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

UAN1m2输出线电压的基波幅值：UAB1m?23?6Ud?1.1Ud?1.1?110?110V

输出线电压的基波有效值：UAB1??Ud?0.78Ud?0.78?100?78V

输出线电压的5次谐波有效值：UAB5?UAB178??15.6V 55

四、 补充习题

1．为什么负载换向逆变器的负载阻抗必须呈容性而由全控器件构成的谐振式逆变器无此要求？

答：阻抗呈容性时，负载电流超前于负载电压，这样才能利用负载的电压给原先导通的晶闸管提供反向的关断电压以实现换流；而由全控器件构成的谐振式逆变器采用的是器件换流，对阻抗的性质没有要求。

2．无源逆变电路的负载性质对逆变电路的工作方式有何影响？

答：根据负载性质及参数的不同，逆变电路中功率器件的换流方式不同。一般逆变电路负载

为RLC的二阶电路，根据参数的不同，电路呈现为振荡和二阶惯性。设负载电路阻尼

12系数??R/2L，谐振频率?0?，当?2??0时，负载为欠阻尼振荡，逆变电路可

LC采用负载换相，但为保证可靠换流，其负载必须为容性。

2 当?2??0时，负载为临界阻尼或过阻尼，表现为二阶惯性，逆变电路必须采用强

迫换流或硬开关方式。 需要说明的是，只有负载换流逆变电路可使用晶闸管，其它形式的逆变电路均采用

全控型开关器件。

3．比较负载换流、硬开关和谐振式逆变器的特性，哪一种最有利于提高开关器件的工作频率？

答：负载换流逆变器中开关器件的工作频率就是逆变电路的输出频率，受到负载的限制，因此不可能设计得很高。

硬开关换流型逆变器中，开关器件的工作频率可根据要求尽可能地设计得高些，但是随着工作频率的升高，开关损耗也随之增加，降低装置的工作效率，因而也受到限制。

谐振式逆变器利用全控开关器件关断可控的性能，在流过开关器件的电流或施加于开关两端电压振荡过零时进行换流，从理论上说，器件无开关损耗，因而有利于提高器件的工作频率。

4．为了改善电压型逆变器的输出电压波形可采用哪些方法？

答：为了改善电压型逆变器的输出电压波形可采用的方法有：

1）采用AC滤波器。利用LC的组合除去特定频率的谐波。但此方法不适用于可变频率的场合。

2）采用逆变电路的多重化。将矩形波的单位逆变器输出电压以某一相位差合成，用以消除低次谐波。

3）采用PWM控制。控制逆变器的导通角以改善输出电压的波形。

第五章 PWM控制技术

一、本章主要内容及重点与难点

【主要内容】

本章主要讨论PWM控制技术的基本原理与实现方法，主要应掌握以下内容： 1. 什么是PWM控制技术？如何获得等效的PWM波形？ 2. SPWM逆变电路的控制方法； 3. PWM逆变电路的的谐波分析；

4. PWM跟踪控制与空间矢量PWM控制的基本原理； 5. 多电平逆变电路的PWM控制及其优越性。 【重点与难点】

PWM控制技术在无源逆变电路中应用广泛，本章重点在于掌握PWM控制的基本原理及SPWM逆变电路的控制方法。

本章难点在于SPWM逆变电路的控制方法。

二、典型习题解析

例5-1 在SPWM控制中，采用（ ）波作为载波，（ ）波作为调制信号。

A 矩形波 三角波 B 矩形波 正弦波 C 三角波 正弦波 D 正弦波 三角波 【答案】C

【解析】本题主要考察如何采用调制法实现SPWM控制。SPWM控制是用一系列宽度按正弦规律变化的窄脉冲等效正弦波的控制方法，因此调制信号波为正弦波。而我们一般采用的载波（接受调制的信号）为三角波或锯齿波。

例5-2 改变载波频率可改变PWM逆变器的（ ）。

A 开关频率 B 输出信号波频率 C 调制信号波频率 D 一个周期内的PWM脉冲数 【答案】A、D

【解析】本题主要考察载波频率变化对PWM逆变电路的影响。采用调制法实现PWM控制是在载波和调制信号的交点处采样以控制器件的通断，载波频率的改变会引起采样交点的变化，进而引起器件开关次数的变化以及电路开关频率的变化，PWM脉冲在一个周期内的脉冲数也会随之变化。输出信号波的频率变化取决于调制信号，而不是载波信号。

例5-3若要增大SPWM逆变器的输出电压基波幅值，可采用的控制方法是（ ）。

A．增大三角波幅度 C．增大三角波频率

B．增大正弦调制波幅度 D．增大正弦调制波频率（ ）。 【答案】B 【解析】本题主要考察对调制度这一概念的理解。调制度定义为调制信号波幅值与载波幅值之比，在理想情况下，调制度可在0~1之间变化，以调节逆变器输出电压的大小，因此要增大SPWM逆变器的输出电压基波幅值，只能增大正弦调制波的幅值。

例5-4为克服同步调制方法的缺点，通常采用分段同步调制的方法，在输出频率高的频段一般采用（ ）的载波比，在输出频率较低的频段采用（ ）的载波比。

A．较高、较低 B．较低、较高 C．较高、不变 D. 较低、不变 【答案】B