电力电子技术模块3电风扇无级调速器电路的制作与调试电力电子技术 教学课件教学课件.ppt

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1、电力电子技术电力电子技术模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试交流调压电路任务二任务一双向晶闸管及双向触发二极管在日常生活中随处可见电风扇，它在炎热的夏天给人们送来阵阵凉风，那么电风扇是由哪些元件构成的呢？它的工作原理又是什么？以往采用的有级调速的电风扇体积大，耗能高。现在的电风扇多采用无级调速器，其体积小，耗能很少，旋转旋钮可以方便平稳地调节电风扇的转速，这是如何做到的呢？本模块将从最简易的电风扇无级调速器开始进行分析讲解。模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试（1）掌握双向晶闸管及双向触发二极管的原理及选择。（2）

2、能说出调压电路的几种控制方式及其适用范围。（3）了解交流调功器、交流开关、固态开关的原理。（4）掌握简易电风扇的工作原理，能设计并制作调试电风扇无级调速器。（5）能够分析和设计简单的交流调压电路，并能对常见故障进行检修。模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试电风扇无级调速器在日常生活中随处可见。图3-2（a）是常见的电风扇无级调速器，旋动旋钮便可以调节电风扇的速度；图3-2（b）为电路原理图。模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试图3-2 电风扇无级调速器及其电路原理图无级调速一般采用双向晶闸管作为电风扇的开关。利用晶

3、闸管的可控特性，通过改变晶闸管的控制角使晶闸管的输出电压发生改变，达到调节电动机转速的目的。如图3-2(b)所示，调速器电路主要由主电路和触发电路两部分构成，在双向晶闸管的两端并接RC元件，是利用电容两端电压瞬时不能突变，作为晶闸管关断过电压的保护措施。本模块通过对主电路及触发电路的相关知识，双向晶闸管、氖管、交流调压电路、交流开关等内容的介绍和分析，使学生能够理解调速器电路的工作原理，进而掌握分析交流调压电路的方法。模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试想一想如果将图3-2(b)

4、中的负载换成灯泡，能否实现连续调光？具体电路工作原理请同学自行分析。若负载换成电熨斗、电热毯呢？双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一 双向晶闸管概述 一、双向晶闸管广泛应用于工业交通、家用电器等领域，实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、家用全自动洗衣机调节、舞台调光灯调节等多种功能。双向晶闸管是一种控制交流功率的理想器件，主要应用于交流无触点继电器、交流相位控制等。双向晶闸管是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，包括两个主电极T1、T2和一个门极G，但只有一个控制极。其内部结构、等效电路及图形符号如图3-3所

5、示。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一图3-3 双向晶闸管的内部结构、等效电路及图形符号双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一由图3-3可见，双向晶闸管相当于两个普通晶闸管反并联，不过它只有一个门极G。其内部结构特点使得门极G相对于T1端无论是正的或是负的，都能触发，而且T1相对于T2既可以是正，也可以是负。双向晶闸管的外形与普通晶闸管类似，有塑封式、螺栓式、平板式，如图3-4所示。常见双向晶闸管的引脚排列如图3-5所示。图3-4 双向晶闸管的外形双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一图3-5 常见双向晶闸管的引脚排列双向晶闸管及

6、双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管与单向晶闸管一样，也具有触发控制特性。但它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同，即无论在阳极和阴极间接入何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的，都可以使双向晶闸管导通。由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制，因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常将接在P型半导体材料上的主电极称为T1电极，将接在N型半导体材料上的电极称为T2电极。由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分，所以它的参数中也就没有正向峰值电压与反向峰值电压，而只用一个最大峰值电压，双向晶闸管的其他参

7、数则与单向晶闸管相同。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管的导通条件是主电极与主电极之间加足够的正向或反向电压，同时门极与主电极之间加足够的正反向电压，两个条件均须满足。关断条件是阳极电流小于维持电流或主电极与主电极之间电压降为零，两个条件满足其一即可。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一 双向晶闸管的特性 二、与普通晶闸管不同，双向晶闸管有正反向对称的伏安特性曲线。如图3-6所示，是一种理想的交流开关器件。正向部分位于第象限，反向部分位于第象限，并约定：双向晶闸管的T1极为正、T2极为负时的特性是第象限特性，而T1极为负、T2极为正时的特

