安徽工业大学电力电子试题及答案 (2)

3、晶闸管对触发脉冲的要求是 、 和 。 4、多个晶闸管相并联时必须考虑 的问题，解决的方法是 。 5、在电流型逆变器中，输出电压波形为 波，输出电流波形为 波。 7、由晶闸管构成的逆变器换流方式有 换流和 换流。

8、按逆变后能量馈送去向不同来分类，电力电子元件构成的逆变器可分为 逆变器与 逆变器两大类。 9状态，软开关电路种类很多，但归纳起来可分为 与 两大类。 10、直流斩波电路在改变负载的直流电压时，常用的控制方式有 三种。 11、通常变流电路实现换流的方式有 四种。

12、普通晶闸管的图形符号是 ，三个电极分别是 ， 和 晶闸管的导通条件是关断条件是 13、要使三相全控桥式整流电路正常工作，对晶闸管触发方法有两种，一是用 触发；二是用 触发 14、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于 电流之前，如去掉 脉冲，晶闸管又会关断。 1、单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差（ ）

A、180°， B、60°， c、360°， D、120°

2、可实现有源逆变的电路为（ ）。

A、三相半波可控整流电路， B、三相半控桥整流桥电路， C、单相全控桥接续流二极管电路， D、单相半控桥整流电路。

3、下面哪种功能不属于变流的功能（ ）

A、有源逆变 B、交流调压 C、变压器降压 D、直流斩波 4、三相半波可控整流电路的自然换相点是( )

A、交流相电压的过零点；

B、本相相电压与相邻相电压正、负半周的交点处； C、比三相不控整流电路的自然换相点超前30°； D、比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°。 5、可实现有源逆变的电路为 。

A、单相全控桥可控整流电路 B、三相半控桥可控整流电路 C、单相全控桥接续流二极管电路 D、单相半控桥整流电路 三：简答题（每题6分共24分）

1、

晶闸管两端并联R、C吸收回路的主要作用有哪些？其中电阻R的作用是什么？

2实现有源逆变必须满足哪两个必不可少的条件？ 3晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？

4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？ 五、计算题（25分）

1、在图示升压斩波电路中，已知E=50V，负载电阻R=20Ω，L值和C值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40µs，ton=25µs时，计算输出电压平均值U0，输出电流平均值I0。（10分） 填空1、MOSFET、GT、GTR、IGBT、MOSFET、GTR 2、增加、下降 、下降、增加

3、要有足够的驱动功率、触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步、触发脉冲前沿要陡幅值要高 4、均流 串专用均流电抗器。 5、正弦波、方 6、双向晶闸管、800V、100A

7负载、强迫 8、有源、无源 9、零电流开关、零电压开关

10、等频调宽控制；等宽调频控制；脉宽与频率同时控制 11、器件换流，电网换流，负载换流，强迫换流 12、阳极A、阴极K 、门极G、、当晶闸管阳极电流小于维持电流IH时，导通的晶闸管关断 、阳极加正电压，阴极接负电压，门极接正向电压形成了足够门极电流时晶闸管导通；

13、脉冲前沿相差60º的双窄脉冲 、大于60º小于120º的宽脉冲， 14、掣住、触发脉冲 二、选择题 1：A 2：A 3：C 4：B 5：A 三：简答题

1：R、C回路的作用是：吸收晶闸管瞬间过电压，电流上升率，动态均压作用。R的作用为：使L、C形成阻尼振荡，不会产生振荡过电压，减小晶闸管的开通电流上升率，降低开通损耗。

2：直流侧必需外接与直流电流Id同方向的直流电源E，其数值要稍大于逆变器输出平均电压Ud，才能提

供逆变能量。

逆变器必需工作在β<90º（α>90º）区域，使Ud< 0,才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。 3：A:触发信号应有足够的功率。

