電力電子技術(shù)（第3版）PPT全套完整教學課件

電力電子技術(shù)（第3版）41.緒論.ppt2.項目一單相半波整流調(diào)光燈電路.ppt3.項目二單相橋式全控整流調(diào)光燈電路.ppt4.項目三單相交流調(diào)壓調(diào)光燈電路.ppt5.項目四同步電機勵磁電源電路.ppt 6.項目五開關(guān)電源電路.ppt 7.項目六中頻感應加熱電源.ppt 8.項目七變頻器逆變電路.ppt 9.項目八拓展項目.ppt 緒論緒論4一、什么是電力電子技術(shù)123二、電力電子技術(shù)的發(fā)展三、電力電子技術(shù)的主要功能四、電力電子技術(shù)的應用一、什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)是建立在電子學、電力學和控制學三個學科基礎(chǔ)上的一門邊緣學科，它橫跨“電子”、“電力”和“控制”三個領(lǐng)域，主要研究各種電力電子器件，以及由電力電子器件所構(gòu)成的各種電路或變流裝置，以完成對電能的變換和控制。它運用弱電（電子技術(shù)）控制強電（電力技術(shù)），是強弱電相結(jié)合的新學科。電力電子技術(shù)是目前最活躍、發(fā)展最快的一門學科。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學、電機工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)，已逐步發(fā)展成為一門多學科互相滲透的綜合性技術(shù)學科。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的發(fā)展是以電力電子器件為核心發(fā)展起來的。從20世紀50年代中到70年代末，以大功率硅二極管、雙極型功率晶體管和晶閘管應用為基礎(chǔ)（尤其是晶閘管）的電力電子技術(shù)發(fā)展比較成熟。20世紀70年代末以來，兩個方面的發(fā)展對電力電子技術(shù)引起了巨大的沖擊。一是微機的發(fā)展對電力電子裝置的控制系統(tǒng)、故障檢測、信息處理等起了重大作用，今后還將繼續(xù)發(fā)展；二、電力電子技術(shù)的發(fā)展二是微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等滲透到電力電子器件中，開發(fā)出更多的新一代電力電子器件。其中除普通晶閘管向更大容量（6500V、3500A）發(fā)展外，門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)電壓已達4500V，電流已達

2500～3000A；雙極型晶體管也向著更大容量發(fā)展，20世紀80年代中后期，其工業(yè)產(chǎn)品最高電壓達1400V，最大電流達400A，工作頻率比晶閘管高得多，采用達林頓結(jié)構(gòu)時電流增益可達75～200。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，美國和日本于1981～1982年間相繼研制成光控晶閘管并用于直流輸電系統(tǒng)。這種光控管與電觸發(fā)的晶閘管相比，簡化了觸發(fā)電路，提高了絕緣水平和抗干擾能力，可使變流設(shè)備向小型、輕量方向發(fā)展，既降低了造價，又提高運行的可靠性。同時，場控電力電子器件也得到發(fā)展，如功率場效應晶體管(PowerMOSFET)和功率靜電感應晶體管(SIT)已達千伏級和數(shù)十至數(shù)百安級的電壓、電流等級，中小容量的工作頻率可達兆赫級。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展由場控和雙極型合成的新一代電力電子器件，如絕緣柵雙極型晶體管（IGT或IGBT）和MOS控制晶閘管（MCT）也正在興起，容量也已相當大。這些新器件均具有門極關(guān)斷能力，且工作頻率可以大大提高，使電力電子電路更加簡單，使電力電子裝置的體積、重量、效率、性能等各方面指標不斷提高，它將使電力電子技術(shù)發(fā)展到一個更新的階段。與此同時，電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置的計算機模擬和仿真技術(shù)也在不斷發(fā)展。三、電力電子技術(shù)的主要功能電力電子技術(shù)的功能是以電力電子器件為核心，通過對不同電路的控制來實現(xiàn)對電能的轉(zhuǎn)換和控制。其基本功能如下。（1）可控整流。將交流電變換為固定或可調(diào)的直流電，亦稱為AC/DC變換。（2）逆變。把直流電變換為頻率固定或頻率可調(diào)的交流電，亦稱為DC/AC變換。其中，把直流電能變換為50Hz的交流電反送交流電網(wǎng)稱為有源逆變，把直流電能變換為頻率固定或頻率可調(diào)的交流電供給用電器則稱為無源逆變。三、電力電子技術(shù)的主要功能（3）交流調(diào)壓與周波變換。把交流電壓變換為大小固定或可調(diào)的交流電壓稱為交流調(diào)壓。把固定或變化頻率的交流電變換為頻率可調(diào)的交流電稱為變頻（周波變換）。交流調(diào)壓與變頻亦稱為AC/AC變換。（4）直流斬波。把固定的直流電變換為固定或可調(diào)的直流電，亦稱為DC/DC變換。（5）無觸點功率靜態(tài)開關(guān)。用于接通或斷開交直流電流通路，可以取代接觸器、繼電器。上述變換功能通稱為變流。故電力電子技術(shù)通常也稱為變流技術(shù)。實際應用中，可將上述各種功能進行組合。