8、性为第象限特性。图3-6 双向晶闸管的伏安特性双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发。主电压与触发电压相互配合，可以得到四种触发方式。（1）+触发方式。主电极T1为正，T2为负；门极G电压为正，T2为负。特性曲线在第象限。（2）-触发方式。主电极T1为正，T2为负；门极G电压为负，T2为正。特性曲线在第象限。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一（3）+触发方式。主电极T1为负，T2为正；门极G电压为正，T2为负。特性曲线在第象限。（4）-触发方式。主电极T1为负，T2为正；门极G电压为负，T2为正。

9、特性曲线在第象限。由于双向晶闸管的内部结构原因，四种触发方式中灵敏度不相同，以+触发方式灵敏度最低，所需门极触发功率很大，所以实际使用时要尽量避开。双向晶闸管常用在交流调压电路中，触发方式常选（+、-）或（-、+）。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一 双向晶闸管的型号与参数 三、双向晶闸管的型号及含义双向晶闸管的型号及含义1.图3-7 双向晶闸管的型号及含义双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一国产双向晶闸管用KS表示。例如，型号KS50-10-21表示额定电流为50 A，额定电压为10级（1 000 V），断态电压临界上升率为2级（不小于200 V

10、/s），换向电流临界下降率为1级（不小于1%IT(RMS)）的双向晶闸管。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管的主要参数双向晶闸管的主要参数2.(1)额定通态电流IT(RMS)(额定电流)。双向晶闸管的主要参数中只有额定电流与普通晶闸管有所不同，其他参数定义相似。由于双向晶闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过，所以它的额定电流不用平均值而是用有效值来表示。双向晶闸管额定电流定义为：在标准散热条件下，当器件的单相导通角大于170时，允许流过器件的最大交流正弦电流的有效值，用IT(RMS)表示。表4-1中列出了部分电流系列对应的IT(RMS)值。双向晶闸管及双

11、向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管额定电流与普通晶闸管额定电流之间的换算关系式为 例如，100 A有效值的双向晶闸管，其峰值为1002=141 A，而普通晶闸管的额定电流是以正弦半波的平均值表示，峰值为141 A的正弦半波的平均值为141/=45 A。由此推算，一个100 A的双向晶闸管与两个反并联45 A的普通晶闸管电流容量相等。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一额定通态电流的选择。双向晶闸管交流开关多用于频繁起动、制动和要求可逆运转的交流电动机，要考虑起动或反接电流峰值来选取元件的额定通态电流。对于绕线转子异步电动机，最大电流为电动机额定电流的3

12、6倍，对笼型电动机则取710倍。例如，对于30 kW的绕线转子异步电动机和11 kW的笼型异步电动机，要选用200 A的双向晶闸管。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一（2）断态重复峰值电压UDRM(额定电压)。双向晶闸管的断态重复峰值电压的分级规定列在表4-2中，实际应用时该电压通常取两倍的裕量，380 V线路用的交流开关，一般应选取1 0001 200 V的双向晶闸管。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管的其他参数列于表3-3和表3-4中。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一（3）换向能力。电压上升率(du/dt)

13、c是一个重要参数，它反映双向晶闸管的换向能力。一些双向晶闸管的交流开关经常发生短路事故，主要原因之一是元件允许的c值太小。通常的解决方法如下。在交流开关的主电路中串入空心电抗器，抑制电路中换向电压上升率，降低对双向晶闸管换向能力的要求。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一选用c值高的元件，一般选c值为200 V/s。为了保证交流开关的可靠运行，必须根据开关的工作条件，合理选择双向晶闸管的额定通态电流、断态重复峰值电压（铭牌额定电压）及换向电压上升率。KS型双向晶闸管的主要参数见表3-5。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管及双向触发二极管双

14、向晶闸管及双向触发二极管任务一 双向晶闸管的触发电路 四、双向晶闸管的常用控制方式有两种：一种是移相触发，与普通晶闸管一样，是通过控制触发脉冲的相位达到调压的目的；另一种是过零触发，适用于调功电路及无触点开关电路。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一简易触发电路简易触发电路1.图3-8所示为双向晶闸管的简易触发电路。图3-8(a)为双向晶闸管阻容移相电路，图中当开关S拨至“2”，双向晶闸管VT只在+触发，负载RL上仅得到正半周电压；当S拨至“3”时，VT在正、负半周分别在+、-触发，RL上得到正、负两个半周的电压，因而比置“2”时电压大。图3-8 双向晶闸管的简易触发电路

