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电压型逆变器输出波形控制技术
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3秒自动关闭窗口习题四；1．无源逆变电路和有源逆变电路有什么区别？；答：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源；载相联接；无源逆变使用晶闸管必须采用负载换流或强迫换流；2．在逆变电路中器件的换流方式有哪些？各有什么特；答：换流方式有4种：；1）器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流；晶闸管半控器件不能采用器件换流，根据电路的不同可；2）电网换流：由电网提供换向电压
1．无源逆变电路和有源逆变电路有什么区别？
答：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
载相联接。有源逆变不可变频，无源逆变可以变频。有源逆变采用晶闸管可以实现电网换流，
无源逆变使用晶闸管必须采用负载换流或强迫换流。
2．在逆变电路中器件的换流方式有哪些？各有什么特点？试举例说明。
答：换流方式有4种：
1）器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件都采用此种换流方式，
晶闸管半控器件不能采用器件换流，根据电路的不同可以采用下述3种换流方式。
2）电网换流：由电网提供换向电压，只要将电网的负压加在欲换流的器件两端即可。
3）负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容型负载，即负载电流超前于负载电
压时，可实现负载换流。
4）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使之换流，称
为强迫换流。通常是利用附加换流晶闸管、换向电容、电感产生谐振来给欲关断的主晶闸管
施加关断所需的反压。
3．什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路？二者各有什么特点？
答：按照直流侧电源的性质分类，直流侧是电压源的称为电压型逆变器，直流侧是电流源的
称为电流型逆变电路。
电压型逆变电路的主要特点是：
1）直流侧接有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本保持恒定，直流侧相对于负载来
说呈现低阻抗。
2）由于直流电压源的嵌位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载性质无关，
而交流侧电流的相位和波形随负载性质的不同而变化。
3）当交流侧为阻感负载时，逆变器需要提供无功功率，直流侧电容可起到无功能量缓冲
的作用。为了给交流侧无功能量返回直流侧提供通路，逆变器桥臂的开关器件需反并联续流
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，直流回路对于负载来
说呈现高阻抗。
2）电路中开关器件的作用仅仅是改变电流的流通途径，并不能改变电流的大小，因此交
流侧输出电流为矩形波，和负载阻抗无关。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提供无功功率，直流电感起缓冲无功能量的作用，因为反馈
无功能量时电流并不反向，因此不必象电压型逆变器那样在器件两端反并联二极管。但是由
于反馈无功能量时器件会承受反向电压，对于由全控器件构成的电流型逆变器，开关器件需
要串联二极管（全控器件承受反压的能力很低）。对于晶闸管逆变器则不必串二极管。
4．电压型逆变电路中二极管的作用是什么？如果没有将出现什么现象？为什么电流型逆变
电路中没有这样的二极管？
答：在电压型逆变电路中，当交流侧为感性或容性负载时，电源需要为负载提供无功功率，
直流电容起缓冲无功的作用。为了给交流电流提供流会直流电容的通路，逆变器各桥臂都要
反并联反馈二极管。也即，当输出交流电压和电流同极性时，电流流经逆变器的可控开关器
件；而当输出电压和电路极性相反时，电流通路由反馈二极管提供。
5．请说明整流电路、逆变电路、变频电路三个概念的区别。
答：整流电路是将交流变换为直流，即将交流能量变换为直流能量。逆变电路（包括有源逆
变和无源逆变）都是将直流能量变换为交流能量。变频（包括交-交变频与交-直-交变频）是
将一种电压和频率的交流能量变换为另一种电压和频率的交流能量。
6．并联谐振式逆变器利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件？
答：并联谐振逆变器的输出电流为方波，负载上的电压为接近正弦。只有当负载呈现容性时
（即变频器工作频率需大于负载谐振频率）才会在欲关断的晶闸管上施加反压将之关断。提
供反压的时间必须大于晶闸管的关断时间。
7．三相桥式电压型逆变电路，180o导电方式，Ud=100V。试求输出相电压的基波幅值UAN1m
和有效值UAN1，输出线电压的基波幅值UAB1m和有效值UAB1、输出5次谐波的有效值UAB5。 解：输出相电压的基波幅值为：UAN1m?
输出相电压的基波有效值
：UAN1?2?Ud?0.637?100?63.7V ?0.45Ud?0.45?100?45V
输出线电压的基波幅值：UAB1m?d?1.1Ud?1.1?110?110V
输出线电压的基波有效值：UAB1?d?0.78Ud?0.78?100?78V
UAB178??15.6V 55输出线电压的5次谐波有效值：UAB5?
