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电力电子变流技术课后答案第6章

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第六章无源逆变电路
习题与思考题解
6-1.无源逆变电路和有源逆变电路的区别有哪些?
解：无源逆变电路就是将直流电能转换为某一固定频率或可变频率的交流电能，并且直接供给负载使用的逆变电路。

有源逆变电路就是将直流电能转换为交流电能后，又馈送回交流电网的逆变电路。

这里的“源”即指交流电网，或称交流电源。

6-2.什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路?各有什么特点?
解：根据逆变器直流侧电源性质的不同可分为两种，直流侧是电压源的称为电压型逆变器，直流侧是电流源的称为电流型逆变器。

电压型逆变器，其中间直流环节以电容贮能，具有稳定直流侧电压的作用。

直流侧电压无脉动、交流侧电压为矩形波，多台逆变器可以共享一套直流电源并联运行。

由于PWM（脉宽调制）技术的出现和发展，使得电压和频率的调节均可在逆变过程中由同一逆变电路完成，应用更为普遍。

电流型逆变器，中间直流环节以电感贮能，具有稳定直流侧电流的作用。

它具有直流侧电流无脉动、交流侧电流为矩形波和便于能量回馈等特点。

一般用于较大功率的调速系统中，如大功率风机、水泵等。

6-3.试说明电压型逆变电路中续流二极管的作用。

解：对于电感性负载，由于电感的储能作用，当逆变电路中的开关管关断时，负载电流不能立即改变方向，电流将保持原来的流向，必须通过与开关管反向并联的大功率二极管进行续流，来释放电感中储存的能量，这就是电压型逆变电路中续流二极管的作用。

若电路中无续流二极管，开关管关断时，由于电感中的电流将产生很大电流变化率，从而在电路中引起很高的过电压，对电路的器件或绝缘产生危害。

6-4试述180O导电型电压型逆变电路的换流顺序及每60O区间导通管号。

解：参阅教材P101中的图6-4（g）。

180 O导电型电压型逆变电路，每个开关管在每个周期中导通180 O，关断时间也是180 O，换流（换相）是在同一个桥臂的上、下两个开关管之间进行，亦称纵向换相。

换流顺序为每一次在同一桥臂上的V11和V14，V13和V16，V15和V12，每对管各自间隔180 O换相一次。

其驱动信号的施加顺序即为开关管的导通顺序，为V15、V16、V11→V16、V11、V12→V11、V12、V13→V12、V13、V14→V13、V14、V15→V14、V15、V16→V15、V16、V11。

其规律是60 O区间有上述三个连续号码的开关管导通，每隔60 O驱动关断一个开关管，同时驱动导通下一号开关管。

6-5.脉冲宽度调制的原理是什么？正弦脉宽调制信号是怎样产生的？什么是调制比？什么是载波比？
解：脉冲宽度调制（PWM）技术原理是依据当在一个惯性环节的输入端，施加面积相同，但形状不同的脉冲信号时，该环节的输出响应中，低频段特性非常接近，仅在高频段略有差异，而且输入信号的脉冲越窄，输出响应的差别越小。

正弦脉冲宽度调制（SPWM）信号波形，通常是用等腰三角形波作为载波，用正弦波作为调制波，在两个波形的交点处控制主电路开关器件的开通、关断，就可在主电路输出端产生与正弦波输出响应相似的波形。

（1）调制比M＝U rm／U cm
其中，U rm为正弦调制波电压的幅值， U cm为三角形载波电压的幅值。

（2）载波比(频率比) K=f c/f r
其中，f r为正弦调制波的频率,f c为三角波的频率。

6-6.正弦脉冲宽度调制控制方式中的单极性调制和双极性调制有何不同？
解：单极性调制时，调制波为正弦波电压，载波在正半周时为正向三角波，负半周时为负向三角波。

主电路输出电压正半周为正向SPWM波形，负半周为负向SPWM波形，其瞬时有+U d、0V、-U d三种。

参阅教材P107中的图6-8。

双极性调制时，调制波为正弦波电压，载波为正负三角波。

主电路输出电压为正负SPWM波形，其瞬时只有+U d、-U d两种。

参阅教材P108中的图6-9。

6-7.写出电流型三相桥式逆变电路的换流顺序。

解：电流型三相桥式逆变电路参阅教材P104中的图6-5。

120O 导通型方式在任一时刻都有不同相的上桥臂和下桥臂各一只IGBT 导通，换相是在上桥臂或下桥臂间进行，换流顺序为V36→V32、V31→ V33、V32→ V34、V33→V35、V34→V36、V35→V31 、V36→V32,每隔60O 产生一次换流。

