1、课题一课题一变流技术变流技术第一节第一节 认识晶闸管认识晶闸管第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路第四节第四节 单相触发电路单相触发电路第五节第五节 三相可控整流电路三相可控整流电路第六节第六节 三相触发电路三相触发电路第七节第七节 逆变电路逆变电路第一节第一节 认识晶闸管认识晶闸管 一、能力目标一、能力目标 1.认识常用的晶闸管器件。2.能解释具体的晶闸管型号。3.会选用和检测晶闸管。二、使用材料及工具二、使用材料及工具 不同外形的晶闸管、200可调电阻、导线、开关、指示灯、1.5V和6V直流电源（干电池或稳压电源均可）、万用表等。
2、第一节第一节 认识晶闸管认识晶闸管 三、项目要求三、项目要求 1.认识晶闸管外形结构 认真观察所给的晶闸管外型结构，并找出晶闸管的三个端子,即阳极A、阴极K、控制极G。各种不同外型的晶闸管外型如图1-1所示。（a）（b）（c）（d）第一节第一节 认识晶闸管认识晶闸管 2.解释晶闸管的型号 以Kp系列晶闸管为例，晶闸管的型号意义如图1-2所示。图1-2 晶闸管型号解释（e）（f）（g）图1-1 晶闸管的外型第一节第一节 认识晶闸管认识晶闸管 3.检测晶闸管 （1）判别晶闸管电极 方法一：根据晶闸管的封装形式来判断各电极。平板形普通晶闸管的引出线端为门极G，平面端为阳极A，另一端为阴极K；螺栓形普
3、通晶闸管的螺栓一端为阳极A，较细的引出线端为门极G，较粗的引出线端为阴极K。如图1-1（e）、（f）、（g）所示。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 方法二：用万用表R1k挡测量晶闸管任意两管脚间的电阻，如果其中有一管脚对另外两管脚的电阻均很大，在几百千欧以上，则该管脚为阳极A；再用万用表R10挡测另外两管脚间的电阻，应为几十欧到几百欧，得到正反不同的电阻值，电阻小时黑表笔所接的管脚为控制极G（又叫门极），红表笔所接的管脚为阴极K。首先设晶闸管的三管脚为1、2、3，用万用表的R1k挡测晶闸管任意两管脚间的电阻，记入表1-1。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 当测得某一管脚对另外两管脚的正、反
4、向电阻值均在几百千欧以上，则该管脚为 极。再用万用表R10挡测剩下的两管脚间的正、反向电阻，电阻小的一次，黑表笔接的管脚为 极，红表笔接的管脚为 极。R12（k）R21（k）R23（k）R32（k）R13（k）R31（k）表1-1 晶闸管任意两管脚间的电阻值第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 （2）判断晶闸管的好坏 请判断所给晶闸管的好与坏，具体判断方法如下：将万用表置于R1k挡，测量阳极A与阴极K之间的正反向电阻，正常时其电阻值都应在几百千欧以上，如果测得的电阻值很小或为零，则阳极A与阴极K之间短路；用万用表R10挡测门极G与阴极K之间正反向电阻，正常时应为数十欧到数百欧，反向电阻较正向电阻
5、略大，如测得的正反向电阻值都很大，则门极G与阴极K之间断路，如测得的阻值都很小或为零，则门极G与阴极K之间短路。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 用万用表R1k挡测A-K间的正、反向电阻，R10挡测G-K间的正、反向电阻，记入表1-2。RAK（k）RKA（k）RGK（）RKG（）表1-2 晶闸管A-K、G-K间的正、反向电阻值 当A-K间的正、反向电阻值均在 以上时，则A-K间是正常的；如果测得电阻值均很小或为零，则A-K间 。当K-G间的正、反向电阻值为 时，则K-G间是正常的；如果测得K-G间的正、反向电阻值均很小或为零，则K-G间 ；如果测得K-G间的正、反向电阻值均很大，则K-G间
6、。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 注：在测量门极G与阴极K之间的电阻值时，不允许使用R10k挡，以免表内高压电池击穿门极G的PN结，损坏晶闸管。（3）触发能力的检测 方法一：对于小功率（工作电流为5A以下）的普通晶闸管，可用万用表R1k挡测量。测量时黑表笔接阳极A，红表笔接阴极K，此时表针不动，显示阻值为无穷大（）。用镊子或导线将晶闸管的阳极A与门极短路,如图1-3（a）所示，相当于给G极加上正向触发电压，此时若电阻值为几欧姆至几十欧姆（具体阻值根据晶闸管的型号不同会有所差异），则表明晶闸管因正向触发而导通。再断开A极与G极的连接（A极、K极上的表笔不动，只将G极的触发电压断掉），若表针指