15、双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一图3-8(b)图3-8(d)中均引入了具有对称极性的触发二极管VD，这种二极管两端电压达到击穿电压数值（通常为30 V左右，不分极性）时被击穿导通，晶闸管便也触发导通。调节电位器RP改变控制角，实现调压。目前生产的双向晶闸管，不少已经把VD和VT集成在一起，门极经过双向触发二极管VD引出，使用时更方便。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一图3-8(c)与图3-8(b)的不同点在于前者中增设了R1、R2、C2。在图3-8(b)中，当工作于大值时，因RP阻值较大，使C1充电缓慢，到角时电源电压已经过峰值并降得过低，则C

16、1上的充电电压过小，不足以击穿双向触发二极管VD；而图3-8(c)在大时，C2上可获得滞后的电压uC2，给电容C1增加一个充电电路，保证在大时VT能可靠触发，增大了调压范围；图3-8(d)是电机调速电路。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路2.图3-9所示为单结晶体管触发的交流调压电路，调节RP的阻值可改变负载RL上电压的大小。图3-9 单结晶体管触发的交流调压电路双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一集成触发器集成触发器 3.图3-10所示为KC06组成的双向晶闸管移相交流调压电路。KC06为16引脚双列直插式集成

17、元件，用于单相或三相全控桥式整流装置。触发脉冲从9端子输出，在一个周期内脉冲到来越早，双向晶闸管的导通角越大，输出电压（负载电压）的有效值就越大。该电路主要适用于交流直接供电的双向晶闸管或反并联普通晶闸管的交流移相控制。RP1用于调节触发电路锯齿波斜率；R4、C3用于调节脉冲宽度；RP2为移相控制电位器，用于调节输出电压的大小。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一图3-10 KC06组成的双向晶闸管移相交流调压电路双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触

18、发二极管任务一 双向触发二极管 五五、双向触发二极管亦称二端交流器件（DIAC），其结构与符号如图3-11所示。双向触发二极管对于电子爱好者来说是比较熟悉的，在可控硅调压电路、日光灯电子整流器中都可以看到它的身影。它与双向晶闸管同时同世，由于其结构简单、价格低廉，所以常用来触发双向晶闸管；还可构成过压保护等电路。采用双向触发二极管触发双向晶闸管的调压电路是一种典型而常用的触发电路。图3-11 双向触发二极管的结构与符号双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一在一般情况下，当器件两端所加电压低于正向转折电压时，器件呈高阻态，双向触发二极管截止，只有当外加电压(不论正负)的幅值大

19、于双向触发二极管的转折电压时，它才会击穿导通。双向触发二极管的正向转折电压值一般有三个等级：2060 V、100150 V、200250 V。由于转折电压都大于20 V，测量双向触发二极管的转折电压方法为：将兆欧表的正极（E）和负极（L）分别接双向触发二极管的两端，用兆欧表提供击穿电压，同时用万用表的直流电压挡测量出电压值，将双向触发二极管的两极对调后再测量一次。比较一下两次测量的电压值的偏差（一般为36 V），此偏差值越小，说明此二极管的性能越好。交流调压电路交流调压电路任务二交流变换实质上就是交流变交流（AC/AC变换），也就是把一个交流电变化为另一个交流电，是交流信号之间的变换。交流变换

20、电路是把一种形式的交流电变成另一种形式的交流电的电路。这里包含两部分内容：第一部分是交流调压电路，它把一种交流电转换为另一种交流电，输出的电压大小发生变化，频率不变。第二部分是交交变频电路，它使交流信号的频率发生变化，在直接变频的同时也可实现电压变换，即直接实现降频、降压变换。本任务将重点介绍交流调压电路。交流调压电路交流调压电路任务二 交流调压电路的控制方式 一、交流调压电路是用来变换交流电压幅值（或有效值）的电路。交流调压电路的控制方式一般有通断控制、相位控制和斩波控制。交流调压电路交流调压电路任务二通断控制通断控制1.如图3-12所示，通断控制就是在交流电压过零时刻让两个管子导通一段时间

21、，再关断一段时间，如此交替，这种控制方式在导通时输出电压为正弦波，关断时输出电压为0。如果接异步电机，电压通一下断一下，实质上每次接通，电机都会受到一个冲击，电机震动得很厉害，噪声很大，因此它不适合控制异步电机。图3-12 通断控制交流调压电路交流调压电路任务二这种控制方式对于电炉这种负载比较合适。例如，要控制电炉的温度，等电炉的炉丝热起来后，在很短的时间断一下，通一下，再断一下时，电炉炉丝的温度不会很快降下来，因为它的时间常数很大。因此，这种方式适合时间常数较大的负载，如电炉调温等交流功率调节的场合。其优点是控制方式简单，功率因数高；缺点是输出的电压或者功率调节不连续，不平滑。交流调压电路交

