电力电子应用技术书小结思考题参考_电力电子技术应用实例

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小结

逆变，就是将直流电能转变为交流电能的过程。作为大多数电能变换的中间环节，逆变技术被广泛应用在各种电力电子电路和装置中，但基于习惯，在本章中，“逆变技术”的讨论仅局限于将直流电变换为“正弦”交流电的逆变电路和装置，也就是人们常说的“变频器”或“逆变器”。在这些逆变器的电路和装置中，逆变技术主要包含以下几个方面的内容：

1.逆变器主电路的拓扑结构 对于逆变器的主电路，根据应用要求有单相逆变器、三相逆变器以及多相逆变器；另外如果根据输出相电压的电平数目，逆变器又可以分为两电平逆变器、三电平逆变器以及多电平逆变器。虽然提高逆变器输出电平的数目对改善逆变器输出谐波分布、降低开关器件的开关应力以及减少电磁干扰等都有好处，但由于电路结构和控制同时也变得越来越复杂，因此在实际的工程应用中仍是两电平逆变器占绝对优势。

2.功率半导体开关器件

功率半导体开关器件对逆变器性能的影响很大，直接关系到逆变器的安全可靠运行。从历史上看，开关器件对逆变器技术的进步与发展的推动最为直接和明显。正是由于开关器件从普通晶闸管、GTR发展到IGBT和功率MOSFET，逆变器的高频化、小型化才得以实现，各种先进的控制功能才得以应用。现如今，IPM等新型功率半导体器件在中小功率的应用中日益广泛；GTO和IGCT等大功率等级器件的逐渐成熟为逆变技术在高压、大电流逆变装置中的应用提供了更加经济、方便可靠的解决方案。

3.PWM控制技术

PWM控制技术是逆变器控制技术的核心。除了SPWM、特定谐波消除法PWM等传统的PWM控制方法之外，SVPWM、电流跟踪型PWM等先进的PWM控制方法也被越来越广泛地应用。由于SVPWM以建立圆形电机定子磁链空间矢量为目的，并利用逆变器对电机定子电压空间矢量进行直接控制，从而实现对定子磁链空间矢量的调节，因此SVPWM在交流电机控制领域受到了更广泛的重视和应用。在高性能微处理器的支持下，各种先进PWM控制方法的实现变得越来越方便和简单，同时很多复杂的调制方法也得以实现，比如分段同步调制、在不同的运行工况采用不同的调制方法等。

4.逆变控制技术的实现

传统的硬件电路控制方法随着微处理器技术的迅猛发展，早已被微处理器取代。随着微处理器性能的不断提高，许多先进的控制方法被应用在逆变器的控制之中，使得逆变器的控 72

制技术和性能不断发展提升。

思 考 题 及 习 题

3-1．试说明PWM控制的基本原理。

3-2.分析图3-1所示的桥式逆变器在向感性负载供电时，主电路各点的电压电流波形，并说明续流二极管的特性对逆变器开关过程都会产生什么影响？

3-3.为什么要在逆变器的控制信号中设置死区时间？对于图3-1所示的三相桥式逆变器，试分析在死区时间内，逆变器输出电压的波形。利用该结果分析死区时间的存在会对逆变器的供电性能产生什么样的影响

3-4.什么叫异步调制？什么叫同步调制？假设逆变器开关频率的上限设定为2500Hz而下限设为1000Hz，试分析输出频率在10Hz到60Hz之间变化时，如果采用分段同步调制，应该如何设计载波比的切换？

3-5.与自然采样相比，规则采样有何优点？除了图3-17b所示的规则采样方法之外，能否针对SPWM设计出其它一些规则采样的方法？

3-6.三相SPWM逆变器输出的相电压和线电压中，谐波分布的特点是什么？所包含的主要谐波频率是多少？在实际应用中，我们怎样利用这些特点改善逆变器供电的性能？ 3-7.说明SVPWM的基本原理。

3-8.对于图3-1所示的三相桥式逆变器，如果采用SVPWM控制且直流输入电压等于540V，那么在线性调制区内，逆变器的最大交流输出电压是多少？

3-9.试推导SVPWM输出电压矢量在2～6象限的电压矢量分解公式。

3-10.采用滞环电流跟踪型PWM的逆变器有何特点？

参考文献黄俊主编．半导体变流技术（第2版）．北京：机械工业出版社，1986 叶斌主编．电力电子应用技术及装置．北京：中国铁道出版社，1999 俞萍等．电力半导体器件的发展趋势．电力电子技术．1992（1）丁道宏．电力电子技术．北京：航空工业出版社，1992 林渭勋主编．电力电子电路．杭州：浙江大学出版社，1986 黄济荣．电力牵引传动与控制．北京：机械工业出版社，1999