发布时间 : 星期四 文章电力电子学-课后复习及思考题-答案更新完毕开始阅读
复习题及思考题
电压都是Vd，即300V。
4.4 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量不能有效控制；SPWM法既可控制输出电压的大小，又可消除低次谐波；移相控制一般用于大功率逆变器。
4.5 图4.6(d)脉宽为?的单脉波矩形波输出电压vab的表达式为(4-16)式。如果横坐标轴即时间（相位角）的起点改在正半波脉宽?的中点，试证明，那时vab的表达式应为：
v(t)?4Vdn?sincos(n?t) ?2n?1,3,5,7,?n??4Vd答：由(4-16)式，vab(t)??(?1)n?1,3,5,7,?n??n?12sinn?sin(n?t)，当横坐标轴即时间（相位角）20的起点改在正半波脉宽?的中点，相当于原波形在时间上前移了90，因此将（4－16）中的?t用
?t＋90
0代替，即可得到v(t)?4Vdn?sincos(n?t)。
2n?1,3,5,7,?n???4.6 正弦脉宽调制SPWM的基本原理是什么？载波比N、电压调制系数M的定义是什么？改变高频载波电压幅值Vrm和频率fr为什么能改变逆变器交流输出基波电压V1的大小和基波频率
f1？
答：正弦脉宽调制SPWM的基本原理是冲量等效原理：大小、波形不相同的窄变量作用于惯性系
统时，只要其冲量即变量对时间的积分相等，其作用效果基本相同。如果将正弦波周期分成多个较小的时间段，使PWM电压波在每一时间段都与该段的正弦电压冲量相等，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定义为三角载波频率fc和正弦调制波频率fr之比：N＝fc/fr；电压调制系数M是正弦调制波幅值Vrm和三角波幅值Vcm之比M＝Vrm/Vcm.
V1m?MVd?(Vrm/Vcm)Vd,M?1,改变调制比M，即可成比例的调控输出电压的基波大小。又
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复习题及思考题
因为f1?fr，所以改变调制波频率fr，即可调控输出电压的基波频率f1。
4.7 既然SPWM控制能使逆变器输出畸变系数很小的正弦波，为什么有时又要将调制参考波vr从正弦波改为图4.11所示调制波，或改为梯形波，或取（4－37）式所示的附加3次谐波分量的调制参考波。
答：SPWM法输出基波电压幅值v1m?VD，有效值V1?VD/2?0.707VD，直流电压利用率
V1/VD?0.707。而1800方波逆变时，逆变电压基波幅值可达4VD/?，直流电压利用率为0.9。
因此为了提高SPWM法的直流电压利用率，可以将调制参考波vr从正弦波改为图4.11所示调制波，或改为梯形波，或附加3次谐波分量，这样调制参考波vr波形的最大值不超过VD，不会出现过调制的情况，但基波电压幅值可超过VD，这就可以提高直流电压利用率。
4.8 请解释图4－17中输入直流电流iD的波形。
答： 图4－17是采用空间矢量PWM控制方法时的相关波形，其中，逆变器输入直流电流iD可表达为：iD?SaiA?SbiB?SciC。例如当A、B相为下桥臂的T4、T6管导通而C相为上桥臂的T5管导通时，Sa?Sb?0,Sc?1，iD?iC，若假设负载电流为正弦，且相电流滞后相电压30，
00则在?t?0时，iC?Ipmsin(?t?30)?Ipm/2,在?t?60时，iC?Ipm。因此在0～?/3周
0期中，iD?iC将在图4－17中所示的Ipm/2和Ipm之间脉动。
同理可以分析出其他5个开关状态时电流iD的波形，iD为六倍频的脉动电流，脉动周期为
?/3。
4.9 试说明三相电压型逆变器SPWM输出电压闭环控制的基本原理。
答： 引入了逆变器输出电压V0的闭环反馈调节控制系统如图4.15(b)所示，V0为输出电压的指令值，电压偏差经电压调节器VR输出调制电压波的幅值Vrm。VrmV0为输出电压的实测反馈值。
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* 复习题及思考题
与调制波的频率fr共同产生三相调制波正弦电压Var(t)、Vbr(t)、Vcr(t)，它们与双极性三角载波电压Vc(t)相比较产生驱动信号，控制各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。
当V0
4.10 三相逆变器的8种开关状态中有6个开关状态对应6个空间位置固定、相差60的非零电压空间矢量，另两个为零矢量。但三相正弦交流电压任意时刻的瞬时值是一个以角速度?在空间旋转的矢量产生的。6个开关器件的三相逆变器只能产生6个特定位置（?t?0,60,120,180,240,300）的空间矢量。如何用两个相差60非零的特定空间矢量和
00000000******?？当直流电压V一定时，零矢量的合成效果去等效任意相位角?t时的空间矢量V如何调控输出D电压的大小和相位？
答：可采用从逆变器的6个处于空间特定位置的开关状态矢量中，选择两个相邻的矢量与零矢量
?。通过调控V?的大小和旋转速度，来调节三相逆变器输出电压的合成一个等效的旋转空间矢量V大小和频率，这就是电压空间矢量PWM方法。
?的相位角?t为任意指令值，将图4-16(d)中的 360区域划分为6个60的扇区，如果要求V00?所在的扇区边界的那两个相邻的特定矢量V?，即可用逆变器的?来合成矢量V?、V则可用矢量Vxy3个开关状态x、y、0在一个周期Ts中各自存在Tx、Ty、T0时间来合成等效的任意位置的空间
?（存在时间为T）?T?V?T?V?T?V?T?V?(T?T?T)。由该式可求出Tx、矢量V即：Vs，xxyy00Sxy0 15
复习题及思考题
Ty、T0。
当直流电压VD一定时，通过调节零矢量作用时间T0，可调控输出电压大小。T0大，输出电
?具有一定的相位角和电压大小。 压将减小。一定的Tx、Ty、T0决定了输出电压V
4.11 三相三电平逆变器中12 个开关器件的通断控制可以获得多少个特定的电压空间矢量？图4.20中二极管D5、D6起到什么作用？如果直流电源电压为VD，在断态时，开关器件所承受的反压是多大？
答：A、B、C每个桥臂都有三种开关状态，故整个三相三电平逆变器共有27种开关状态。D5、
D6用来可以形成1状态，即该桥臂对中点O电压为零。另外，在0、2态时，D5、D6还可以用来防止电容C1、C2被短路放电。
由于分压电容C1、C2的电压各为VD/2，钳位二极管D5、D6把开关器件的端电压限制到VD/2，所以开关器件所承受的反压最大是VD/2。
4.12 复合结构逆变器消除低阶谐波的原理是什么？图4.22(d)中12阶梯波输出电压的半周由6段组成，每段30，高度分别是
0VDNs1N2N、(1?)VDs和(1?)VDs，已知图4.6所示的
NpNp3Np33脉宽为?的矩形电压波v的傅立叶级数表达式为
v(t)?4Vdn?，sincos(n?t)（时间坐标，即相位角的起点选在正半波脉宽?的中点）?2n?1,3,5,7,?n??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4－76式。
答：复合结构逆变器采用多个三相桥式逆变电路，每个开关都按180导电方式工作，每个三相桥逆变电路输出线电压都是120方波。令各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出一个总逆变电压，适当的设计各个变压器的变比和付方电压的连接方式，并安排各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。
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