22、流调压电路任务二相位控制相位控制2.相位控制是用得最多的一种控制方式。如图3-13所示，正半周时T1触发导通，产生正的波形；负半周时T2触发导通，产生负的波形。如此正负交替，只要调节控制角的大小，就可以调节控制输出电压的有效值。它和整流电路方法类似。图3-13 相位控制交流调压电路交流调压电路任务二用一个三相的交流调压器接电机负载，采用这种控制方式可以运行，只是波形较差，谐波成分较多，对电机的运行会有一些影响。如常见的电机软起动器，实质上是一种调压电路，使用相位控制时，可以使电机起动时起动电流不会太大。电机起动时，其起动电流会达到额定电流的78倍，可能会引起很大的冲击，使局部电网崩溃。一般在起

23、动时要采取一定的措施，如串电阻起动、降压起动等。软起动实质上是把电机端电压降下来，慢慢地按照一定的变化规律增加端电压，使电机逐步起动。这一般也是用调压电路。交流调压电路交流调压电路任务二相位控制的特点是：方法简单，能连续调节输出电压的大小；但输出波形非正弦波，含有丰富的谐波分量，在异步电动机调压调速时会引起附加谐波损耗，产生脉动转矩等。交流调压电路交流调压电路任务二斩波控制斩波控制3.斩波控制是利用脉宽调制技术将交流电压波形分割成脉冲列，通过改变脉冲的宽度来改变输出电压大小，如图3-14所示。不能采用普通晶闸管，必须采用自关断器件（全控型器件）控制，如GTO、GTR、MOSFET、IGBT等。

24、图3-14 斩波控制交流调压电路交流调压电路任务二想一想总结三种电压控制方式各自的优缺点及适用的负载。交流调压电路交流调压电路任务二 单相交流调压原理 二、电风扇无级调速器实际上就是负载为电感性的单相交流调压电路。交流调压是将一种幅值的交流电能转化为同频率的另一种幅值的交流电能。单向交流调压电路的工作情况与它的负载性质有关。交流调压电路交流调压电路任务二电阻性负载电阻性负载1.图3-15(a)所示为一双向晶闸管与电阻负载组成的交流调压主电路，图中的双向晶闸管也可改用两只反并联的普通晶闸管，但需要两组独立的触发电路分别控制两只晶闸管。在电源正半周，t时触发VT导通，有正向电流流过RL，负载端电压

25、uR为正值，电流过零时VT自行关断；在电源负半周，t时，再触发VT导通，有反向电流流过RL，其端电压uR为负值，到电流过零时VT再次自行关断。然后重复上述过程。改变即可调节负载两端的输出电压有效值，达到交流调压的目的。各电压的波形图如图3-14所示。交流调压电路交流调压电路任务二图3-15 单相交流调压电路电阻负载电路及波形交流调压电路交流调压电路任务二电阻负载上的交流电压有效值为电路的移相范围为0。交流调压电路交流调压电路任务二通过改变可得到不同的输出电压有效值，从而达到交流调压的目的。由双向晶闸管组成的电路，只要在正负半周对称的相应时刻（、）供给触发脉冲，就可和反并联电路一样得到同样的可调

26、交流电压。交流调压电路的触发电路完全可以套用整流移相触发电路，但脉冲的输出必须通过脉冲变压器，其两个二次线圈之间要有足够的绝缘。交流调压电路交流调压电路任务二【例例3-13-1】交流调压电路交流调压电路任务二电感性负载电感性负载2.图3-16所示为电感性负载的交流调压电路。由于电感的作用，在电源电压由正向负过零时，负载中电流要滞后一定角度才能到零，即管子要继续导通到电源电压的负半周才能关断。图3-16 电感性负载的交流调压电路 交流调压电路交流调压电路任务二晶闸管的导通角不仅与控制角有关，而且与负载的功率因数角有关。控制角越小，则导通角越大，负载的功率因数角越大，表明负载感抗大，自感电动势使电