1．试说明PWM控制的基本原理。
答：PWM（Pulse-Width Modulation）控制就是对触发脉冲的宽度进行调制的技术。即对一
系列脉冲的脉冲宽度进行控制来获得所需要的输出波形（包括形状和幅值）。
在采样控制理论种有一条重要的结论：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（SPWM）为例。把正弦半波平分为N等份，就可以把它看成N个彼此
独立的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相同（都是π/N）但幅值不同且顶部是曲线。如
果将上述脉冲用数量相同、幅值相等的不等宽的矩形脉冲代替，使每个小矩形的面积和对应
的正弦波面积相等（即冲量相等），就得到了PWM波形。各个脉冲的幅值相等而宽度按照
正弦规律变化，根据面积等效原理，这种PWM波形和原正弦波形是等效的。
2．PWM逆变器有哪些优点？其开关频率的高低有什么利弊？
答：优点：
1）PWM调制可以极大地消弱逆变器的输出谐波，使逆变器输出用户需要的波形（形
状和幅值），而消弱用户不需要的谐波。
2）PWM逆变器具有非常好的动态响应速度。普通逆变器的控制速度是周波控制级，
而PWM是载波控制级，所以目前几乎所有的逆变器都是采用PWM控制策略。
3）PWM控制使逆变器的控制策略更加灵活多样，使逆变器的性能得到很大的提升。
4）PWM逆变器的整流电路可以采用二极管，使电网侧的功率因数得到提高。
5）只用一级可控的功率环节，电路结构较简单。
开关频率高则输出谐波更小、响应速度更快，但是电力电子器件的开关损耗增加、整机
效率下降，带来较强的高频电磁干扰；开关频率低则正好相反。一般对于中小容量的逆变器
开关频率可适当取高些，大功率逆变器由于高压大功率开关器件的限制，开关频率则相对较
3．单极性和双极性PWM控制有什么区别？在三相桥式PWM逆变电路中，输出相电压（输
出端相对于中性点N’的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平？
答：三角载波在调制信号的正半波或负半波周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半
个周期内也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式。
三角载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个调制波周期内有正有负。
则称之为双极性PWM控制方式。
三相桥式PWM逆变电路中，输出相电压有两种电平：0.5Ud和?0.5Ud。线电压SPWM
波形有三种电平：Ud，0，?Ud。
4．脉宽调制（PWM）技术的制约条件主要表现在哪些方面？
答：对于PWM控制来说，高的开关频率可以使性能更好，但是，
1）高开关频率的PWM控制要求电力电子器件有高的开关能力，目前大功率器件的容
许开关频率普遍偏低。
2）高开关频率的PWM控制带来器件高的开关损耗。
3）最小脉冲宽度的限制（死区）
4）高开关频率的PWM控制会给器件带来高的电压、电流应力。
5）电磁干扰问题也是制约PWM技术的一个因素。
5．在SPWM调制中何谓同步调制？何谓异步调制？为什么常采用分段同步调制的方法？
答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制，在异步调制方式种，通常保
持载波频率fc固定不变，因此当调制波频率fr变化时，载波比N是变化的。
载波比N等于常数，并在变频时使载波和调制信号保持同步的方式称为同步调制。
异步调制当调制信号频率较低时，一周期内的脉冲个数较多。而当调制信号频率增高时，
一周的脉冲个数减小，PWM波形不对称严重，输出波形质量较差。
同步调制当调制信号频率较低时，一周期内的脉冲个数现对较少，输出的低次谐波分量
较多。而当调制信号频率增高时，如一周内的脉冲个数不变，又会使逆变器的开关频率过高，
使器件难以承受。为此可以采用分段同步调制的方法来协调上述2种调制方式，达到取长补
短的功效。分段同步调制是把逆变器的输出频率划分为若干频率段，在每个频段里载波比一
定，不同频段采用不同的载波比。其主要优点是：在高频段采用较低的载波比，使器件的开
关频率不至于过高；而在低频段采用较高的载波比，在器件容许的范围内提高逆变器的输出
波形质量。
6．脉宽调制逆变器的基本控制方法有哪些？
答：1）正弦脉宽调制SPWM。
2）空间矢量脉宽调制SVPWM
3） PWM跟踪控制（滞环控制）
4）恒频滞环控制
什么是高压直流输电？和交流输电系统相比有何优缺点？ 直流输电工程按照直流联络线可分为几类？各有什么优缺点？ 简单介绍一下直流输电系统的主要结构，各个元件都有什么功能。 为什么目前在绝大多数直流输电工程普遍采用晶闸管阀？ 对于目前广泛使用的12脉波换流桥，其交流侧电流和直流母线主要有那些次数的谐波？如果是采用18脉波换流桥呢？ 高压直流输电的交流滤波器主要有哪几种？各有什么优缺点？ 在高压直流输电系统中，调节输送的直流电流和直流功率的主要手段是什么？ 分析一下在高压直流输电系统中，如果采用全控型器件（如IGBT）并利用PWM控制
技术的技术可行性。
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电力电子技术 简答题及答案
1o晶闸管导通和关断条件是什么？
当晶闸管上加有正向电压的同时，在门极施加适当的触发电压，晶闸管就正向导通；当晶闸管的阳极电流小于维持电流时，就关断，只要让晶闸管两端的阳极电压减小到零或让其反向，就可以让晶闸管关断。
2、有源逆变实现的条件是什么？
①直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；②要求晶闸管的控制角α>π/2，使Uβ为负值；③主回路中不能有二极管存在。
3、什么是逆变失败，造成逆变失败的原因有哪些？如何防止逆变失败?
答：1逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。2逆变失败的原因3防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角β等。
4、电压型逆变器与电流型逆变器各有什么样的特点？
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。
5、换流方式有哪几种？分别用于什么器件？
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。 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。
7、单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的，两者的区别？ 答：1单相全波可控整流电路中变压器是二次侧绕组带中心抽头，结构较复杂。绕组集体恶心对铜铁等材料的消耗比单相全控桥多2单相全波可控整流电路中只用两个晶闸管，比单相全控桥可控整流电路少两个，相应地，晶闸管的门机驱动也少两个。3单项全波整流电路中，导电回路只含一个晶闸管，比单相桥少一个，因而管压降也少一个
8、桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载。
答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 ~ 180?，
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电力电子技术-复习题(三)
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