7、示值仍保持在几欧姆至几十欧姆的位置不动，则说明此晶闸管的触发性能良好。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 对于工作电流在5A以上的中、大功率普通晶闸管，检测时可在黑表笔端串接一只200可调电阻和一组干电池，重复上述步骤即可检测出中、大功率普通晶闸管的触发能力，如图1-3（b）所示。（a）（b）图1-3普通晶闸管触发能力的测试第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 方法二：如图1-4所示测试电路测试普通晶闸管的触发能力。当开关S断开时，晶闸管VT处于阻断状态，指示灯HL不亮（若此时HL亮，则是VT击穿或漏电损坏）。合上开关S后（使电路接通一下，为晶闸管VT的门极G提供触发电压），若指示灯HL一直亮着
8、，则表明晶闸管的触发能力良好；若指示灯亮度偏低，则表明晶闸管的性能不良、导通压降大（正常时导通压降为1V左右）。若开关S接通时，指示灯亮，而开关S断开时，指示灯熄灭，则说明晶闸管已损坏，触发性能不良。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管图1-4 普通晶闸管的测试电路第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 按图1-4所示进行电路接线，断开、合上开关S，观察指示灯状态，根据指示灯状态判断晶闸管触发能力，记入表1-3。开关（S）状态指示灯状态触发导通状态 断开 闭合先闭合，后断开表1-3 开关、指示灯状态与触发导通状态 四、工艺要求四、工艺要求 1.元器件和仪器的摆放规范。2.正确使用万用表，按要求选择挡
9、位。3.电路接线要规范、美观、布线合理。五、学习形式五、学习形式 由学生先预习项目要求，然后一人或两人一组按项目要求依次做，教师全场巡视，个别辅导，最后由教师集中讲解。六、检测标准六、检测标准 1.通过晶闸管的封装外型能判断出其阳极A，阴极K和控制极G。2.能用万用表判断出普通晶闸管的阳极A，阴极K和控制极G。3.能判断出晶闸管的好坏及触发能力。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 七、原理说明七、原理说明 1.普通晶闸管 晶闸管是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅，它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号V或VT表示（旧标准用“SCR”表示）。包括普通晶
10、闸管、双向晶闸管，门极关断晶闸管，逆导晶闸管、光控晶闸管、温控晶闸管、快速晶闸管等几种类型。它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点，被广泛用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种自动控制，异步电动机的变频调速和大功率的电能转换等场合。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 （1）普通晶闸管的基本结构 普通晶闸管是由PNPN四层半导体材料组成的三端半导体器件，有三个PN结，对外有三个电极，第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K,如图1-5（a）所示，晶闸管的图形符号如图1-5（b）所示J1J2J3（a）结构 （b
11、）图形符号图1-5 普通晶闸管的结构与图形符号第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 （2）普通晶闸管的工作原理 普通晶闸管的阳极A与阴极K之间具有单向导电的性能。当晶闸管反向连接（即A极接电源负端，K极接电源正端）时，无论门极G所加电压是什么极性，晶闸管均处于阻断状态。当晶闸管正向连接（即A极接电源正端，K极接电源负端）时，若门极G所加触发电压为负时，则晶闸管也不导通，只有其门极G加上适当的正向触发电压时，晶闸管才能由阻断状态变为导通状态。此时，晶闸管阳极A极与阴极K极之间呈低阻导通状态，阳极A和阴极K极之间压降约为1V。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 普通晶闸管受触发导通后，其门极G即使失
12、去触发电压，只要阳极A和阴极K之间仍保持正向电压，晶闸管将维持低阻导通状态，即晶闸管导通后门极G失去控制作用。只有去掉阳极正向电压，或者给阳极加反向电压，或者降低正向阳极电压，这样就使通过晶闸管的阳极电流降低到维持电流以下，普通晶闸管才由低阻导通状态转换为高阻阻断状态，即晶闸管关断状态。普通晶闸管一旦阻断，即使其阳极A与阴极K之间又重新加上正向电压，仍需在门极G和阴极K之间重新加上正向触发电压后方可导通。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 由以上分析得出如下结论：晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才
