1、答案4.1 逆变器输出波形的谐波系数 HF 与畸变系数 DF 有何区别，为什么仅从谐波系数 HF 还不足以说明逆变器输出波形的本质？答：第 n 次谐波系数 HFn 为第 n 次谐波分量有效值同基波分量有效值之比，即 HFnVn/V1,总谐波系数 THD 定义为： ，畸变系数 DF 定义为： ，对于第 n 次谐波的畸变系数 DFn 有： 谐波系数 HF 显示了谐波含量，但它并不能反映谐波分量对负载的影响程度。很显然，逆变电路输出端的谐波通过滤波器时，高次谐波将衰减得更厉害，畸变系数 DF 可以表征经 LC 滤波后负载电压波形还存在畸变的程度。答案 4.2 为什么逆变电路中晶闸管 SCR 不适于作
2、开关器件？答：（1）逆变电路中一般采用 SPWM 控制方法以减小输出电压波形中的谐波含量，需要开关器件工作在高频状态，SCR 是一种低频器件，因此不适合这种工作方式。（2）SCR 不能自关断。而逆变器的负载一般是电感、电容、电阻等无源元件，除了特殊场合例如利用负载谐振进行换流，一般在电路中需要另加强迫关断回路才能关断 SCR，电路较复杂。因此 SCR 一般不适合用于逆变器中。答案4.3 图 4.2(a)和 4.3(a)中的二极管起什么作用，在一个周期中二极管和晶体管导电时间由什么因素决定，在什么情况下可以不用二极管 D，纯感性负载时，负载电流为什么是三角形。答：图中二极管起续流和箝位作用，在一
3、个周期中二极管和晶体管导电时间由三极管驱动信号和负载电流 的方向共同决定，在纯阻性负载时可以不用二极管 D。纯电感负载时， ，在 期间，对于全桥逆变电路有 ，对半桥电路 ， 线性上升；在 期间，全桥电路 ，半桥有， 线性下降；故电流 是三角波。如果 都是 300V，半桥和全桥电路断态时开关器件两端最高电压都是 ，即 300V。答案 4.4 有哪些方法可以调控逆变器的输出电压。答：有单脉波脉宽调制法、正弦脉宽调制法（SPWM）、基波移相控制法等。单脉波脉宽调制法缺点是谐波含量不能有效控制；SPWM 法既可控制输出电压的大小，又可消除低次谐波；移相控制一般用于大功率逆变器。答案4.5 图 4.6(
4、d)脉宽为 的单脉波矩形波输出电压 的表达式为(4-16)式。如果横坐标轴即时间（相位角）的起点改在正半波脉宽 的中点，试证明，那时 的表达式应为：答：由(4-16)式， ，当横坐标轴即时间（相位角）的起点改在正半波脉宽 的中点，相当于原波形在时间上前移了 ，因此将（416）中的用 代替，即可得到 。答案4.6 正弦脉宽调制 SPWM 的基本原理是什么？载波比 N、电压调制系数 M 的定义是什么？改变高频载波电压幅值 和频率 为什么能改变逆变器交流输出基波电压 的大小和基波频率 ？答：正弦脉宽调制 SPWM 的基本原理是冲量等效原理：大小、波形不相同的窄变量作用于惯性系统时，只要其冲量即变量对
5、时间的积分相等，其作用效果基本相同。如果将正弦波周期分成多个较小的时间段，使 PWM 电压波在每一时间段都与该段的正弦电压冲量相等，则不连续的按正弦规律改变宽度的多段波电压就等效于正弦电压。载波比 N 定义为三角载波频率 和正弦调制波频率 之比：N / ；电压调制系数 M 是正弦调制波幅值 和三角波幅值 之比 M / ., ,改变调制比 M，即可成比例的调控输出电压的基波大小。又因为 ，所以改变调制波频率 ，即可调控输出电压的基波频率 。答案4.7 既然 SPWM 控制能使逆变器输出畸变系数很小的正弦波，为什么有时又要将调制参考波 从正弦波改为图 4.11 所示调制波，或改为梯形波，或取（43
6、7）式所示的附加 3 次谐波分量的调制参考波。答：SPWM 法输出基波电压幅值 ，有效值 ，直流电压利用率。而 方波逆变时，逆变电压基波幅值可达 ，直流电压利用率为0.9。因此为了提高 SPWM 法的直流电压利用率，可以将调制参考波 从正弦波改为图 4.11 所示调制波，或改为梯形波，或附加 3 次谐波分量，这样调制参考波 波形的最大值不超过 ，不会出现过调制的情况，但基波电压幅值可超过 ，这就可以提高直流电压利用率。答案4.8 请解释图 4.17 中输入直流电流 的波形。答：图 417 是采用空间矢量 PWM 控制方法时的相关波形，其中，逆变器输入直流电流 可表达为：。例如当 A、B 相为下
