(2)

?min????4处，输出电压最大，电流也最大，故最大有效值为：

I0?UR?XL22?2200.5?0.522?311A

6.7试述单相交-交变频电路的工作原理。

答：其电路有两组整流圈，一组为正组整流器，另一组为反组整流器，其正组和反组整流器以交替地以低于电源的频率切换正反组整流器的工作状态，当正组工作，反组封锁时，负载输出电压为上正下负，如果负组工作，正组封锁，则为上负下正，如果控制角的大小不变，则输出电压波形为矩形波，如果让控制角按90°～0°逐渐减小，然后再从0°～90°逐渐增大。那么正组整流电流的输出电压的平均值按正弦规律变化，从零增大到最大，然后从最大减小到零，反组用上述同样的控制方法，就可以得到接近正弦波的输出电压。

6.8交-交变频电路的输出频率有何限制？

答：交－交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含的谐波分量就要增加。这种输出电压波形的畸变是限制输出频率提高的主要因素之一。一般认为，交流电路采用6脉波的三相桥式电路时，最高输出频率不高于电网频率的1/3～1/2。电网频率为50HZ，交－交变频电路的输出上限频率约为20Hz。

6.9三相交-交变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？

答：第一种：公共交流母线方法。它由三组彼此独立的，输出电压相位相互错开120 的单相交-交变频电路组成，他们的电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。因为电源进线端公用，所以三相单相变频电路的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开，同时引出六根线。

第二种：输出星形连接方式。由三组彼此独立的，输出电位相互错开120的单相交—交变频电路组成，共电源进线通过线电抗器接在公共的交流母线上。三相交－交变频电路的输出端星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结，电动机中点和变频器中点接在一起，电动机只引三根线即可。因为三组单相变频器连接在一起，其电源进线就必须隔离，所以三组单相变频器分别用三个变压器供电。

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；

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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，U?4.44fNBS，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

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路（ZCS QRC）。这类变换电路中谐振元件只参与能量变换的某一阶段而不是全过程，且只能改善变换电路中一个开关元件（如开关管T或二极管D）的开关特性，电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为准谐振。准谐振变换电路中谐振周期随输入电压、负载变化而改变，只能采用脉冲频率调制(PFM)调控输出电压和输出功率。全谐振变换电路（MRC）可以同时改善多个开关器件（开关管T和二极管D）的开关特性。

7.7以Buck DC/DC变换器为例，说明零电流关断准谐振变换器ZCS QRC的工作原理。 答：见教材“7.2.1 准谐振变换电路”

7.8以Buck DC/DC变换器为例，说明零电压开通准谐振变换器ZVS QRC的工作原理。 答：见教材“7.2.1 准谐振变换电路”

7.9准谐振型变换器为什么只适宜于变频方式下工作而不宜在恒频PWM方式下工作？与恒频PWM变换器相比较，在变频下工作的变换器有哪些缺点？

答：对于零电压开通准谐振变换器ZVS QRC，在一个开关周期Ts中，仅在t2~t4期间电源不输出能量，而这段时间段的长短与 Cr、Lr的谐振周期有关。当Cr、Lr的值一定时，降低开关频率fs（即增大Ts）将使输出电压、输出功率增大。因此，零电压开通准谐振变换电路只适宜于改变变换电路的开关频率fs来调控输出电压和输出功率。

对于零电流关断准谐振变换器ZCS QRC，因为在一个开关周期Ts中，仅在0~t2期间电源输出功率，t2~t3期间Cr向电源回馈能量。而当Cr、Lr的值一定时谐振周期Tr?1fr是不变的，变

换电路的开关频率fs越高，Ts就越小，T的相对导通时间（电源输出功率的时间）

t2Ts增长，将

使输出电压、输出功率增大，需要改变开关频率来调控输出电压和输出功率。因此适宜于变频方式工作。

恒频PWM变换器当输人电压和负载在一个很大的范围内变化时．又可像常规PWM那样通过恒频PWM调节其输出电压，从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件，克服了QRC变换电路中变频控制带来的诸多问题。

在 QRC电路中，一旦电路参数固定后，电路的谐振过程也就确定下来了，这使得电路唯一可以控制的量是谐振过程完成后到下一次开关周期开始前的一段间隔，这实际上使得电路只能通过改变开关周期来改变输出电压，即采用调频方式。这就给系统功率变换的高频变压器、滤波器等参数设计带来了巨大的困难，使ZCS QRC和ZVS QRC的应用受到限制。

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7.10试说明在零电压多谐振开关电路中，为什么二极管为零时刻比电容上电压为零时刻提前？ 答：见教材“7.2.1 准谐振变换电路” 7.11软开关 PWM的含义是什么？

答：恒频PWM变换器当输人电压和负载在一个很大的范围内变化时．又可像常规PWM那样通过恒频PWM调节其输出电压，从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件。

7.12试比较ZCS PWM与 ZCT PWM这两种变换方式的优缺点。

答：ZCT PWM电路主开关管在零电流下关断，降低了类似IGBT这种具有很大电流拖尾的大功率电力电子器件的关断损耗，并且没有明显增加主功率开关管及二极管的电压、电流应力。同时，谐振网络可以自适应地根据输入电压与负载的变化调整自己的环流能力。更重要的是它的软开关条件与输入、输出无关，这就意味着它可在很宽的输入电压和输出负载变化范围内有效地实现软开关操作过程，并且用于保证ZVS条件所需的环流能量也不大。ZCT PWM电路变换器的开通是典型的硬开关方式，

ZCS—PWM变换电路的输入电压和负载在一个很大范围内变化时，可像常规的PWM变换电路那样通过恒定频率PWM控制调节输出电压，且主开关管电压应力小。其主要特点与ZCS QRS电路是一样的，即主开关管电流应力大，续流二极管电压应力大。由于谐振电感仍保持在主功率能量的传递通路上．因此，实现 ZCS的条件与电网电压、负载变化有很大的关系，这就制约了它在这些场合的作用。可以像QRC电路一样通过谐振为主功率开关管创造零电压或零电流开关条件，又可以使电路像常规PWM电路一样，通过恒频占空比调制来调节输出电压。

7.13试比较ZVS PWM与ZVT PWM这两种变换方式的优缺点。

答：ZVS PWM变换电路既有主开关零电压导通的优点，同时，当输入电压和负载在一个很大的范围内变化时．又可像常规PWM那样通过恒频PWM调节其输出电压，从而给电路中变压器、电感器和滤波器的最优化设计创造了良好的条件，克服了QRC变换电路中变频控制带来的诸多问题。但其主要缺点是保持了原QRC变换电路中固有的电压应力较大且与负载变化有关的缺陷。另外，谐振电感串联在主电路中，因此主开关管的ZVS条件与电源电压及负载有关。

ZVT PWM电路主功率管在零电压下完成导通和关断，有效地消除了主功率二极管的反向恢复特性的影响，同时又不过多的增加主功率开关管与主功率二极管的电压和电流应力ZVT PWM变换器中的辅助开关是在高电压、大电流下关断，这就使辅助开关的开关损耗增加，从而影响整个电路的效率。然而，无论是ZCT PWM还是ZVT PWM的缺点都可以通过电路拓扑结构的改进来加以克服。

7.14零电流关断PWM变换器与零电流关断准谐振变换器ZCS QRC在电路结构上有什么区

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