13、导通。晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去控制作用。晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。普通晶闸管的导通与阻断状态相当于开关的闭合和断开状态，可用它作为可控整流器的器件。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 （3）晶闸管的主要参数 断态重复峰值电压UDRM 指在门极开路而器件的结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。若加在管子上的电压大于UDRM，管子可能会失控而自行导通。反向重复峰值电压 URRM 指门极开路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。当加在管子上反向电压大
14、于URRM时，管子可能会被击穿而损坏。通常把UDRM和URRM中较小的那个数值标作晶闸管型号上的额定电压。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 额定正向平均电流 IT 其定义和二极管的额定整流电流意义相同，是指在规定环境温度和标准散热条件下晶闸管正常工作时A极和K极间所允许通过电流的平均值。要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期，即使IT值没超过额定值，但峰值电流将非常大，可能超过管子所能提供的极限。正向平均管压降UF 正向平均管压降UF也称通态平均电压UT ，指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正弦波半个周期内UAK的平均值，一般为0.41.2V。第一节第一节 认识晶体管认识晶
15、体管 维持电流IH 指在常温门极开路时，晶闸管从较大的通态电流降到刚好能维持通态所需要的最小通态电流。一般IH值从几十到几百毫安，视晶闸管电流容量大小而定。门极触发电流IGT 指在规定环境温度和晶闸管A极、K极之间为一定值电压的条件下，使晶闸管从阻断状态转变为导通常状态所需要的最小门极直流电流。常温下，使晶闸管能完全导通所需的门极电流，一般为毫安级。门极触发电压UGT 指在规定环境温度和晶闸管A极、K极之间为一定值正向电压的条件下，使晶闸管从阻断状态转变为导通常状态所需要的最小门极直流电压。产生门极触发电流所必须的最小门极电压，一般为1.5V左右。第一节第一节 认识晶体管认识晶体管 （4）晶闸
16、管的选择 晶闸管额定电压的选择 晶闸管实际工作时承受的正常峰值电压应低于正、反向重复峰值电压UDRM和URRM，并留有2倍的额定电压值的余量，还应有可靠的过电压保护措施。晶闸管额定电流的选择 晶闸管实际工作通过的最大平均电流应低于额定通态平均电流IT，并应根据电流波形的变化进行相应换算，还应有1.52倍的余量及过电流保护措施。关于门极触发电压和电流的选择 晶闸管实际触发电压和电流应大于晶闸管参数UGT和IGT，以保证晶闸管可靠地被触发，但也不能超过允许的极限值。第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）一、能力目标一、能力目标 1.认识其它变流新器件。2.能解释具体的变流新器件的型号。
17、3.会检测门极可关断晶闸管（GTO）。二、使用材料及工具二、使用材料及工具 新型的变流器件（如GTO，BJT，MOSFET，IGBT，IPM等）、一个双刀双掷开关、3V和6V直流电源（干电池或稳压直流电源均可）、导线、指示灯、47可调电阻、万用表等。第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）三、项目要求三、项目要求 1.认识各种新型的变流器件的外形结构 认真观察所给的新型的变流器件（如GTO、BJT、MOSFET、IGBT、IPM等）外形结构。各种新型的变流器件的外形图如图2-1所示。（a）IJBT （b）GTO （c）GTO （d）IPM （e）MOSFET图2-1 新型的变流器件外
18、形图第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）2.解释新型变流器件的型号 以富士IPM模块为例，如图2-2所示解释新型变流器件的型号。7 MBP 50 RT A 060-01 机型的序列号 耐压060：600V 120:1200V 系列的序列号 系列名R:R-IPM RT:R-IPM3 TE:Econo IPM 变频器额定电流 50：50A 表示 IGBT-IPM 主元件数7：制动电路内置 6：无制动电路 图2-2 新型变流器件的型号解释第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）3.检测门极可关断晶闸管GTO （1）判别GTO的各电极 GTO三个电极判断方法与项目1普通晶闸管的