27、流过零的时间越长，因而导通角越大，见图3-17。三种情况下调压电路的工作情况如表3-7 所示。图3-17 单相交流调压电感负载波形图交流调压电路交流调压电路任务二交流调压电路交流调压电路任务二综上所述，单相交流调压有如下特点。（1）电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流一致。改变控制角可以连续改变负载电压有效值，达到交流调压的目的。（2）电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则当时，会有一个晶闸管无法导通，产生很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶闸管。（3）电感性负载时，最小控制角min(阻抗角)，所以的移相范围为180，电阻负载时移相范围为0180。交流调压电路交流调压电路任务二【例

28、例3-23-2】交流调压电路交流调压电路任务二交流调压电路交流调压电路任务二 三相交流调压原理 三、单相交流调压适用于单相容量小的负载，当交流功率调节容量较大时，通常采用三相交流调压电路，如三相电热器、电解与电镀等设备。三相交流调压电路有多种形式，负载可连接成三角形或星形。交流调压电路交流调压电路任务二三相交流调压电路的形式三相交流调压电路的形式1.1 1）三相四线制交流调压电路）三相四线制交流调压电路三相四线制交流调压电路如图3-18所示，电路特点如下。图3-18 三相四线制交流调压电路交流调压电路交流调压电路任务二（1）相当于三个独立的单相交流调压电路组合而成。（2）存在中性线，但3次谐波

29、在中性线中的电流大，故中性线的导线截面要求与相线一致。（3）晶闸管的门极触发脉冲信号同相间两管的触发脉冲要互差180。（4）各晶闸管的导通顺序为T1T6，依次滞后间隔60。（5）因存在中性线，可采用窄脉冲触发。交流调压电路交流调压电路任务二2 2）三相三线制交流调压电路）三相三线制交流调压电路（1）如图3-19所示，电路特点如下。图3-19 三相三线制交流调压电路 交流调压电路交流调压电路任务二每相电路必须通过另一相形成回路。负载接线灵活，且不用中性线。晶闸管的触发电路必须是双脉冲，或者是宽度大于60的单脉冲。触发脉冲顺序和三相全控桥一样，为T1T6，依次间隔60。电压过零处定为控制角的起点，

30、移相范围是0150；输出谐波含量低，无3次谐波分量。交流调压电路交流调压电路任务二（2）三相三线制交流调压电路，改变，电路中晶闸管的导电模式如下。当060时，三个晶闸管导通与两个晶闸管导通交替，每管导通180；但=0时一直是三管导通，图3-20(a)所示为=30时的负载相电压波形。图3-20 负载相电压波形交流调压电路交流调压电路任务二当6090时，两管导通，每管导通120。图3-20(b)所示为=60时的负载相电压波形。当900(0.7 V)时，V2导通；当uS0(0.7 V)时，2导通，Ube3接近零电位，V3截止，直流开关阻断。当Ube20时，V2截止，由R8、VD6和R9组成的分压电路

31、使V3导通，直流开关导通，输出24 V直流电压，V3通断时刻如图3-24（c）所示。VD6为V3基极提供一阈值电压，使V2导通时，V3更可靠地截止。交流调压电路交流调压电路任务二（4）过零脉冲输出。由同步变压器TS，整流桥VD1VD4及R10、R11、VD5组成一削波同步电源，波形如图3-24（d）所示。它与直流开关输出电压共同控制V4和V5，只有在直流开关导通期间，V4和V5集电极和发射极之间才有工作电压，才能进行工作。在此期间，同步电压每次过零时，V4截止，其集电极输出一正电压，使V5由截止转为导通，经脉冲变压器输出触发脉冲。此脉冲使晶闸管导通，如图3-24（e）所示。于是在直流开关导通期

32、间，便输出连续的正弦波，如图3-24（f）所示。增大控制电压，便可加长开关导通的时间，也就增多了导通的周波数，从而增加了输出的平均功率。交流调压电路交流调压电路任务二图3-24 过零触发电路的电压波形过零触发虽然没有移相触发高频干扰的问题，但其通断频率比电源频率低，特别是当通断频率比较小时，会出现低频干扰，使照明出现人眼能觉察到的闪烁，以及电表指针的摇摆等。因此，调功器通常用于热惯性较大的电热负载。交流调压电路交流调压电路任务二想 一 想交流调压电路和交流调功电路有何区别？交流调压电路交流调压电路任务二 交流电力电子开关 五五、交流电力电子开关是将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关，起接通

