《电力电子技术》 王兆安 第四版习题解答(5)

电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。

当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率fc会过高，使开关器件难以承受。 此外，同步调制方式比异步调制方式复杂一些。

分段同步调制是把逆变电路的输出频率划分为若干段，每个频段的载波比一定，不同频段采用不同的载波比。其优点主要是，在高频段采用较低的载波比，使载波频率不致过高，可限制在功率器件允许的范围内。而在低频段采用较高的载波比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。

６．什么是SPWM波形的规则化采样法？和自然采样法比规则采样法有什么优点？

答：规则采样法是一种在采用微机实现时实用的PWM波形生成方法。规则采样法是在自然采样法的基础上得出的。规则采样法的基本思路是：取三角波载波两个正峰值之间为一个采样周期。使每个PWM脉冲的中点和三角波一周期的中点（即负峰点）重合，在三角波的负峰时刻对正弦信号波采样而得到正弦波的值，用幅值与该正弦波值相等的一条水平直线近似代替正弦信号波，用该直线与三角波载波的交点代替正弦波与载波的交点，即可得出控制功率开关器件通断的时刻。

比起自然采样法，规则采样法的计算非常简单，计算量大大减少，而效果接近自然采样法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采样法难以在实时控制中在线计算，在工程中实际应用不多的缺点。 ７．单相和三相SPWM波形中，所含主要谐波的频率是多少？

答：单相SPWM波形中不含有低次谐波，所含主要谐波是角频率为ωc及其附近的谐波，以及2ωc 、3ωc等及其附近的谐波。上述谐波中，幅值最高影响最大的是教频率为ωc的谐波分量。

三相SPWM波形和单相SPWM波形相比较，共同点是都不含低次谐波，较显著的区别是没有载波角频率ωc整数倍的谐波，谐波中幅值较高的是ωc±2ωr和2ωc±ωr 。 ８．如何提高PWM逆变电路的直流电压利用率？

答：不用正弦波而是采用梯形波作为调制信号，可以有效地提高直流电压利用率。 ９．什么是电流跟踪型PWM变流电路？采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器有何特点？

答：电流跟踪型PWM变流电路就是对变流电路采用电流跟踪控制。也就是，不用信号波对载波进行调制，而是把希望输出的电流作为指令信号，把实际电流作为反馈信号，通过二者的瞬时值比较来决定逆变电路各功率器件的通断，使实际的输出跟踪电流的变化。

采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器的特点： ① 硬件电路简单：

② 属于实时控制方式，电流响应快；

③ 不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波分量：

④ 与计算法和调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多；

⑤ 采用闭环控制。

10．什么是PWM整流电路？它和相控整流电路的工作原理和性能有何不同？（无答案）

11．在PWM整流电路中，什么是间接电流控制？什么是直接电流控制？为什么后者目前应用较多？

答：为了试PWM整流电路在工作时功率因素近似为1，要求输入电流为正弦波且和电压同相位，可有多种控制方法。根据有没有引入电流反馈可以将这些控制方法分为两种：

① 没有引入交流电流反馈的称为：间接电流控制。这种控制方法在信号运算中要用到电路参数，但这种电路参数的运算值和实际值有误差时，必然会影响到控制效果，同时该控制方法是基于系统的静态模型设计的，其动态特性较差。因此，间接电流控制的系统应用较少。

② 引入交流电流反馈的称为：直接电流控制。在这种控制方法中，通过运算求出交流输入的电流指令值，再引入交流电流反馈，通过对交流电流的直接控制而使其跟踪指令电流值。采用滞环电流比较的直接电流控制系统结构简单，电流响应速度快，控制运算中未使用电路参数，系统鲁棒性好，因而获得较多的应用。

第七章 软开关技术

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的体积和重量？为什么提 高开关频率可以减小变压器的体积和重量？

答：高频化可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效的降低装置的体积和重量。使装置小型化、轻量化是高频化的意义所在。提高开关频率，周期变短，可使滤除开关频率中谐波的电感和电容的参数变小，从而减轻了滤波器的体积和重量；对于变压器来说，当输入电压为正弦波时，U＝4.442f2N2B2S，当频率f提高时，可减小N，S参数值，从而减小了变压器的体积和重量。

２．软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样子的？各有什么特点？

答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路。 准谐振电路：准谐振电路中电压或电流的波形为正弦波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式。

零电压开关准谐振电路的基本开关单元 零电流开关准谐振电路的基本开关单元

零开关PWM电路：这类电路中引入辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过程前后，此电路的电压和电流基本上是方波，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的PWM控制方式。

零电压开关PWM电路的基本开关单元 零电流开关PWM电路的基本开关单元

零转换PWM电路：这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功功率的交换被消减到最小。

３．4无答案

零电压转换PWM电路的基本开关单元 零电流转换PWM电路的基本开关单元

第八章 组合变流电路

１．什么是组合交流电路？

答：组合变流电路是将某几种基本的交流电路（如：AC／DC、DC／DC、AC／AC、DC／DC）组合起来，以实现一定新功能的交流电路。

２．试阐明图8－1间接交流变流电路的工作原理，并说明该电路有何局限性。

答：间接交流变流电路是先将交流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流电，图8-l所示的是不能再生反馈电力的电压型间接交流变流电路。该电路中整流部分采用的是不可控整流，它和电容器之间的直流电压和直流电流极性不变，只能由电源向直流电路输送功率，而不能由直流电路向电源反馈电力，这是它的一个局限。图中逆变电路的能量是可以双向流动的，若负载能量反馈到中间直流电路，将导致电容电压升高，称其为泵升电压。由于该能量无法反馈回交流电源，故电容只能承担少量的反馈电能。若泵升电压过高会危及整个电路的安全。 ３．试分析图8-2间接交流变流电路的工作原理，并说明其局限性。

答：见教材179页下部 ～ 180页上部。

４．试说明图8-3间接交流变流电路是如何实现负载能量回馈的。答：见教材180页上中部。 ５．何为双PWM电路？其优点是什么？ 答：见教材180页中部。 ６．什么是变频调速系统的恒压频比控制？

答：改变异步电机定子电源的频率，可以进行电动机的调速，即使进行宽范围的调速运行，也能获得足够的转距。为不使电动机因频率变化导致磁饱和和造成励磁电流增大，引起功率因素和效率的降低，需对变频器的电压和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定，即恒压频比控制，以维持气隙磁通为额定值。 ７．何为UPS？试说明图8-11所示UPS系统的工作原理。

答：UPS是指当交流输入电源（习惯上称为市电）发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受供电的装置。

图8－11是用柴油发电机作为后备电源的UPS，可保证长时间不间断供电。其原理为：一旦市电停电，则在蓄电池投入工作后，即起动柴油发电机，由油机代替市电向整流器供电，市电恢复正常后，再重新由市电供电。蓄电池只需作为市电和油机之间的过渡。 ８．９．10．11．无答案

12．一台输出电压为5V、输出电流为20A的开关电源：

（1）如果用全桥整流电路，并采用快恢复二极管，其整流电路中二极管的总损耗试多少？

（2）如果采用全波整流电路，采用快恢复二极管、肖特基二极管，整流电路总中二极管的总损耗是多少？如果采用同步整流电路，整流元件的总损耗是多少？

注：在计算中忽略开关损耗，典型元件参数见下表。

元件类型 快恢复二极管 肖特基二极管 MOSFET 型 号 25CPF10 3530CPQ035 IRFP048 电压／V 100 30 60 电流／A 25 30 70 通态降压（通态电阻） 0.98V 0.64V 0.018Ω

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