四、電力電子技術(shù)的應用電力電子技術(shù)的應用領(lǐng)域相當廣泛，遍及龐大的發(fā)電廠設(shè)備到小巧的家用電器等幾乎所有電氣工程領(lǐng)域。容量可達1GW至幾W不等，工作頻率也可由幾赫茲至100MHz。四、電力電子技術(shù)的應用（1）一般工業(yè)。工業(yè)中大量應用各種交直流電動機。直流電動機有良好的調(diào)速性能，為其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來，由于電力電子變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使得交流電動機的調(diào)速性能可與直流電動機相媲美，交流調(diào)速技術(shù)大量應用并占據(jù)主導地位。大至數(shù)千千瓦的各種軋鋼機，小到幾百瓦的數(shù)控機床的伺服電動機都廣泛采用電力電子交直流調(diào)速技術(shù)。一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節(jié)能的目的。還有一些不調(diào)速的電動機為了避免啟動時的電路沖擊而采用了軟啟動裝置，這種軟啟動裝置也是電力電子裝置。四、電力電子技術(shù)的應用電化學工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應加熱電源、淬火電源等場合。四、電力電子技術(shù)的應用（2）交通運輸。電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電力機車中的直流機車采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電動機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)。電動汽車的電機靠電力電子裝置進行電力變換和驅(qū)動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一輛高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動并控制。四、電力電子技術(shù)的應用飛機、船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開電力電子技術(shù)。如果把電梯也算做交通運輸工具，那么它也需要電力電子技術(shù)。以前的電梯大都采用直流調(diào)速系統(tǒng)，而現(xiàn)在交流調(diào)速已成為主流。四、電力電子技術(shù)的應用（3）電力系統(tǒng)。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應用。據(jù)估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60％以上的電能至少經(jīng)過一次以上的電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進程中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一?？梢院敛豢鋸埖卣f，如果離開電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可實現(xiàn)的。直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流站和受電端的逆變站都采用晶閘管變流裝置。近年發(fā)展起來的柔性交流輸電也是依靠電力電子裝置才得以實現(xiàn)。四、電力電子技術(shù)的應用無功補償和諧波抑制對電力系統(tǒng)有重要的意義。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無功補償裝置。近年來出現(xiàn)的靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優(yōu)越的無功功率和諧波補償?shù)男阅?。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進行電能質(zhì)量控制，改善供電質(zhì)量。在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。四、電力電子技術(shù)的應用（4）電子裝置用于電源。各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機所用的直流電源采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內(nèi)部的電源也都采用高頻開關(guān)電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于開關(guān)電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已逐步取代了線性電源。因為各種信息技術(shù)裝置都需要電力電子裝置提供電源，所以可以說信息電子技術(shù)離不開電力電子技術(shù)。四、電力電子技術(shù)的應用（5）家用電器。種類繁多的家用電器，小至一臺調(diào)光燈具、高頻熒光燈具，大至通風取暖設(shè)備、微波爐以及眾多電動機驅(qū)動設(shè)備都離不開電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)廣泛用于家用電器使得它和我們的生活變得十分貼近。四、電力電子技術(shù)的應用（6）新能源。