7、桥臂的 T4、T6 管导通而 C 相为上桥臂的 T5 管导通时， ， ，若假设负载电流为正弦，且相电流滞后相电压 ，则在时， ,在 时， 。因此在 0 周期中， 将在图 417 中所示的 和 之间脉动。同理可以分析出其他 5 个开关状态时电流 的波形， 为六倍频的脉动电流，脉动周期为 。答案4.9 试说明三相电压型逆变器 SPWM 输出电压闭环控制的基本原理。答： 引入了逆变器输出电压 的闭环反馈调节控制系统如图 4.15(b)所示， 为输出电压的指令值， 为输出电压的实测反馈值。电压偏差经电压调节器 VR 输出调制电压波的幅值 。 与调制波的频率 共同产生三相调制波正弦电压 ，它们与双极性三
8、角载波电压 相比较产生驱动信号，控制各个全控型开关器件的通断，从而控制逆变器输出的三相交流电压。当 时， 减小，M 值减小，使输出电压 减小到 。如果电压调节器 VR 为 PI 调节器（无静态误差），则可使稳态时保持 。因此当电源电压 改变或负载改变而引起输出电压偏离给定值时，通过电压闭环控制可时输出电压 跟踪并保持为给定值 。答案4.10 三相逆变器的 8 种开关状态中有 6 个开关状态对应 6 个空间位置固定、相差 的非零电压空间矢量，另两个为零矢量。但三相正弦交流电压任意时刻的瞬时值是一个以角速度 在空间旋转的矢量产生的。6 个开关器件的三相逆变器只能产生 6 个特定位置（）的空间矢量。
9、如何用两个相差 非零的特定空间矢量和零矢量的合成效果去等效任意相位角 时的空间矢量？当直流电压 一定时，如何调控输出电压的大小和相位？答：4.11 三相三电平逆变器中 12 个开关器件的通断控制可以获得多少个特定的电压空间矢量？图 4.20答案 中二极管 D5、D6 起到什么作用？如果直流电源电压为 ，在断态时，开关器件所承受的反压是多大？答：可采用从逆变器的 6 个处于空间特定位置的开关状态矢量中，选择两个相邻的矢量与零矢量合成一个等效的旋转空间矢量 。通过调控 的大小和旋转速度，来调节三相逆变器输出电压的大小和频率，这就是电压空间矢量 PWM 方法。将图 4-16(d)中的 区域划分为 6
10、 个 的扇区，如果要求 的相位角 为任意指令值，则可用矢量 所在的扇区边界的那两个相邻的特定矢量 、 来合成矢量 ，即可用逆变器的 3 个开关状态 x、y、0 在一个周期 中各自存在 、 、 时间来合成等效的任意位置的空间矢量（存在时间为 ），即： 。由该式可求出 、 。当直流电压 一定时，通过调节零矢量作用时间 ，可调控输出电压大小。 大，输出电压将减小。一定的 、 、 决定了输出电压 具有一定的相位角和电压大小。答案4.12 复合结构逆变器消除低阶谐波的原理是什么？图 4.22(d)中 12 阶梯波输出电压的半周由 6 段组成，每段 ，高度分别 、 和 ，已知图 4.6 所示的脉宽为的矩形
11、电压波 的傅立叶级数表达式为 （时间坐标，即相位角的起点选在正半波脉宽 的中点），利用这个傅立叶级数表达式求 12 阶梯波的傅立叶级数表达式476 式。(4-76)答：复合结构逆变器采用多个三相桥式逆变电路，每个开关都按 导电方式工作，每个三相桥逆变电路输出线电压都是 方波。令各个三相桥式逆变器的同一相（例如 A 相）的输出电压彼此相差一定的相位角，通过几个变压器将各个三相逆变器的输出电压复合相加后输出一个总逆变电压，适当的设计各个变压器的变比和付方电压的连接方式，并安排各逆变器输出电压的相差角，就可以消除总的输出电压中的 3、5、7、11、13 等低次谐波。图 4.22 中的 12 阶梯波可
12、以用三个脉宽分别为 、 、 ，高度分别为 、和 的矩形波叠加得到。利用式 将三个矩形波的傅立叶级数展开，叠加后即可得到 12 阶梯波的傅立叶技术表达式（476）。答案 4.13 逆变器有哪些类型？其最基本的应用领域有哪些？答：逆变器的类型有： 1. 电压型和电流型逆变器。 2. 恒频恒压正弦波和方波逆变器，变频变压逆变器，高频脉冲电压（电流）逆变器。 3. 单相半桥、单相全桥、推挽式、三相桥式逆变器。 4. 自关断换流逆变器，强迫关断晶闸管逆变器。晶闸管逆变器可利用负载侧交流电源电压换流，负载反电动势换流或负载谐振换流。 逆变器的基本应用包括：交流电动机变频调速，不停电电源 UPS，电子镇流器，中频或高频感应加热电源等等。还可应用于电力系统作为无功补偿器或谐波补偿器。