按上述换流顺序，IGBT 的导通顺序为V36、V31→ V31、V32→ V32、V33→V33、V34→V34、V35→V35、V36→V36、V31。

每个周期中，每个管的导通角各依次为120O 。

6-8.三相电压型桥式逆变电路，180O 导电方式，U d =150V ，求输出电压的基波幅值U AN1m 和有效值U AN1，输出线电压的基波幅值U AB1m 和有效值U AB1。

解：输出电压的基波幅值U AN1m 为 55.95150637.0637.021=⨯=≈=
d d m AN U U U π (V) 输出电压的有效值U AN1为： 5.6745.02211=≈==d d
m
AO AN U U U U π(V)
输出线电压的基波幅值U AB1m 为 d d
m AN m AB U U U U 1.132311≈==π
=165(V) 输出线电压的基波有效值U AB1为 d d AN AB U U U U 78.06311≈==
π=117(V)
6-9.单相电压型逆变电路中，电阻性负载和电感性负载对输出电压、电流有何影响？电路 结构有哪些变化？
解：电阻性负载时，输出电压和输出电流同相位，波形相似，均为正负矩形波。

电感性负载时，输出电压为正负矩形波，输出电流近似为正弦波，相位滞后于输出电压，滞后的角度取决于负载中电感的大小。

在电路结构上，电感性负载电路，每个开关管必须反向并联续流二级管。

6-10.正弦脉宽调制中，调制信号和载波信号常用什么波形？
解：正弦脉冲宽度调制中，调制信号常用正弦波，载波信号常用三角波。

6-11.单相桥式逆变电路中，直流侧电压、电流波形在电阻性负载和电感性负载时有什么特点？
解：电阻性负载时，直流侧电压、电流波形均为恒定直流。

电感性负载时，直流侧电压波形均为恒定直流。

电流波形参阅教材P99中的图6-3（h），在IGBT导通期间，直流侧的电流i d由电源流向负载，方向为正。

在IGBT的关断期间，即续流二极管的续流期间，直流侧的电流i d由负载流向电源，方向为负，因为续流是传递无功能量的表现。

6-12.．SPWM调制方式是怎样实现变压功能的？又是怎样实现变频功能的？
解：改变调制比M可以改变输出电压u O基波的幅值，所以，SPWM调制是通过改变调制波u r的幅值实现变压功能的。

改变正弦调制波的频率时，可以改变输出电压u0的基波频率，所以，SPWM调制是通过改变调制波u r的频率实现变频功能的。

6-13.．逆变电路多重化的目的是什么，如何实现？有何优点？
解：逆变电路多重化的目的是为了抑制和削减逆变器输出的谐波成份，以避免对负载以至电网产生较大的影响。

多重化控制就是以多个逆变电路在输出端叠加，各个逆变器用相同的频率不同的相位工作，使输出的多个不同相位的矩形波组合叠加起来，达到减少输出谐波的目的。

通过多重化结构，可以使输出u0中有选择的消除某些次谐波，增多多重化结构中的逆变器组数，可以消除更多的谐波，同时，还可以增大逆变器的输出功率。

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电力电子课后部分答案文档

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电力电子课后部分答案文档一、2使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：u AK >0且u GK >0。

9.试列举典型的宽禁带半导体材料.基于这些宽禁带半导体材料的电力电子器件在哪些方面性能优于硅器件？答：典型的是碳化硅、氮化镓、金刚石等材料。

具有比硅宽得多的禁带宽度，宽禁带半导体材料一般都具有比硅高的多的临界雪崩击穿电场强度和载流子饱和飘逸速度的，较高的热导率和相差不大的载流子迁移率，且具有比硅器件高的多的耐受高温电压的能力，低得多的通感电阻，更好的导热性能和热稳定性以及更浅的耐受高温的和射线辐射的能力，许多方面的性能都是成数量级的提高。

三、2. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0?和60?时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。

解：α＝0?时，在电源电压u 2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L 储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。