B触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。

C：触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。

4：电压型逆变器当交流侧为阻感性负载时，需要向电源反馈无功功率。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，逆变桥各臂开关器件都反并联了反馈二极管。 而对电流型逆变器来说，当交流侧为阻感负载时，也需要提供无功能量反馈，但直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因反馈无功能量时，直流电流并不反向，因此不必象电压型逆变器那样要给开关器件反并联二极管。

四、计算题 1、 U0=133.3V；I0=6.67A； 二

2．画出单结晶体管的电路符号及伏安特性；说明单结晶体管的导通条件和截止条件。

导通条件：ue＞Up ，ie＞Ip （2分） 截止条件：ue＜Uv ，ie＜Iv （2分） 三

1、实现有源逆变的条件为 和 。

2、 在由两组反并联变流装置组成的直流电机的四象限运行系统中，两组变流装置分别工作在正组 状态、 状态、反组 状态、 状态。

3、 在有环流反并联可逆系统中，环流指的是只流经 而不流经 的电流。为了减小环流，一般采用α β状态。

4、有源逆变指的是把 能量转变成 能量后送给 装置。

5、给晶闸管阳极加上一定的 电压；在门极加上 电压，并形成足够的 电流，晶闸管才能导通。 6、当负载为大电感负载，如不加续流二极管时，在电路中出现触发脉冲丢失时 与 电路会出现失控现象。 7、三相半波可控整流电路，输出到负载的平均电压波形脉动频率为 HZ；而三相全控桥整流电路，输出到负载的平均电压波形脉动频率为 HZ；这说明 电路的纹波系数比 电路要小。 8、造成逆变失败的原因有 、 、 、 等几种。

9、 提高可控整流电路的功率因数的措施有 、 、 、 等四种。

10、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于 电流之前，如去掉 脉冲，晶闸管又会关断。 三、选择题（10分）

1、在单相全控桥整流电路中，两对晶闸管的触发脉冲，应依次相差 度。 A 、180度； B、60度； C、360度； D、120度；

2、α= 度时，三相半波可控整流电路，在电阻性负载时，输出电压波形处于连续和断续的临界状态。 A、0度； B、60度； C 、30度； D、120度；

3、通常在晶闸管触发电路中，若改变 的大小时，输出脉冲相位产生移动，达到移相控制的目的。 A、同步电压； B、控制电压； C、脉冲变压器变比； 4、可实现有源逆变的电路为 。

A、单相全控桥可控整流电路 B、三相半控桥可控整流电路 C、单相全控桥接续流二极管电路 D、单相半控桥整流电路

5、由晶闸管构成的可逆调速系统中，逆变角βmin选 时系统工作才可靠。 A、300~350 B、100~150 C、00~100 D、00

四、问答题（每题9分，18分） 1、什么是逆变失败？形成的原因是什么？ 2、为使晶闸管变流装置正常工作，触发电路必须满足什么要求？ 一、 填空题

1、 要有一个直流逆变电源，它的极性方向与晶闸管的导通方向一致，其幅极应稍大于逆变桥直流侧输出的平均电压；逆变桥必须工作在β<90º（即α>90º）区间，使输出电压极性与整流时相反，才能把直流能量逆变成交流能量反送到交流电网。 2、 整流，逆变，整流，逆变， 3、 变流桥，不流经负载，α>β， 4、 直流，交流，电网的， 5、 正向，正向门极，门极触发，

6、 单相桥式半控整流桥，三相桥式半控整流桥，

7、 150，300，三相桥式全控整流桥，三相半波可控流电路，

8、 逆变桥晶闸管或元件损坏，供电电源缺相，逆变角太小，触发脉冲丢失或未按时到达， 9、 小控制角运行，增加电源相数，多组变流装置串联运行并进行控制，增加电容补偿装置， 10、 掣住，触发脉冲，

三、 选择题：1、 A；2、C；3、B；4、A；5A；

四、 问答题：1、逆变失败指的是：逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件末关断，该导通的器件末导通。从而使逆变桥进入整流状态，造成两电源顺向联接，形成短路。逆变失败后果是严重的，会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流，损坏开关器件。产生逆变失败的原因：一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等。

