电力电子应用技术 第5版答案 第6章 思考题和习题 .pdfVIP

1.试说明PWM控制的基本原理。

答：脉宽调制（PWM）。控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到

一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半

个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次斜波谐

波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改

变输出频率。

在采样控制理论中有一个重要的结论，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的

环节上，其效果基本相同。冲量既指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同。是指该环节

的输出响应波形基本相同。如把各输出波形用傅里叶变换分析，则它们的低频段特性非常接

近，仅在高频段略有差异。

根据上面理论我们就可以用不同宽度的矩形波来代替正弦波，通过对矩形波的控制来模

拟输出不同频率的正弦波。

例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成

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，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩

形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦

部分面积（即冲量）相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲宽

度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。

对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

2.单极性和双极性PWM调制有什么区别？

答：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

三种+U、0V、-U。

dd

双极性调制时，调制波为正弦波电压，载波为正负三角波。主电路输出电压正负SPWM波

形，其瞬时有+U、-U两种。

dd

3.什么是异步调制？什么是同步调制？二者各有何特点？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f固定不变，因而当信号波频率f变化时，载波比N是变化的。

cr

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f也很低。f过低时由调制带来的谐波不易滤除。当负载为电动机时

cc

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f会

c

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