19、电极判断方法相同。即用万用表的R100挡，测任意两脚间的电阻，仅当黑表笔接门极G，红表笔接阴极K时，电阻呈低阻值，对其它情况电阻值均为无穷大。由此可以判断门极G和阴极K，剩下的就是阳极A。首先设GTO的三个管脚为1、2、3，然后测任意两管脚间的电阻计入表2-1。第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）由测量结果可以判断出GTO的各电极，即管脚1为 极，管脚2为 极，管脚为 极。R12（）R21（）R23（）R32（）R13（）R31（）表2-1 GTO任意两管脚间的电阻值第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）（2）检测GTO的触发能力和关断能力 电路如图2-3所示，当开关
20、S断开时，GTO不导通，指示灯不亮。将开关S的K1触点接通时，为G极加上正向触发信号，指示灯亮，说明GTO已被触发导通，若将S从K1断开，指示灯维持发光，则说明GTO的触发能力正常。若将开关S的K2触点接通，为G极加上反向触发信号，指示灯熄灭，则说明GTO的关断能力正常。第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）图2-3 GTO的触发、关断能力判断电路第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）按图2-3所示电路接线，开关S指示灯的状态及GTO的触发、关断能力判断结果记入表2-2。开关（S）状态指示灯触发和关断情况断开S接通触点K1S从K1断开S接通触点K2表2-2 GTO的触发
21、能力与关断能力的检测结果第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）四、工艺要求四、工艺要求 1.元器件和仪器的摆放要规范。2.正确使用万用表，按要求选择挡位。3.电路接线规范、合理、美观、整齐。五、学习形式五、学习形式 可两人一组或多人一组先预习项目要求，然后依照项目要求由学生先做，教师全场巡视，个别辅导，最后教师集中讲解。六、检测标准六、检测标准 1.能根据元器件的铭牌型号判断出器件的类型。2.能用万用表判断GTO的各电极。3.能通过开关S的状态，指示灯的状态判断出GTO的触发能力和关断能力。第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）七、原理说明七、原理说明 1.门极可关断晶
22、闸管（GTO）门极可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控晶闸管。其主要特点为当门极加正向触发信号时晶闸管能就能导通，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件，其结构及等效电路和普通晶闸管相同，只是采取了特殊的工艺，使管子导通后，内部两个等效晶体管的放大倍数一直保持近似于1，使管子工作在接近临界饱和状态。门极可关断晶闸管（GTO）的图形符号如图2-4所示。第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）门极可关断晶闸管（GTO）既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，同时又具有主电路组件少，结构简单，体积变小，成本低，
23、不需要强迫换流装置，开关损耗小，噪声小，容易实现PWM脉宽调制控制和自关断能力（在门极上加一个适当的负电压，则能使管子关断）等优点，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR）,目前GTO已达到3000A、4500V的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，正逐渐取代普通晶闸管。图2-4 门极可关断晶闸管（GTO）的图形符号第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）2.功率晶体管（GTR）功率晶体管GTR（BJT）又称为巨型晶体管，是一种耐高压、大电流的双极型晶体管，一般为模块化，内部为二极或三极达林顿结构。该器
24、件与GTO一样都是电流控制型器件，因而所需驱动功率较大，但其开关频率要高于GTO，它即保留了晶体管的基本特性，又扩大了容量，是形成其他多种电流控制性器件的基础。利用功率晶闸管GTR组成的换流电路具有开关速度快，饱和降压低，功耗小，安全工作区宽和自关断能力（切断基极电流即可切断集电极电流）等特点。将两个以上的GTR晶体管及其他换流电路所需的元器件集成在一起构成模块型电力晶体管，该类模块的三个电极与散热片隔离，使得散热更容易更均匀，结构更趋于小型化。这类模块型电力晶体管广泛用于中小容量的PWM通用变频器或UPS电源等场合。但缺点是开关频率低，最高为2KHz左右，因而以GTR为逆变器件的变频器的载波