2、 A、触发电路必须有足够的输出功率； A、 触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步；

B、 触发脉冲要有一定的宽度，且脉冲前沿要陡； C、 触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求； 四 一． 选择题（单选，共10分）

1．关于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，下面说法错误的是( )

A．IGBT相比MOSFET，其通态电阻较大，因而导通损耗也较大 B．IGBT是由MOSFET和GTR复合而制成的

C．IGBT工作在开关状态时，是在正向阻断区和饱和区之间转换 D．开关频率介于GTR和MOSFET之间

2．三相半波可控整流电路，在电阻性负载时，其移相范围是( )

A．90° B．120° C．150° D．180°

3．单相桥式全控整流电路中，由于变压器漏感造成的换流压降为( )

A．C．

2XBId B．XBId

13XBId D．XBId 24．下列电路中，不可以实现有源逆变的是( )

A．单相双半波可控整流电路 B．单相桥式半控整流电路 C．单相桥式全控整流电路 D．三相桥式全控整流电路 A．三相半波 B．单相双半波 C．三相桥式 D．十二相整流 A．直流侧接大电感 B．交流侧电流接正弦波 C．直流侧电压无脉动 D．直流侧电流有脉动

5．下列可控整流电路中，输出电压谐波含量最少的是( ) 6．电压型逆变电路的特点不包含( )

7．斩波电路实现调压的方法是 ( )

A．改变开关频率 B．改变开关周期 C．改变占空比 D．改变负载电流

8．三相桥式全控整流电路，阻感负载，采用同步信号为锯齿波的触发电路，同步信号正弦波落后于加于晶闸管的相电压( )

A．90º B．120º C．180º D．240º

9．交－交变频电路的最高工作频率为（ ）

A.电源频率的2倍到3倍 B. 电源频率的

11倍到倍

32C.和电源频率相同 D.电源频率的整数倍 10．SPWM的电路基波是 ( )

A．正弦波 B．三角波 C．锯齿波 D．方波

一． 选择题

1. A 2. C 6. A 7. C

3. A 4. B 8. C 9. B 10. A

5. D

五

1. 目前常用的具有自关断能力的电力电子元件有 电力晶体管 、 可关断晶闸管 、 功率场效应晶体

管 、绝缘栅双极型晶体管 几种。简述晶闸管的正向伏安特性？ 答: 晶闸管的伏安特性 正向特性

当IG=0时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。 如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通 。 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低，晶闸管本身的压降很小，在1V左右。

如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态，

IH称为维持电流。

2. 使晶闸管导通的条件是什么? 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门

极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。

在如下器件：电力二极管（Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于半控型器件的是 。 3. 晶闸管的擎住电流IL

答：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的最小电流。

4 晶闸管通态平均电流 IT(AV) 答：晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。

4. 晶闸管的控制角α（移相角）

答：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。

5. 常用电力电子器件有哪些？

答：不可控器件：电力二极管。 半控型器件：晶闸管。 全控型器件：绝缘栅双极晶体管IGBT，电力场效应晶体管（电力MOSFET），门极可关断晶闸管（GTO），电力晶体管。 6. 电力电子器件有几种工作状态?（电力电子器件有哪四种工作状态?） 答：四种，即开通、截止、反向击穿、正向击穿。

7. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？

答：维持晶闸管导通的条件是晶闸管的电流大于使晶闸管维持导通所必需的最小电流。 晶闸管由导通变为关断：去掉正向电压，施加反压，使晶闸管的电流低于维持电流。 8 简述晶闸管的正常工作时的特性。

答: 当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通 。 当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通 。

晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通 。 若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。

8. 对同一只晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IH IL。

9. 请在空格内标出下面元件的简称：电力晶体管 GTR ；可关断晶闸管GTO ；功率场

效应晶体管 MOSFET ；绝缘栅双极型晶体管 IGBT ；IGBT和 GTR 的复合管。 10. 晶闸管触发电路的要求？

答：晶闸管触发电路应满足下列要求：

1） 触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通（结合擎住电流的概念）。 2） 触发脉冲应有足够的幅度。

