1、电力电子技术 电子教案【学习目标【学习目标】w完成本课题的学习后，能够用万用表测试双向晶闸管的好坏。完成本课题的学习后，能够用万用表测试双向晶闸管的好坏。w掌握双向晶闸管工作原理。掌握双向晶闸管工作原理。w分析电风扇无级调速器各部分电路的作用及调光原理。分析电风扇无级调速器各部分电路的作用及调光原理。w了解交流开关、交流调功器、固态开关原理。了解交流开关、交流调功器、固态开关原理。电风扇无级调速器在日常生活中随处可见。常见的电风扇无级调速器。电风扇无级调速器在日常生活中随处可见。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。旋动旋钮便可以调节电风扇的速度。电风扇无级调速器电风扇无级调
2、速器调速旋钮触发电路保护电路调速旋钮触发电路保护电路 (a)电风扇无级调速器电风扇无级调速器 (b)电风扇无级调速器电路原理图电风扇无级调速器电路原理图调速器电路由主电路和触发电路两部分构成。调速器电路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。变，作为晶闸管关断过电压的保护措施。一、双向晶闸管的工作原理一、双向晶闸管的工作原理双向晶闸管的结构双向晶闸管的结构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。其内双向晶闸管的外形与普通晶闸管类似，有
3、塑封式、螺栓式、平板式。其内部是是一种部是是一种NPNPN五层结构的三端器件。五层结构的三端器件。（a）内部结构内部结构 （b）等效电路等效电路 （c）图形符号）图形符号常见双向晶闸管引脚排列常见双向晶闸管引脚排列2.双向晶闸管的特性与参数双向晶闸管的特性与参数 双向晶闸管有正反向对称的双向晶闸管有正反向对称的伏安特性曲线伏安特性曲线。双向晶闸管的主要参数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。定义相似。w 双向晶闸管的额定电流定义为：在标准散热条件下，当器件的单向导通双向晶闸管的额定电流定义为：在标准散热条件下，当
4、器件的单向导通角大于角大于170，允许流过器件的最大交流正弦电流的有效值，用，允许流过器件的最大交流正弦电流的有效值，用IT(RMS)表示。表示。w 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T(RMS)T(RMS)T(AV)45.02III例如例如，一个，一个100A的双向晶闸管与两个反并联的双向晶闸管与两个反并联45A的普通晶闸管电流容量相的普通晶闸管电流容量相等。等。例如例如型号型号KS50-10-21表示额定电流表示额定电流50A，额定电压，额定电压10级（级（1000V）断态电）断态电压临界上升率压临界上升率du/
5、dt为为2级（不小于级（不小于200V/s）,换向电流临界下降率换向电流临界下降率di/dt为为1级（不小于级（不小于1IT(RMS)）的双向晶闸管。）的双向晶闸管。有关有关KS型双向晶闸管的主要参数和分级的规定。型双向晶闸管的主要参数和分级的规定。双向晶闸管的触发方式双向晶闸管的触发方式可以得到四种触发方式：可以得到四种触发方式：1）+触发方式触发方式 主极主极T1为正，为正，T2为负；门极电压为负；门极电压G为正，为正，T2为负。特性为负。特性曲线在第曲线在第象限。象限。2）-触发方式触发方式 主极主极T1为正，为正，T2为负；门极电压为负；门极电压G为负，为负，T2为正。特性曲为正。特性
6、曲线在第线在第象限。象限。3）+触发方式触发方式 主极主极T1为负，为负，T2为正；门极电压为正；门极电压G为正，为正，T2为负。特性为负。特性曲线在第曲线在第象限。象限。4）-触发方式触发方式 主极主极T1为负，为负，T2为正；门极电压为正；门极电压G为负，为负，T2为正。特性曲为正。特性曲线在第线在第象限。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，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，以以+触发方式灵敏度最低，使用时要尽量避开，常采用的触发方式为触发方式灵敏度最低，使用时要尽量避开，常采用的触发方式为+和和-。（1）简易触发电路）简易触发电路双向晶
7、闸管的简易触发电路双向晶闸管的简易触发电路双向晶闸管的简易触发电路分析双向晶闸管的简易触发电路分析电风扇无级调速电路图，接通电源后，电容电风扇无级调速电路图，接通电源后，电容C1充电，当电容充电，当电容C1两端电两端电压的峰值达到氖管压的峰值达到氖管HL的阻断电压时，的阻断电压时，HL亮，双向晶闸管亮，双向晶闸管VT被触发导被触发导通，电扇转动。改变电位器通，电扇转动。改变电位器RP的大小，即改变了的大小，即改变了C1的充电时间常数，的充电时间常数，使使VT的导通角发生变化，也就改变了电动机两端的电压，因此电扇的的导通角发生变化，也就改变了电动机两端的电压，因此电扇的转速改变。由于转速改变。由