25、频率也较低，电动机有较大的电磁噪声，目前大多被绝缘栅双极晶体管（IGBT）和功率场效应管（PowerMOSFET）所取代。第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）3.功率场效应晶体管（MOSFET）功率场效应晶体管（MOSFET）是电压控制型电力电子开关器件，与双极型晶体管不同，其门极控制信号是电压而不是电流。它有三个管脚，分别表示为栅极G、源极S、漏极D。功率场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor）即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET，属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二
26、氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻。功率场效应晶体管MOSFET有N沟道和P沟道两种,通常是将衬底（基板）与源极S接在一起。N沟道功率MOSFET类似于NPN型晶体管，当栅极G与源极S间输入正向电压时，漏极 D至源极S之间导通。P沟道功率MOSFET类似于PNP型晶体管，当栅极G与源极S间输入反向电压时，漏极D至源极S之间导通。功率场效晶体管MOSFET的图形符号如图2-5所示。第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）功率场效应管（MOSFET）是新型的功率开关器件，它继承了传统的MOSFET的特点，又吸收了功率晶体管（GTR）的特点。因而具有开关速度高，驱动功率小，安全工作区域宽
27、，过载能力强，抗干扰能力强，并联容易等优点，越来越受到人们的重视，广泛应用于高频电源变换、电机调速、高频感应加热等领域.。（a）N沟道 （b）P沟道图2-5 功率场效应晶体管MOSFET的图形符号第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）4.绝缘栅极晶体管（IGBT）绝缘栅极晶体管IGBT是MOSFET和BJT（GTR）相结合的一种新型复合器件。其主体部分与晶体管相似，也有集电极C和发射极E；而驱动部分与绝缘栅极场效应管相似，引出栅极G，图形符号如图2-6所示。绝缘栅极晶体管IGBT集 MOSFET和GTR的优点于一身，它采用电压控制，在大电流状态下工作时，导通内阻较低，管压降小，对温
28、度不敏感，具有开关速度快，通态电压低，可靠性高，功率大，输入阻抗高，耐压高，驱动电路简单，保护容易等特点。其中输入阻抗高是场控制器MOSFET的特性；通态电压低是BJT（GTR）的特性。基于绝缘栅极晶体管IGBT的上述优点，使它用于通用变频器比BJT（GTR）有更大的吸引力，有更广泛的应用领域，目前已成为通用变频器大功率开关电源，逆变器等电力电子装置的理想功率器件。第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）5.智能功率模块（IPM）智能功率模块IPM（Intelligent Power Module）一般使用IGBT作为功率开关元件，不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有
29、过电压，过电流和过热等故障检测电路，即使发生负载事故或使用不当，也可以使IPM自身不受损坏，并可将检测信号送到CPU。它的智能化主要表现在实现控制功能，保护功能和接口功能等三方面。IPM模块采用陶瓷绝缘结构，可以直接安装在散热器上，散热效果好。输入、输出端子并排成一列，间距为标准的2.54mm，用一个通用插件即可连接，利用导针便可插入印制电路板的插头中。直流输入端（P、N）、制动单元输出端（P、B）及通用变频器输出端（U、V、W）等各端子安排得紧凑、合理，全部接线采用插件或螺钉，装拆方便。因而IPM模块具有抗干扰能力强，不易损坏，体积小，结构紧凑，模块压降小，可靠性高，开关速度快，低功耗，效率
30、高，节电效果好，无须采取防静电措施等优点。第二节第二节 其他变流新器件（其他变流新器件（*）IPM除了在工业变频器中被大量采用之后，经济型的IPM在近年内也开始在一些民用品如家用空调变频器，冰箱变频器、洗衣机变频器中得到应用。IPM仍在向更高的水平发展，使其应用范围更为广泛，从异步电动机的变频调速、驱动装置到不停电电源装置、SVG装置等，可以说凡是涉及到大功率开关器件、电力变换等场合，只要容量允许，都可以应用它。图2-6 绝缘栅极晶体管（IGBT）的图形符号第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 一、能力目标一、能力目标 1.晶闸管单相半控桥整流方法。2.熟悉晶闸管单相全控桥整流方法。
31、3.掌握整流输出电压波形的绘制。二、使用材料及工具二、使用材料及工具 单相半控桥式整流电路底板、单结管整触发电路底板、单相自耦调压器（3kvA）、滑线变阻器（2001A）、电抗器、直流电流表、双踪示波器、直流电源（100V）、直流电动机等。第二节 其他变流新器件（*）第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 三、项目要求三、项目要求 晶闸管单相半控整流电路如图3-1所示。它由可控整流主电路和单结管触发电路两部组成。按图3-1进行接线，依下列步骤进行实验。图3-1 晶闸管单相半控整流电路第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 1.单结晶体管触发电路 断开负载，接通电源开关，用示波器