3） 不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。 4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。

16．按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为单极型 、 双极型 、复合型 三类。 17. 电力二极管的主要类型？

答：电力二极管的主要类型有 普通 、快恢复 、 肖特基 。

18. 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电流驱动和 电压驱动 两类。

六

3-19．三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？

是 MOSFET

变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？

答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k（k＝1、2、3……）次的谐波，其中幅值最大的是6次谐波。变压器二次侧电流中含有6k1(k=1、2、3……)次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。 3-23．带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同？ 答：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有以下异同点：

①三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要用平衡电抗器；

②当变压器二次电压有效值U2相等时，双反星形电路的整流电压平均值Ud是三相桥式电路的1/2，而整流电流平均值Id是三相桥式电路的2倍。

③在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压ud和整流电流id的波形形状一样。

3-25．12脉波、24脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐波？答：12脉波电路整流电路的交流输入电流中含有11次、13次、23次、25次等即12k1、（k=1，2，3···）次谐波，整流输出电压中含有12、24等即12k（k=1，2，3···）次谐波。

24脉波整流电路的交流输入电流中含有23次、25次、47次、49次等，即24k1（k=1，2，3···）次谐波，整流输出电压中含有24、48等即24k（k=1，2，3···）次谐波。

3-26．使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？

答：条件有二：①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Ud为负值。 5-10．多相多重斩波电路有何优点?

答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路，使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。 此外，多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高。

7-1试说明PWM控制的基本原理。

答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

在采样控制理论中有一条重要的结论：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。效果基本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控制为例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。 7-8如何提高PWM逆变电路的直流电压利用率？

答：采用梯形波控制方式，即用梯形波作为调制信号，可以有效地提高直流电压的利用率。

对于三相PWM逆变电路，还可以采用线电压控制方式，即在相电压调制信号中叠加3的倍数次谐波及直流分量等，同样可以有效地提高直流电压利用率。 7-9．什么是电流跟踪型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。

7-10．什么是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？

答：PWM 整流电路就是采用PWM控制的整流电路，通过对PWM整流电路的适当控制，可以使其输入电流十分接近正弦波且和输入电压同相位，功率因数接近1。

相控整流电路是对晶闸管的开通起始角进行控制，属于相控方式。其交流输入电流中含有较大的谐波分量，且交流输入电流相位滞后于电压，总的功率因数低。

PWM整流电路采用SPWM控制技术，为斩控方式。其基本工作方式为整流，此时输入电流可以和电压同相位，功率因数近似为1。

PWM整流电路可以实现能量正反两个方向的流动，即既可以运行在整流状态，从交流侧向直流侧输送能量；也可以运行在逆变状态，从直流侧向交流侧输送能量。而且，这两种方式都可以在单位功率因数下运行。

此外，还可以使交流电流超前电压90°，交流电源送出无功功率，成为静止无功功率发生器。或使电流比电压超前或滞后任一角度。

2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？

答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。

2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？

答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。 要使晶闸管由导通变为关断， 可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

3-23．带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同？ 答：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有以下异同点：

①三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要用平衡电抗器；

②当变压器二次电压有效值U2相等时，双反星形电路的整流电压平均值Ud是三相桥式电路的1/2，而整流电流平均值Id是三相桥式电路的2倍。

③在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压ud和整流电流id的波形形状一样。

3-24．整流电路多重化的主要目的是什么？

答：整流电路多重化的目的主要包括两个方面，一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。 3-29．什么是逆变失败？如何防止逆变失败？

答：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。

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。

3-30．单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？

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，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 90。

三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 ~ 120，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 90。

4-l无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？

答：两种电路的不同主要是：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联接。

4-2换流方式各有那儿种？各有什么特点？

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，可实现负载换流。

强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强追施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。

晶闸管电路不能采用器件换流,根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。

4-3什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点？

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持点是：

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，直流测电惑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。