在电源电压u 2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。

因此，在电源电压u 2的一个周期里，以下方程均成立：t U tiL ωsin 2d d 2d =考虑到初始条件：当ωt ＝0时i d ＝0可解方程得：)cos 1(22d t L U i ωω-=-=πωωωπ202d )(d )cos 1(221t t LU I=LU ω22=2u d 与i d 的波形如下图：0π2πωtu 20π2πωtu d 0π2πωti d当α＝60°时，在u 2正半周期60?~180?期间晶闸管导通使电感L 储能，电感L 储藏的能量在u 2负半周期180?~300?期间释放，因此在u 2一个周期中60?~300?期间以下微分方程成立：t U tiL ωsin 2d d 2d =考虑初始条件：当ωt ＝60?时i d ＝0可解方程得：)cos 21(22d t L U i ωω-=其平均值为)(d )cos 21(2213532d t t L U I ωωωπππ-==L U ω222=11.25(A) 此时u d 与i d 的波形如下图：ωtu di d++ωtωtu 20α++3．单相桥式全控整流电路，U 2＝100V ，负载中R ＝2Ω，L 值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d 、i d 、和i 2的波形；②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

电力电子技术_王兆安第6章

电力电子技术_王兆安第6章


io O u VT O 图4-2 阻感负载单相交流调压 电路及其波形
t
t
6.1.1 单相交流调压电路

–
数量关系
Uo =
1
负载电压有效值：

a
a
( 2U 1 sin t ) 2 d ( t )
= U1
1 sin 2a sin( 2a 2 )
瞬态微分方 程求解可得
为交流调功电路 控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制即可 通常晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载 电压电流都是正弦波，不对电网电压电流造成通常 意义的谐波污染
6.2.1 交流调功电路
电阻负载时的工作情况
– 控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期 导通，后M－N个周期关断 – 当M=3、N=2时的电路波形如图 交流调功电路典型波形(M =3、N =2)
负载电流有效值
I0 =
2 IVT
6.1.1 单相交流调压电路
3.单相交流调压电路的谐波分析
电阻负载的情况
波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波
式中:
a1 =
an =
uo (t ) =
n =1, 3, 5,
(a

n
cos n t bn sin n t )
2U 1 sin 2a 2( a ) 2
t 正负半周a 起始时刻 O （a =0）均为电压过 io 零时刻，稳态时，正 t O 负半周的a 相等 u
VT
t
t
t
t
O
t
6.1.1 单相交流调压电路

数量关系

VT 1 VT 2 u1 io uo R
负载电压有效值
电力电子技术课后答案6

电力电子技术课后答案6

第5章逆变电路1．无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。

而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。

2．换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。

全控型器件采用此换流方式。

电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。

负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。

强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。

通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。

晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。

3．什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。

答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要特点是：①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。

直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。

③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

电流型逆变电路的主要特点是：①直流侧串联有大电感，相当于电流源。

直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。

②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。

③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。

因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。

电力电子技术第6章.软开关技术

电力电子技术第6章.软开关技术


图6-5给出了前三种软开关电路的基本开关单元，谐振直流 环节的电路见图6-10。
图6-5 准谐振电路的基本开关单元
2、零开关PWM电路
零开关PWM变换电路是在准谐振变换电路基础上，增加了 辅助开关而形成的。辅助开关用于控制谐振的开始时刻，使谐 振仅发生于开关过程前后，这样，电路就可以采用恒频控制方 式即PWM控制方式。零开关PWM电路可分为：
图6-6 零开关PWM电路的基本开关单元
3、零转换PWM电路
准谐振变换器的谐振电感和谐振电容一直参与工作；零开关 PWM变换器的谐振元件虽不一直工作，但谐振电感却串在主回 路中，损耗较大。为克服这些缺陷，提出了零转换PWM变换器。 虽这类变换器也采用对谐振时刻进行控制来实现PWM控制，但 与零开关变换器相比具有更突出的优点：
要 实 现 软 开 关 的 PWM 控制，只需控制Lr与Cr的 谐振时刻。其方法是：要 么在适当时刻先短接谐振 电感，在需要谐振的时刻 再断开；要么在适当时刻 先断开谐振电容，在需要 谐振的时刻再接通。由此 得到不同形式的零开关 PWM 电 路 的 基 本 开关 单 元， 如图 6-6 所 示，其 中 S1为辅助开关。
第6章 软开关技术
6.1 软开关的基本概念 1、硬开关及其缺点
变流电路中的电力电子开关不是理想器件。开通时，开关 管的电压不是立即降到零，同时它的电流也不是立即上升到 负载电流，有一个上升时间。在这段时间里，开关元件承受 的电压和流过的电流有一个交叠区，会产生开关损耗，称之 为开通损耗，其波形如图6-1（a）所示。同样，在开关关断 时，开关管的电流也有一个下降过程，电压也有一个上升时 间，电压和电流的交叠产生的开关损耗称之为关断损耗，其 波形如图6-1（b）所示。开关器件在开关过程中产生的开通 损耗和关断损耗，统称为开关损耗。具有这种开关过程的开 关称为硬开关。