32、依次观察并记录锯齿波电压uG1、uG2。记录波形时，注意各波形间对应关系，并标出电压幅度及波形。改变移相电位器R*阻值，观察电压uG1、uG2波形的变化及移相范围，并将数据记录在表3-1中。uG1幅值uG2幅值uG1波形uG2波形移相范围表3-1 触发脉冲第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 2.电阻负载的实验 断开电源开关，在主电路接上电阻负载，合上电源开关，用示波器记录在不同角时，负载两端电压ud，TR的二次侧电压u2幅值及波形，ud、uVT、uVD1的波形，测量相应电源电压u2和负载电压ud的数值，记录于表3-2中。30 60 90 120 150u2ud（记录值）ud/u2u
33、d（计算值）表3-2 不同控制角下各实验数据第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 比较ud/u2和0.9（1+cos）/2的大小，结论是_。在图3-2中绘制ud、id波形。图3-2 电阻负载ud、id波形第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.电阻电感负载的实验 断开电源，Q1断开，接上电阻电感负载，改变R大小，用示波器观察不并联续流二极管VD情况下，不同控制角情况下的负载电压和电流ud、id波形。并在图3-3（a）上绘制Ud、id波形。图3-3 电阻电感负载ud、id波形第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 突然切断触发脉冲电路时，观察ud的波形，会发现_现象
34、。在晶闸管无触发脉冲时，ud应该为零，实际上负载ud为半波电压。这种现象称为失控，是不允许的。闭合Q1，改变R大小，用示波器观察并联续流二极管VD情况下，不同控制角情况下的负载电压和电流ud、id波形。并记录在图3-3（b）中。突然切断触发脉冲电路时，观察ud的波形，失控现象是否存在。续流二极管VD的作用是_。第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 4.直流电动机负载的实验 接上电动机负载，同时将触发电路给定电压uC调到零位。合上主电路电源，调节uC使ud由零逐渐上升到额定值，电动机降压起动。用示波器观察并记录不同角时，输出电压ud、id波形，并绘制在图3-4中。图3-4直流电动机负载
35、ud、id波形第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 四、工艺要求四、工艺要求 1.接线符合规范，续流二极管VD不能接反。2.注意开关通断顺序。3.保证仪器仪表的正确使用和用电的安全。五、学习形式五、学习形式 本项目的学习形式建议以小组的形式进行，为保证每个学生的动手能力，每组以24人为宜。指导教师采用集体的形式进行对电路组成作简单的介绍，对实验进行示范教学,提醒实验的注意事项。学生动手之前时，应阅读图纸，熟悉实验步骤和注意事项。指导教师在各组巡视、辅导，并可对个别学生现场提问。通过本实践训练，着重培养学生的操作水平和分析问题的能力、培养团结协作能力、与人相处的能力和一定的语言表达能力
36、。第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 六、检测标准六、检测标准 1.准确画出实验中记录的波形（注意各波形间对应关系），并进行讨论。2.能够对实验数据uL=ud/u2与理论计算数据0.9（1+cos）/2进行比较，并分析产生误差原因。七、原理说明七、原理说明 1.单相半波可控整流电路 单相半波可控整流电路如图3-5所示，设u2=U2sin（t）。其工作原理是：正半周：0tt1，ug=0，VT1正向阻断，id=0,ud=0；t=t1时,加入ug脉冲，VT1导通，忽略其正向压降，ud=u2,id=ud/Rd。第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 负半周：t2当u2自然过零时，V
37、T1由于承受反压自行关断,ud=0,id=0。注：从0到t1的电度角为，叫控制角。从t1到的电度角为，叫导通角，显然+=。当=0，=180度时，可控硅全导通，与不可控整流一样，当=180度，=0度时，可控硅全关断，输出电压为零。改变控制角的大小，可改变ud大小。ud波形为非正弦波，其波形如图3-5所示，从图可知改变的大小，ud波形在变化，其平均值也在变化，其平均值（直流电压）为：2211 cos2sin0.4522UtUUd=第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路图3-5 单相半波可控整流第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 2.单相桥式半控整流电路 （1）电阻负载 电路与波