33、和断开电路的作用。其优点是响应速度快，无触点寿命长，可频繁控制通断；另外，控制晶闸管总是在电流过零时关断，在关断时不会因负载或线路电感存储能量而造成过电压和电磁干扰，特别适合于操作频繁、有易燃气体及多风粉尘的场合。交流电力电子开关与交流调功电路的区别是只控制通断，而并不控制电路的平均输出功率，没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开，控制频度通常比交流调功电路低得多。交流调压电路交流调压电路任务二晶闸管交流开关的基本形式晶闸管交流开关的基本形式1.晶闸管交流开关是以其门极中毫安级的触发电流，来控制其阳极中几安至几百安大电流通断的装置。在电源电压为正半周时，晶闸管承受正向电压并触发导

34、通；在电源电压过零或为负时，晶闸管承受反向电压，在电流过零时自然关断。由于晶闸管总是在电流过零时关断，因而在关断时不会因负载或线路中电感储能而造成暂态过电压。交流调压电路交流调压电路任务二图3-25所示为晶闸管交流开关的基本形式。图3-25(a)是普通晶闸管反并联形式。当开关S闭合时，两只晶闸管均以管子本身的阳极电压作为触发电压进行触发，这种触发属于强触发，对要求大触发电流的晶闸管也能可靠触发。随着交流电源的正负交变，两管轮流导通，在负载上得到基本为正弦波的电压。图3-25(b)为双向晶闸管交流开关，双向晶闸管工作于+、-触发方式，这种线路比较简单，但其工作频率低于反并联电路。图3-25(c)

35、为带整流桥的晶闸管交流开关。该电路只用一只普通晶闸管，且晶闸管不受反压。其缺点是串联元件多，压降损耗较大。交流调压电路交流调压电路任务二图3-25 晶闸管交流开关的基本形式交流调压电路交流调压电路任务二图3-26是三相自动控温电热炉电路，它采用双向晶闸管作为功率开关，与KT温控仪（调节式毫伏温度计）配合，实现三相电热炉的温度自动控制。控制开关S有三个挡位：自动、手动、停止。图3-26 三相自动控温电热炉电路交流调压电路交流调压电路任务二当S拨至“手动”位置时，中间继电器KA得电，主电路中三个本相强触发电路工作，VT1VT3导通，电路一直处于加热状态，须由人工控制SB按钮来调节温度。当S拨至“自

36、动”位置时，KT温控仪自动控制晶闸管的通断，使炉温自动保持在设定温度上。炉温升至设定温度时，温控仪控制触点KT断开，KA失电，VT1VT3关断，停止加热。待炉温降至设定温度以下时，再次加热。如此反复，则炉温被控制在设定温度附近的小范围内。由于继电器线圈KA导通电流不大，故VT4采用小容量的双向晶闸管即可。各双向晶闸管的门极限流电阻(R*1、R*2)可由实验确定，其值以使双向晶闸管两端交流电压减到25 V为宜，通常为30 3 k。交流调压电路交流调压电路任务二晶闸管投切电容器晶闸管投切电容器2.晶闸管交流电力电子开关常用于交流电网中代替机械开关投切电容器。晶闸管投切电容器（thyristor s

37、witched capacitor,TSC）代替机械开关投切电容器，对电网无功进行控制，提高功率因数，稳定电网电压，改善用电质量，是一种很好的无功补偿方式。交流调压电路交流调压电路任务二（1）电路结构和工作原理（晶闸管反并联）。图3-27所示为TSC基本原理图。电路中两个反并联的晶闸管起着把电容并入电网或从电网断开的作用，如图3-27（a）所示。串联电感很小，用来抑制电容器投入电网时的冲击电流。实际工作中，为避免电容器组投切造成较大电流冲击，一般把电容器分成几组，如图3-27(b)所示，可根据电网对无功的需求而改变投入电容器的容量。实际中经常使用三相TSC，可三角形联结，也可星形联结。交流调压

38、电路交流调压电路任务二图3-27 TSC基本原理图交流调压电路交流调压电路任务二（2）晶闸管投切时间的选择。选择原则。投入时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，防止冲击电流。理想选择。理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。交流调压电路交流调压电路任务二图3-28 TSC理想投切时刻原理说明 交流调压电路交流调压电路任务二晶闸管和二极管反并联方式的TSC如图3-29所示。由于二极管的作用，在电路不导通时，uC总会维持在电源电压峰值；由于二极管不可控，响应速度要慢一些，投切电容器的最大时间滞后为一个周波。图3-

