第六章无源逆变电路

第六章 无源逆变电路

习题与思考题解

6-1.无源逆变电路和有源逆变电路的区别有哪些?

解：无源逆变电路就是将直流电能转换为某一固定频率或可变频率的交流电能，并且直接供给负载使用的逆变电路。

有源逆变电路就是将直流电能转换为交流电能后，又馈送回交流电网的逆变电路。这里的“源”即指交流电网，或称交流电源。

6-2.什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路?各有什么特点?

解：根据逆变器直流侧电源性质的不同可分为两种，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器。

电压型逆变器，其中间直流环节以电容贮能，具有稳定直流侧电压的作用。直流侧电压无脉动、交流侧电压为矩形波，多台逆变器可以共享一套直流电源并联运行。由于PWM（脉宽调制）技术的出现和发展，使得电压和频率的调节均可在逆变过程中由同一逆变电路完成，应用更为普遍。

电流型逆变器，中间直流环节以电感贮能，具有稳定直流侧电流的作用。它具有直流侧电流无脉动、交流侧电流为矩形波和便于能量回馈等特点。一般用于较大功率的调速系统中，如大功率风机、水泵等。

6-3.试说明电压型逆变电路中续流二极管的作用。

解：对于电感性负载，由于电感的储能作用，当逆变电路中的开关管关断时，负载电流不能立即改变方向，电流将保持原来的流向，必须通过与开关管反向并联的大功率二极管进行续流，来释放电感中储存的能量，这就是电压型逆变电路中续流二极管的作用。

若电路中无续流二极管，开关管关断时，由于电感中的电流将产生很大电流变化率，从而在电路中引起很高的过电压，对电路的器件或绝缘产生危害。

6-4试述180O导电型电压型逆变电路的换流顺序及每60O区间导通管号。 解：参阅教材P101中的图6-4（g）。

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180导电型电压型逆变电路，每个开关管在每个周期中导通180，关断时间也是180，换流（换相）是在同一个桥臂的上、下两个开关管之间进行，亦称纵向换相。换流顺序为每一次在同一桥臂上的V11和V14，V13和V16，V15和V12，每对管各自间隔180换相一次。

其驱动信号的施加顺序即为开关管的导通顺序，为V15、V16、V11→V16、V11、V12→V11、V12、V13→V12、V13、V14→V13、V14、V15→V14、V15、V16→V15、V16、V11。其规律是60区间有上述三个连续号码的开关管导通，每隔60驱动关断一个开关管，同时驱动导通下一号开关管。

6-5.脉冲宽度调制的原理是什么？正弦脉宽调制信号是怎样产生的？什么是调制比？什么是载波比？

解：脉冲宽度调制（PWM）技术原理是依据当在一个惯性环节的输入端，施加面积相同，但形状不同的脉冲信号时，该环节的输出响应中，低频段特性非常接近，仅在高频段略有差异，而且输入信号的脉冲越窄，输出响应的差别越小。

正弦脉冲宽度调制（SPWM）信号波形，通常是用等腰三角形波作为载波，用正弦波作为调制波，在两个波形的交点处控制主电路开关器件的开通、关断，就可在主电路输出端产生与正弦波输出响应相似的波形。

（1）调制比M＝Urm／Ucm

其中，Urm为正弦调制波电压的幅值， Ucm为三角形载波电压的幅值。 （2）载波比(频率比) K=fc/fr

其中，fr为正弦调制波的频率,fc为三角波的频率。

6-6.正弦脉冲宽度调制控制方式中的单极性调制和双极性调制有何不同？

解：单极性调制时，调制波为正弦波电压，载波在正半周时为正向三角波，负半周时为负向三角波。主电路输出电压正半周为正向SPWM波形，负半周为负向SPWM波形，其瞬时有+Ud、0V、-Ud三种。参阅教材P107中的图6-8。

双极性调制时，调制波为正弦波电压，载波为正负三角波。主电路输出电压为正负SPWM波形，其瞬时只有+Ud、-Ud两种。参阅教材P108中的图6-9。

6-7.写出电流型三相桥式逆变电路的换流顺序。

解：电流型三相桥式逆变电路参阅教材P104中的图6-5。

O

O

O

O O O

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120导通型方式在任一时刻都有不同相的上桥臂和下桥臂各一只IGBT导通，换相是在上桥臂或下桥臂间进行，换流顺序为V36→V32、V31→ V33、V32→ V34、V33→V35、V34→V36、V35→V31 、V36→V32,每隔60产生一次换流。

按上述换流顺序，IGBT的导通顺序为V36、V31→ V31、V32→ V32、V33→V33、V34→V34、V35→V35、V36→V36、V31。每个周期中，每个管的导通角各依次为120。

6-8.三相电压型桥式逆变电路，180O导电方式，Ud=150V，求输出电压的基波幅值UAN1m和有效值UAN1，输出线电压的基波幅值UAB1m和有效值UAB1。

解：输出电压的基波幅值UAN1m为 UAN1m 输出电压的有效值UAN1为： UAN1O

O

O

2Ud0.637Ud0.63715095.55 (V)

UAO1m22Ud0.45Ud67.5(V)

输出线电压的基波幅值UAB1m为 UAB1m3UAN1m23Ud6Ud1.1Ud=165(V)

输出线电压的基波有效值UAB1为

UAB1

6-9.单相电压型逆变电路中，电阻性负载和电感性负载对输出电压、电流有何影响？电路 结构有哪些变化？

解：电阻性负载时，输出电压和输出电流同相位，波形相似，均为正负矩形波。

电感性负载时，输出电压为正负矩形波，输出电流近似为正弦波，相位滞后于输出电压，滞后的角度取决于负载中电感的大小。

在电路结构上，电感性负载电路，每个开关管必须反向并联续流二级管。

6-10.正弦脉宽调制中，调制信号和载波信号常用什么波形？

解：正弦脉冲宽度调制中，调制信号常用正弦波，载波信号常用三角波。

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3UAN10.78Ud=117(V)

第六章 共4页 电力电子变流技术习题与思考题解 第4页

6-11.单相桥式逆变电路中，直流侧电压、电流波形在电阻性负载和电感性负载时有什么特点？

解：电阻性负载时，直流侧电压、电流波形均为恒定直流。

电感性负载时，直流侧电压波形均为恒定直流。电流波形参阅教材P99中的图6-3（h），在IGBT导通期间，直流侧的电流id由电源流向负载，方向为正。在IGBT的关断期间，即续流二极管的续流期间，直流侧的电流id由负载流向电源，方向为负，因为续流是传递无功能量的表现。

6-12.．SPWM调制方式是怎样实现变压功能的？又是怎样实现变频功能的？

解：改变调制比M可以改变输出电压uO基波的幅值，所以，SPWM调制是通过改变调制波

ur的幅值实现变压功能的。

改变正弦调制波的频率时，可以改变输出电压u0的基波频率，所以，SPWM调制是通过改变调制波ur的频率实现变频功能的。

6-13.．逆变电路多重化的目的是什么，如何实现？有何优点？

解：逆变电路多重化的目的是为了抑制和削减逆变器输出的谐波成份，以避免对负载以至电网产生较大的影响。

多重化控制就是以多个逆变电路在输出端叠加，各个逆变器用相同的频率不同的相位工作，使输出的多个不同相位的矩形波组合叠加起来，达到减少输出谐波的目的。

通过多重化结构，可以使输出u0中有选择的消除某些次谐波，增多多重化结构中的逆变器组数，可以消除更多的谐波，同时，还可以增大逆变器的输出功率。

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