橋式逆變器的同一相（例如A相）的輸出電壓彼此相差一定的相位角，通過幾個(gè)變壓器將各個(gè)三相逆變器的輸出電壓復(fù)合相加后輸出一個(gè)總逆變電壓，適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)各個(gè)變壓器的變比和付方電壓的連接方式，并安排各逆變器輸出電壓的相差角，就可以消除總的輸出電壓中的3、5、7、11、13等低次諧波。圖4.26中的12階梯波可以用三個(gè)脈寬分別為180°、120°、60°，高度分別為、的矩形波疊加得到。利用式將三個(gè)矩形波的傅里葉級數(shù)展開，疊加后即可得到12階梯波的傅里葉級數(shù)表達(dá)

13、式如下：16、多重化技術(shù)是通過將功率單元有機(jī)組合起來以提高裝置容量，通過將功率單元的輸出波形組合成適當(dāng)?shù)碾A梯波以改善輸出波形，同時(shí)又?jǐn)U大了輸出電壓和電流。采用PWM調(diào)壓可以直接改變輸出電壓的大小，采用多重化結(jié)構(gòu)可以在較低的開關(guān)頻率和較小的開關(guān)損耗下擴(kuò)大變流器輸出電壓、功率。兩者結(jié)合在一起可以獲得更好的效果。17、Da1、Da2可以用來形成1狀態(tài)，即該橋臂對中點(diǎn)O電壓為零。另外，在0、2狀態(tài)時(shí)，Da1、Da2還可以用來防止電容C1、C2被短路放電。 由于分壓電容C1、C2的電壓各為VD/2，鉗位二極管Da1、Da2把開關(guān)器件的端電壓限制到DV/2，所以開關(guān)器件所承受的反壓最大是DV/2。 A、B、C每個(gè)橋臂都有三種開關(guān)狀態(tài)，故整個(gè)三相三電平逆變器共有27種開關(guān)狀態(tài)。18、逆變器的類型有： （1） 電壓型和電流型逆變器； （2） 恒頻恒壓正弦波和方波逆變器、變頻變壓逆變器、高頻脈沖電壓（電流）逆變器； （3） 單相半橋、單相全橋、推挽式、三相橋式逆變器；