4-4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？

答：在电压型逆变电路中,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。当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。

4-7串联二极管式电流型逆变电路中,二极管的作用是什么?试分析换流过程。

答:二极管的主要作用,一是为换流电容器充电提供通道,并使换流电容的电压能够得以保持,为晶闸管换流做好准备;二是使换流电容的电压能够施加到换流过程中刚刚关断的晶闸管上,使晶闸管在关断之后能够承受一定时间的反向电压,确保晶闸管可靠关断，从而确保晶闸管换流成功。

以VTl和VT3之间的换流为例,串联二极管式电流型逆变电路的换流过程可简述如下: 给VT3施加触发脉冲,由于换流电容C13电压的作用,使VT3导通

而VTl被施以反向电压而关断。直流电

U相负载、W相负载、VD2、VT2、流Id从VTl换到VT3上,C13通过VDl、直流电源和VT3放电,如图5-16b所示。因放电电流恒为/d,故称恒流放电阶段。在C13电压Uc13下降到零之前,VTl一直承受反压,只要反压时间大于晶闸管关断时间rq，就能保证可靠关断。

Uc13降到零之后在U相负载电感的作用下,开始对C13反向充电。如忽略负载冲电阻的压降,则在Uc13=0时刻后,二极管VD3受到正向偏置而导通,开始流过电流,两个二极管同时导通,进入二极管换流阶段,如图5-16c所示。随着C13充电电压不断增高,充电电流逐渐减小,到某一时刻充电电流减到零,VDl承受反压而关断,二极管换流阶段结束。之后,进入VT2、VT3稳定导逗阶段,电流路径如图5-Ⅰ6d所示。

4-8.逆变电路多重化的目的是什么?如何实现?串联多重和并联多重逆变电路备用于什么场合? 答:逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高,二是可以改善输出电压的波形。因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波,还是电流型逆变电路输出的矩形电流波,都含有较多谐波,对负载有不利影响,采用多重逆变电路,可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。

逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来,使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消,就可以得到较为接近正弦波的波形。组合方式有串联多重和并联多重两种方式。串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。 串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。 并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。

在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。 5-1简述图5-la所示的降压斩波电路工作原理。

答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间期间，Uo=E。然后使V关断一段时间平均电压

ton。

，由电源E向L、R、M供电，在此

toff，此时电感L通过二极管VD向R和M供电，Uo=0。一个周期内的

EtonU0toff输出电压小于电源电压,起到降压的作用。

5-4．简述图5-2a所示升压斩波电路的基本工作原理。

答：假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为

I1,同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值U0。设V处ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。当V处于断态时E和己共同向电容C充电并

toff，则在此期间电感L释放的能量为

于通态的时间为

向负载R提供能量。设V处于断态的时间为

(U0E)I1toff；当

电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即：

EI1ton(U0E)I1toff化简得：

U0tontofftoffETEtoff

式中的T／

toff1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

7-1试说明PWM控制的基本原理。

答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

在采样控制理论中有一条重要的结论：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。效果基本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控制为例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。

7-3单极性和双极性PWM调制有什么区别？三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平？

答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式。

三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性PWM控制方式。

三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压有两种电平：0.5Ud和-0.5 Ud。输出线电压有三种电平Ud、0、- Ud。

7-5什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？

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。在异步调制方式中，通常保持载波频率fc 固定不变，因而当信号波频率fr变化时，载波比N是变化的。

异步调制的主要特点是：在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。

这样，当信号波频率较低时，载波比N较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称产生的不利影响都较小，PWM波形接近正弦波。

而当信号波频率增高时，载波比N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大，有时信号波的微小变化还会产生PWM脉冲的跳动。这就使得输出PWM波和正弦波的差异变大。对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。

载波比N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。

同步调制的主要特点是：在同步调制方式中，信号波频率变化时载波比N不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。

当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的载波频率fc也很低。fc过低时由调制带来的谐波不易滤除。当负载为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。 7-6．什么是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。