39、29 晶闸管和二极管反并联方式的TSC 交流调压电路交流调压电路任务二 固态开关 六、固态开关也称为固态继电器或固态接触器，它是以双向晶闸管为基础构成的无触点通断组件。图3-30(a)所示为采用光电三极管耦合器的“0”压固态开关内部电路。1、2为输入端，相当于继电器或接触器的线圈；3、4为输出端，相当于继电器或接触器的一对触点，与负载串联后接到交流电源上。交流调压电路交流调压电路任务二输入端接上控制电压，使发光二极管VD2发光，光敏管V1阻值减小，使原来导通的晶体管V2截止，原来阻断的晶闸管VT1通过R4被触发导通。输出端交流电源通过负载、二极管VD3VD6、VT1及R6构成通路，在电阻R5上

40、产生电压降，作为双向晶闸管VT2的触发信号，使VT2导通，负载得电。由于VT2的导通区域处于电源电压的“0”点附近，因而具有“0”电压开关功能。交流调压电路交流调压电路任务二图3-30(b)所示为光电晶闸管耦合器“0”电压开关。由输入端1、2输入信号，光电晶闸管耦合器B中的光控晶闸管导通；电流经3VD4BVD1R44构成回路；借助R4上的电压向双向晶闸管VT的控制极提供分流，使VT导通。由R3、R2与V组成“0”电压开关功能电路，即当电源电压过“0”并升至一定幅值时，V导通，光控晶闸管则被关断。交流调压电路交流调压电路任务二图3-30(c)所示为光电双向晶闸管耦合器非“0”电压开关。由输入端1

41、、2输入信号时，光电双向晶闸管耦合器B导通；电流经3R2BR34形成回路，R3提供双向晶闸管VT的触发信号。这种电路相对于输入信号的任意相位，交流电源均可同步接通，因而称为非“0”电压开关。图3-30 固态开关实实 践践 提提 高高 实操作一实操作一电风扇无级调速器电路制作与调试家用电风扇的调速形式大致有以下四种。（1）自耦变压器多抽头降压。（2）电机绕组抽头，一般只用于台扇。（3）电容容抗降压，大多用于吊扇。（4）双向晶闸管调压，无级调速。实实 践践 提提 高高做一做做一做图3-31所示为电风扇无级调速器电路，该电路采用双向晶闸管作为电风扇电动机的开关。在电源电压每个半周起始部分，双向晶闸管

42、VT为阻断状态，电源电压通过电位器RP和电阻R1向电容C1充电，当电容C1上的充电电压达到双向晶闸管VT的触发电压时，VT导通，C1通过R2向VT的控制极放电，使VT导通，有电流流过电机绕组。实实 践践 提提 高高通过调节电位器RP阻值的大小，可调节电容C1的充电时间常数，也就调节了双向晶闸管VT的控制角。RP越大，控制角越大，负载电动机M上的电压越小，转速越慢；反之，转速越快。元件参数见图3-31。考核标准同模块一中调光灯电路考核标准。图3-31 电风扇无级调速器电路 实实 践践 提提 高高 实实操作二操作二西门子TCA785集成触发电路调试1.实训目的 (1)熟悉TCA785集成触发电路的

43、工作原理及电路中各元件的作用。(2)掌握TCA785集成触发电路的调试方法。(3)熟悉TCA785集成触发电路各主要观测点的波形测量与分析。实实 践践 提提 高高实训所需挂件及附件实训所需挂件及附件2.西门子TCA785集成触发电路调试所需挂件及附件如表3-9所示。实实 践践 提提 高高实训线路及原理实训线路及原理3.TCA785是德国西门子(Siemens)公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路。与原有的KJ系列或KC系列晶闸管移相触发电路相比，它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，而移相范围更宽，且由于它输出脉冲的宽度可人为自由调节，所以适用范围较广。西门子TC

44、A785集成触发电路的引脚分布及内部框图如图3-32所示。实实 践践 提提 高高图3-32 TCA785集成触发电路的引脚分布及内部框图实实 践践 提提 高高TCA785集成块内部主要有同步寄存器、基准电源、锯齿波形成电路、移相电压、锯齿波比较电路和逻辑控制功率放大等功能块。同步信号从TCA785集成电路的第5脚输入，过零检测部分对同步电压信号进行检测，当检测到同步信号过零时，信号送到同步寄存器。实实 践践 提提 高高同步寄存器输出控制锯齿波发生电路，锯齿波的斜率大小由第9脚外接电阻和10脚外接电容决定；输出脉冲宽度由12脚外接电容的大小决定；14、15脚输出对应负半周和正半周的触发脉冲，移相