8、于RP是无级变化的，因此电扇的转速也是无级变化的。是无级变化的，因此电扇的转速也是无级变化的。（2)单结晶体管触发单结晶体管触发单结晶体管触发的交流调压电路，调节单结晶体管触发的交流调压电路，调节RP阻值可改变负载阻值可改变负载RL上电压的上电压的大小。大小。(3）集成触发器）集成触发器K006组成的双向晶闸管移相交流调压电路组成的双向晶闸管移相交流调压电路K006组成的双向晶闸管移相交流调压电路分析组成的双向晶闸管移相交流调压电路分析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。交流移相控制。RP1用于调
9、节触发电路锯齿波斜率，用于调节触发电路锯齿波斜率，R4、C3用于调用于调节脉冲宽度，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。为移相控制电位器，用于调节输出电压的大小。交流调压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。电能。1.电阻性负载电阻性负载在电源正半周触发在电源正半周触发VT导通，有正向电流流过导通，有正向电流流过RL，负载端电压，负载端电压uR为正为正值，电流过零时值，电流过零时VT自行关断；在电源负半周时，再触发自行关断；在电源负半周时，再触发VT导通，有导通，有反向电流流过反向电流流过R
10、L，其端电压，其端电压uR为负值，到电流过零时为负值，到电流过零时VT再次自行关再次自行关断。然后重复上述过程。改变角断。然后重复上述过程。改变角a即可调节负载两端的输出电压有效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。值，达到交流调压的目的。单相交流调压电路电阻负载电路及波形单相交流调压电路电阻负载电路及波形 （a）电路图）电路图 (b)波形图波形图单相交流调压电路电阻负载电路及波形分析单相交流调压电路电阻负载电路及波形分析 通过改变通过改变a可得到不同的输出电压有效值，从而达到交流调压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
11、的相应时的目的。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（刻（a、a）给触发脉冲，则和反并联电路一样可得到同样的可）给触发脉冲，则和反并联电路一样可得到同样的可调交流电压。调交流电压。电阻负载上交流电压有效值为电阻负载上交流电压有效值为电流有效值电流有效值电路功率因数电路功率因数电路的移相范围为电路的移相范围为0。2sin21)()sin2(1222UtdtUUR2sin212RURUIR2sin21cos2IUIUSPR电感性负载的交流调压电路。电感性负载的交流调压电路。下面分三种情况加以讨论。下面分三种情况加以讨论。（1），当，当时，时，180。如果触发脉冲为窄脉冲，当如果触发
12、脉冲为窄脉冲，当ug2出现时，出现时，VT1管的电流还未到零，管的电流还未到零，VT1管关不断，管关不断，VT2管不能导通。当管不能导通。当VT1管电流到零关断时，管电流到零关断时，ug2脉冲已消脉冲已消失，此时失，此时VT2管虽已受正压，但也无法导通。到第三个半波时，管虽已受正压，但也无法导通。到第三个半波时，ug1 又又触发触发VT1导通。这样负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电导通。这样负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电路不能正常工作。因而电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采路不能正常工作。因而电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。用宽脉
13、冲或脉冲列触发。单相交流调压电感负载电路单相交流调压电感负载电路 单相交流调压电感负载波形图单相交流调压电感负载波形图 单相交流调压的单相交流调压的特点特点：w 电阻负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流一致。电阻负载时，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。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。w 电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则会出现一个晶闸管无法导电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则会出现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。通，产生很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶
14、闸管。w电感性负载时，最小控制角电感性负载时，最小控制角 。所以的移相范围为阻抗角。所以的移相范围为阻抗角180，电阻负载时移相范围为，电阻负载时移相范围为0180。一、交流开关及其应用电路一、交流开关及其应用电路1晶闸管交流开关的基本形式晶闸管交流开关的基本形式 三相自动控温电热炉电路，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，与它采用双向晶闸管作为功率开关，与KT温控仪配合，实现三相电热炉的温度自动控制。温控仪配合，实现三相电热炉的温度自动控制。调功器调功器是利用晶闸管的过零控制可以实现交流功率调节，这种装置称是利用晶闸管的过零控制可以实现交流功率调节，这种装置称为为调功器或周
15、波控制器调功器或周波控制器 控制方式控制方式有有全周波连续式全周波连续式和和全周波断续式全周波断续式两种。两种。全周波过零触发输出电压波形全周波过零触发输出电压波形如在设定周期如在设定周期Tc内导通的周波数为内导通的周波数为n，每个周波的周期为，每个周波的周期为T（50Hz，T20ms），则调功器的输出功率调功器输出电压有效值），则调功器的输出功率调功器输出电压有效值Pn、Un为在为在设定周期设定周期Tc内晶闸管全导通时调功器输出的功率与电压有效值。显然，内晶闸管全导通时调功器输出的功率与电压有效值。显然，改变导通的周波数改变导通的周波数n就可改变输出电压或功率。就可改变输出电压或功率。w调功
16、器可以用双向晶闸管，也可以用两只晶闸管反并联联结，其触发电路调功器可以用双向晶闸管，也可以用两只晶闸管反并联联结，其触发电路可以采用集成过零触发器，也可利用分立元件组成的过零触发电路。可以采用集成过零触发器，也可利用分立元件组成的过零触发电路。w全周波连续式的过零触发电路由全周波连续式的过零触发电路由锯齿波发生锯齿波发生、信号综合信号综合、直流开关直流开关、同步同步电压电压与与过零脉冲输出过零脉冲输出五个环节组成。五个环节组成。w过零触发电路过零触发电路w过零触发电路分析过零触发电路分析1）锯齿波是由单结晶体管）锯齿波是由单结晶体管V6和和R1、R2、R3、RP1和和C1组成张驰组成张驰振荡器
17、产生的，经射极跟随器（振荡器产生的，经射极跟随器（V1、R4）输出。其波形如图（）输出。其波形如图（a）所示。所示。2）控制电压（）控制电压（Uc）与锯齿波电压进行叠加后送至）与锯齿波电压进行叠加后送至V2基极，合成基极，合成电压为电压为us。当。当us0(0.7V)，则，则V2导通；导通；us0(0.7V)时，时，V2管导通，管导通，Ube3接近零电位，接近零电位，V3管截止，直管截止，直流开关阻断。流开关阻断。当当Ube20时，时，V2截止，由截止，由R8、VD6和和R9组成的分压电路使组成的分压电路使V3导通，直流导通，直流开关导通，输出开关导通，输出24V直流电压，直流电压，V3通断时
18、刻如图通断时刻如图(c)所示。所示。VD6为为V3基极提基极提供一阀值电压，使供一阀值电压，使V2导通时，导通时，V3更可靠地截止。更可靠地截止。4）过零脉冲输出）过零脉冲输出 脉冲使晶闸管导通，增大控制电压，便可加长开关导通的时间，也就增脉冲使晶闸管导通，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。多了导通的周波数，从而增加了输出的平均功率。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，特别是当通断比较小时，会出现低频干扰，使照明出现人眼能觉察倒低，特别是当通断比较小
19、时，会出现低频干扰，使照明出现人眼能觉察倒的闪烁，电表指针的摇摆等。所以调功器通常用于热惯性较大的电热负载。的闪烁，电表指针的摇摆等。所以调功器通常用于热惯性较大的电热负载。过零触发电路的电压波形过零触发电路的电压波形固态开关固态开关是以双向晶闸管为基础是以双向晶闸管为基础构成的无触点通断组件。构成的无触点通断组件。固态开关说明固态开关说明图图(a)为采用光电三极管耦合器的为采用光电三极管耦合器的“0”压固态开关内部电路。压固态开关内部电路。图图(b)为光电晶闸管耦合器为光电晶闸管耦合器“0”电压开关。电压开关。图图(c)为光电双向晶闸管耦合器非为光电双向晶闸管耦合器非“0”电压开关。电压开关。三相交流调压的电路有多种形式，负载可连接成三相交流调压的电路有多种形式，负载可连接成或或Y形。形。三相交流调压电路接线方式及性能特点三相交流调压电路接线方式及性能特点 三相交流调压电路接线方式及性能特点三相交流调压电路接线方式及性能特点