38、形如图3-6所示。VT1、VT2的阴极接在一起称共阴极连接。即使触发脉冲Ug1、Ug2同时触发两管时，只能使阳极电位高的管子导通，导通后使另一管子承受反压而截止。二极管VD1、VD2为共阳极连接，总是阴极电位低的管子导通。其工作原理是：图3-6 单相桥式半控整流第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 正半周：t1时刻加入Ug1，VT1，VD2导通，电流经VT1RdVD2路径形成电流通路。uVT1=0,ud=u2,uVT2=-u2。u2过零时，VT1自行关断。负 半 周：t2时 刻 加 入 ug 2，V T 2 导 通，电 流 经VT2RdVD1路径形成电流通路。uVT2=0,ud=-u
39、2,uVT1=u2。u2过零时,VT2自行关断。ud为非正弦波，其幅值为半波整流的两倍，所以Rd上的直流电压ud为：1cos0.922duU第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 （2）大电感整流电路 电机电器的电磁线圈、带电感滤波的电阻负载等均属于电感性负载。当输出端串接的电感Ld足够大，使负载电流波形为一水平直线时，这种负载通常称大电感负载。图3-7 电阻电感负载第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 以图3-6半波整流电路为例，接上图3-7（a）负载，在t1t时，VT1、VD2导通。当u2电压下降到零并开始变负时，由于电感感生电动势的作用，使电流不能为零，该电流维持VT1
40、的导通，此时2点的电位比1点高，VD1导通。电流经VT1，VD1形成回路。在t2 时刻触发VT2，VT2导通。同时2点的电位比1点高，VD1导通。电流经VT2，VD1形成回路。这种电路的特点是：晶闸管在触发时刻换流，二极管在电源过零时换流。流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为1800的方波且与无关。第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 这种电路看起来是可以工作的，但在实际运行时，当突然把控制角增大到1800或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通而两个二极管轮流导通的失控现象。例如在切断触发电路时，VT1正在导通，当u2变负时，由于Ld的作用，使电流通过VT1、VD1形成续
41、流。如果Ld中储存的能量在整个u2负半周都没有释放完，就使VT1在整个负半周都保持导通，当u2又进入正半周时VT1又承受正压继续导通，同时VD1关断，VD2导通。因此这种电路在不加触发脉冲时，负载上仍保留了正弦半波的输出电压，这种现象称失控。在使用时是不允许的。第三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 由于出现失控，所以这种半波桥式整流电路还需加接续流二极管，如图3-7（b）所示，由于负载电流流经续流二极管，使桥路输出电压只有1V左右，迫使晶闸管与二极管串联电路的电流减小到维持晶闸管导通所需电流以下，使晶闸管关断，不会出现失控情况。3.单相桥式全控整流电路图3-8 单相桥式全控整流电路第
42、三节第三节 单相可控整流电路单相可控整流电路 单相全控桥式整流电路如图3-8所示，电阻负载时，电路工作情况同半波桥式整流电路相同，所不同的是全控桥式整流电路每半周要求同时触发桥路对角的两只晶闸管，当负载为电阻电感负载时，u2为正时，同时ug1触发VT1、VT4，VT1、VT4导通，电源电压加于负载上，当过零为负时，由于电感上反电动势的作用，使VT1、VT4继续导通直至ug2触发VT2、VT3。负载电流改由VT2、VT3回路供给。第四节第四节 单相触发电路单相触发电路 一、能力目标一、能力目标 1.熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及调试方法。2.掌握单结晶体管触发电路的调试方法。3.掌握单结晶体
43、管触发电路控制角的确定方法。二、使用材料及工具二、使用材料及工具 单结管触发电路底板、单相自耦调压器（3KVA）、滑线变阻器（200，1A）、直流电流表、双踪示波器、直流电源（100V）等。第四节第四节 单相触发电路单相触发电路 四、项目要求四、项目要求 单结晶体管触发电路如图4-1所示。按图3-1进行接线，依下列步骤进行实验。图4-1 单结晶体管触发电路第四节第四节 单相触发电路单相触发电路 1.单结晶体管触发电路的调试，接通电源开关，用示波器依次观察电路中，各点的波形并画出波形。2.改变R*大小，观察脉冲G1、G2波形的频率变化。R*增大时，脉冲波形频率变_（大/小）。R*减小时，脉冲波形