45、控制电压从11脚输入。其具体电路如图3-33所示。图3-33 TCA785集成触发电路原理图实实 践践 提提 高高电位器RP1主要调节锯齿波的斜率，电位器RP2则调节输入的移相控制电压，脉冲从14、15脚输出，输出的脉冲恰好互差180，可供单相整流及逆变实验用，各点波形可参考图3-34。电位器RP1、RP2均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂箱内接好，所有的测试点都已在面板上引出。图3-34 TCA785集成触发电路各点电压波形(=90)实实 践践 提提 高高实训方法实训方法4.(1)用两根导线将PMT01电源控制屏“主电路电源输出”的220 V交流电压接到PMT-06的“外接220V

46、”端，按下“起动”按钮，打开PMT-06电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器一路探头观测15 V的同步电压信号，另一路探头观察TCA785触发电路同步信号和TP1点的波形，TP6点为锯齿波波形。调节斜率电位器RP1，观察TP6点锯齿波的斜率变化，TP3和TP4互差180的触发脉冲；最后观测输出的四路触发电压波形，其能否在30170范围内移相。实实 践践 提提 高高同时观察同步电压和TP1点的电压波形，了解TP1点波形形成的原因。观察TP6点的锯齿波波形，调节电位器RP1，观测TP6点锯齿波斜率的变化。观察TP3和TP4两点输出脉冲的波形，记下各波形的幅值与宽度。(2)调节

47、触发脉冲的移相范围。调节RP2电位器，用示波器观察同步电压信号和TP3点电压的波形，观察和记录触发脉冲的移相范围。(1)整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度。(2)讨论、分析实验中出现的各种现象。实实 践践 提提 高高实训报告实训报告5.实实 践践 提提 高高 实实操作三操作三单相交流调压电路调试 1.实训目的 (1)理解单相交流调压电路的工作原理。(2)加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。(3)了解TCA785集成触发电路的原理和应用。实实 践践 提提 高高实训所需挂件及附件实训所需挂件及附件2.单相交流调压电路调试所需挂件及附件如表3-10所示。实实

48、践践 提提 高高实训线路及原理实训线路及原理3.本实验采用TCA785集成触发电路。该触发电路具有零点识别可靠，输出脉冲齐整度好，移相范围宽，且输出脉冲宽度可人为自由调节等优点。单相交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，如图3-35所示。图中电阻R用450（将两个900 并联），晶闸管则利用PMT-02上的VT1、VT4元件，交流电压表、电流表由PMT-02挂件上得到，电抗器Ld从PMT-02上得到，用700 mH。实实 践践 提提 高高图3-35 单相交流调压主电路原理图实实 践践 提提 高高实训方法实训方法4.(1)TCA785集成触发电路调试。用两根导线将PMT01电源控制屏“主

49、电路电源输出”的220 V交流电压接到PMT-06的“外接220 V”端，按下“起动”按钮，打开PMT-06电源开关，用示波器观察TCA785集成触发电路的各观测点及脉冲输出的波形。调节电位器RP1，观察锯齿波斜率是否变化；调节RP2，观察输出脉冲的移相范围如何变化，移相能否达到170。记录上述过程中观察到的各点电压波形。实实 践践 提提 高高(2)带电阻性负载的单相交流调压电路的调试。将PMT-02面板上的两个晶闸管反向并联而构成交流调压器，将触发器的输出脉冲端G1、K1、G2和K2分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极。接上电阻性负载，用示波器观察负载电压、晶闸管两端电压UVT的波形。调节T

50、CA785集成触发电路上的电位器RP2，观察在不同角时各点波形的变化，并记录=30、60、90、120时的波形。实实 践践 提提 高高实训报告实训报告5.(1)整理、画出实验中所记录的各类波形。(2)分析阻感性负载时，角与角相应关系的变化对调压器工作的影响。实实 践践 提提 高高注意事项注意事项6.由于G、K输出端有电容影响，故观察触发脉冲电压波形时，需将输出端G和K分别接到晶闸管的门极和阴极（也可用约100 的电阻接到G、K两端，来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则无法观察到正确的脉冲波形。典典 型型 案案 例例 案例一案例一基于双向晶闸管的简易的调光台灯电路 调光灯在日常生活中的应用非常广