电力电子技术第7章

第7章 思考题与习题7.1高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器和变压器的体积和重量？答：高频化可以减小滤波器的参数，减小变压器的体积从而使装置小型化、轻型化； 提高开关频率，可以减小滤波器的电感和电容的参数，减小滤波器的体积和重量；当变压器输入正弦波时，fNBS U 44.4 ，频率升高时，可以减小N 和S 的参数，从而减小变压器各绕组的匝数和铁心的尺寸，使变压器的体积减小，重量减轻，。

7.2何谓软开关和硬开关？怎样才能实现完全无损耗的软件关过程？答：如果开关器件在其端电压不为零时开通则称为硬件通，在其电流不为零时关断则称为硬关断。

硬开通、硬关断统称为硬开关。

在硬开关过程中，开关器件在较高电压下承载有较大电流，故产生很大的开关损耗。

如果在电力电子变换电路中采取一些措施，如改变电路结构和控制策略，使开关器件被施加驱动信号而开通过程中其端电压为零，这种开通称为零电压开通；若使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中其承载的电流为零，这种关断称为零电流关断。

零电压开通和零电流关断是最理想的软开关，其开关过程中无开关损耗。

如果开关器件在开通过程中端电压很小，在关断过程中其电流也很小，这种开关过程的功率损耗不大，称之为软开关。

7.3零开关，即零电压开通和零电流关断的含义是什么？答：使开关开通前的两端电压为零，则开关导通过程中就不会产生损耗和噪声，这种开通方式为零电压开通；而使开关关断时其电流为零，也不会产生损耗和噪声，称为零电流关断。

7.4试分析图题7.4两个电路在工作原理上的差别，并指出它们的异同点。

图题7.4答：相同点：都是零电压开关准谐振电路。

不同点：（a ）图在（b ）图软开关的电容上串了一个电阻，7.5软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样的？各有什么特点？答：准谐振变换电路、零开关PWM 变换电路和零转换PWM 变换电路。

见教材“7.1 , 7.2”7.6准谐振变换器与多谐振变换器的区别是什么？答：准谐振变换电路分为零电压开关准谐振变换电路（ZVS QRC ）与零电流开关准谐振变换电路（ZCS QRC ）。

第6章 PWM 控制技术1．试说明PWM 控制的基本原理。

答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。

即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。

效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。

上述原理称为面积等效原理以正弦PWM 控制为例。

把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。

这些脉冲宽度相等，都等于π/N ，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。

如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM 波形。

各PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。

根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。

对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。

可见，所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。

2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。

解：将各脉冲的宽度用i（i =1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=0.2500(rad)=0.7958(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=0.3090(rad)=0.9836(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=0.2500(rad)=0.7958(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别？三相桥式PWM 型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM 波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM 控制方式。

4-4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？在电压型逆变电路中,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。

当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。

4-8.逆变电路多重化的目的是什么?如何实现?串联多重和并联多重逆变电路备用于什么场合?答:逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高,二是可以改善输出电压的波形。

因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波,还是电流型逆变电路输出的矩形电流波,都含有较多谐波,对负载有不利影响,采用多重逆变电路,可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。

逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来,使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消,就可以得到较为接近正弦波的波形。

组合方式有串联多重和并联多重两种方式。

串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。

串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。

并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。

在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。

当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。

5-1简述图5-la 所示的降压斩波电路工作原理。

答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V 导通一段时间on t 。

，由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间，Uo=E 。

然后使V 关断一段时间off t ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，Uo=0。

一个周期内的平均电压0on offE t U t ⋅=⋅输出电压小于电源电压,起到降压的作用。

5-2．在图5-1a 所示的降压斩波电路中，已知E=200V ，R=10Ω，L 值微大，E=30V ，T=50μs ，ton=20μs ，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。

第七章斩波调压电路7.1 基本斩波电路7.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路7.3 带隔离的直流直流变流电路引言■直流-直流变流电路（DC/DC Converter），也称斩波电路，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。

■直接直流变流电路◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。

◆一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。

■间接直流变流电路◆在直流变流电路中增加了交流环节。

◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为直—交—直电路。

7.1 基本斩波电路7.1.1 降压斩波电路图7-1 降压斩波电路的原理图及波形a ）电路图b ）电流连续时的波形c ）电流断续时的波形■降压斩波电路（Buck Chopper）◆电路分析☞使用一个全控型器件V ，图中为IGBT，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。

☞设置了续流二极管VD ，在V关断时给负载中电感电流提供通道。

☞主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中E m 所示。

◆工作原理☞t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u o =E ，负载电流i o 按指数曲线上升。

☞t=t 1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压u o 近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。

◆基本的数量关系☞电流连续时√负载电压的平均值为: E E T t E t t t U on offon on o α==+=√负载电流平均值为: 式中t on 为V处于通态的时间，t off 为V处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比。

RE U I m o o −=☞电流断续时，负载电压u o 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。

◆斩波电路有三种控制方式☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变t on 。