44、频率变_（大/小）。3.改变移相电位器R*阻值，观察电压UG1、UG2波形的变化及移相范围，记入表4-1 中。UG 1幅值UG2幅值移相范围表4-1 控制角的移相范围第四节第四节 单相触发电路单相触发电路 4.改变移相电位器R*阻值，观察电压UG1、UG2波形，并将U2及Ug的波形绘制于图4-2中，根据图确定控制角的大小。图4-2 U2及Ug的波形第四节第四节 单相触发电路单相触发电路 四、工艺要求四、工艺要求 1.接线符合规范。2.注意开关通、断顺序。3.保证仪器仪表的正确使用和用电的安全。五、学习形式五、学习形式 本项目的学习形式建议以小组的形式进行，为保证每名学生的动手能力，每组以24人
45、为宜。指导教师采用集体的形式进行对电路组成作简单的介绍，对实验进行示范教学,提醒实验的注意事项。学生动手之前时，应阅读图纸，熟悉实验步骤和注意事项。指导教师在各组巡视、辅导，并可对个别学生现场提问。通过本实践训练，着重培养学生的操作水平和分析问题的能力、培养团结协作能力、与人相处的能力和一定的语言表达能力。第四节第四节 单相触发电路单相触发电路 六、检测标准六、检测标准 1.准确画出实验中记录的波形（注意各波形间对应关系），并进行讨论。2.能够确定影响触发脉冲的频率和宽度的因素。3.能够改变触发脉冲控制角，确定触发脉冲控制角大小。七、原理说明七、原理说明 1.对触发电路的要求 触发信号应有足够
46、的功率，为使电路在各种可能工作条件下都能触发，触发电路送出的触发电压和电流必须大于元件门极规定的触发电压和电流的最大值并留有足够的余量。第四节第四节 单相触发电路单相触发电路 触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能的陡。以使元件在触发导通后，阳极电流迅速上升而维持导通。触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路的要求。2.单结晶体管触发电路 由单结晶体管组成的触发电路，具有简单、可靠、触发脉冲前沿陡、抗干扰能力强以及温度补偿性能好等优点。在单相与要求不高的三相晶闸管装置中得到广泛应用。单结管自激振荡电路如图4-3所示。第四节第四节 单相触发电路单相触发电路图4-3 单结管自激
47、振荡电路第四节第四节 单相触发电路单相触发电路 电路工作原理是：电路通电后，单结晶体管截止，电源通过Re C对电容C充电，至单结管峰值电压Up时单结晶体管饱和导通。电容C通过单结晶体管 R1放电，至单结管谷点电压Uv时单结晶体管截止，电容又开始新的一个周期的充放电。由于电容C充电时间长，而放电时间很短。于是产生Ug触发脉冲电压信号。其中振荡频率是：其中：是单结晶体管的分压比。调节Re即可改变振荡频率。Re减小时，频率增大，脉冲密又多，Re增大时，频率减小，脉冲疏而少。但频率调节有一定范围的。输出电阻R1的大小影响脉冲的宽度与幅值，若R1太小，放电太快，脉冲太窄，不易触发晶闸管；若若R1太大，单
48、结管未导通时，由于单结管的漏电流在R1上产生的压降过大，可能造成晶闸管的误导通。通常取50100)11ln(Re1Cf第五节第五节 三相可控整流电路三相可控整流电路 一、能力目标一、能力目标 1.熟悉三相全控桥式整流电路的接线。2.观察不同负载电压、电流的波形。3.熟悉三相整流电路的工作原理。二、使用材料及工具二、使用材料及工具 锯齿波同步触发电路板、三相全控桥式整流主电路板、单路及双路稳压电源、三相整流变压器，三相同步变压器，电抗器，双踪示波器，万用表，变阻器，相序指示器等。第五节第五节 三相可控整流电路三相可控整流电路 三、项目项目要求要求 三相全控桥式整流电路如图5-1所示。它由触发电路
49、和主电路组成。按图5-1进行接线，依下列步骤进行实验。图5-1 三相全控桥式整流电路第五节第五节 三相可控整流电路三相可控整流电路 1.熟悉线路的组成，主变压器接法为D/Y-11，同步变压器接成_组别。2.电阻负载实验 按图5-1接好线，触发电路正常后，调节Ub，使Uc=0时，=1200。调节Uc,将数据填入表5-1中，并在图5-2中绘制Ud波形。Uc大小Ud大小0306090表5-1 改变时的实验数据第五节第五节 三相可控整流电路三相可控整流电路 将主变压器二次侧两相对调，观察Ud波形，观察波形是否正常，结论是_。图5-2 三相全控桥式整流=60输出波形 第五节第五节 三相可控整流电路三相可
50、控整流电路 3.电感、电阻负载 断开Q2，换上电感、电阻负载，调节Uc至Uc=0,调节Ub,使=90。改变Uc大小，在图5-3中记录Ud,UVT1波形及负载电流id波形。图5-3三相全控桥式整流=90输出波形 改变Rd的数值，观察id波形脉动情况。当Rd增加时，脉动情况是_。第五节第五节 三相可控整流电路三相可控整流电路 四、工艺要求四、工艺要求 1.接线符合规范，变压器的相序不能接错，2.先进行触发电路的测试，保证各触发脉冲相位正确。3.调整电位器时注意方向和和幅度的变化不能太大。4.在调整各锯齿波波形时，应将示波器Ya、Yb的灵敏度调至相同。5.闭合Q2前应将Uc调到零，调Uc时应均匀、平