隨著經(jīng)濟的快速增長和社會的全面進步，我國的能源供應和環(huán)境污染問題越來越突出，開發(fā)和利用新型能源的需求更加迫切，電力電子技術(shù)作為新型能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及前景，緊密聯(lián)系著社會的進步與需求。電力電子技術(shù)在新型能源發(fā)電系統(tǒng)中也被廣泛應用，包括風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、燃料電池等。（7）其他。不間斷電源（UPS）在現(xiàn)代社會中的作用越來越重要，用量也越來越大。目前，UPS在電力電子產(chǎn)品中已占有相當大的份額。四、電力電子技術(shù)的應用以前電力電子技術(shù)的應用偏重于中、大功率?，F(xiàn)在，在1kW以下，甚至幾十瓦以下的功率范圍內(nèi)，電力電子技術(shù)的應用也越來越廣，其地位也越來越重要。這已成為一個重要的發(fā)展趨勢，值得引起人們的注意?？傊?，電力電子技術(shù)的應用范圍十分廣泛。從人類對宇宙和大自然的探索，到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，再到我們的衣食住行，到處都能感受到電力電子技術(shù)的存在和巨大魅力。TheEnd項目一項目一單相半波整流調(diào)光燈電路任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試一、任務描述與目標晶閘管（Thyristor）是一種開關(guān)元件，具有可控單向?qū)щ娦?，即和一般的二極管一樣單向?qū)щ姡c一般二極管不同的是，導通時刻是可以控制的，被廣泛應用于可控整流、調(diào)光、調(diào)壓、調(diào)速、無觸點開關(guān)、逆變及變頻等方面。在實際晶閘管的使用過程中，我們除了能確定晶閘管的管腳和對其好壞進行判斷外，還要掌握其導通關(guān)斷條件。本次任務的目標如下。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試認識晶閘管的外形結(jié)構(gòu)。能根據(jù)外形，判斷晶閘管的三個端子。明白晶閘管型號的含義。會判斷器件的好壞并能說明原因。通過晶閘管導通關(guān)斷測試，掌握晶閘管工作原理。會根據(jù)電路要求選擇晶閘管，初步具備成本核算意識。在小組實施項目過程中培養(yǎng)團隊合作意識。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（一）晶閘管結(jié)構(gòu)及導通關(guān)斷條件1．晶閘管結(jié)構(gòu)晶閘管是一種大功率PNPN四層半導體元件，具有3個PN結(jié)，引出3個極，陽極A、陰極K、門極（控制極）G，其外形及符號如圖1-2所示，各管腳名稱（陽極A、陰極K、門極G）標于圖中。圖1-2（g）所示為晶閘管的圖形符號及文字符號。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試圖1-2晶閘管的外形及符號任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路如圖所示。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試2．晶閘管管腳判別普通晶閘管的外形如圖1-2所示。螺栓式和平板式晶閘管從外觀上判斷，3個電極形狀各不相同，無需做任何測量就可以識別。小電流TO-220AB型塑封式和貼片式晶閘管面對印字面、引腳朝下，則從左向右的排列順序依次為陰極K、陽極A和門極G。小電流TO-92型塑封式晶閘管面對印字面、引腳朝下，則從左向右的排列順序依次為陰極K、門極G和陽極A。小功率螺栓式晶閘管的螺栓為陽極A，門極G比陰極K細。對于大功率螺栓式晶閘管來說，螺栓是晶閘管的陽極A(它與散熱器緊密連接)，門極和陰極則用金屬編制套引出，像一根辮子，粗辮子線是陰極K，細辮子線是門極G。平板式晶閘管中間金屬環(huán)是門極G，用一根導線引出，靠近門極的平面是陰極,另一面則為陽極。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試3．普通晶閘管測試方法（1）陽極和陰極間電阻正反向電阻測量。①萬用表擋位置于歐姆擋R×100，將紅表筆接在晶閘管的陽極，黑表筆接在晶閘管的陰極觀察指針擺動情況，如圖所示。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試②將黑表筆接晶閘管的陽極，紅表筆接晶閘管的陰極觀察指針擺動情況，如圖所示。原因：晶閘管是4層3端半導體器件，在陽極和陰極之間有3個PN結(jié)，無論加何電壓，總有1個PN結(jié)處于反向阻斷狀態(tài)，因此正反向阻值均很大。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（2）門極和陰極間正反向電阻測量。①將紅表筆接晶閘管的陰極，黑表筆接晶閘管的門極觀察指針擺動情況，如圖左圖所示。②將黑表筆接晶閘管的陰極，紅表筆接晶閘管的門極觀察指針擺動情況，如圖右圖所示。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試4．晶閘管導通關(guān)斷條件晶閘管在工作過程中，它的陽極（A）和陰極（K）與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的控制電路（在電力電子技術(shù)中叫觸發(fā)電路）連接，如圖1-8所示。晶閘管的導通條件是：陽極加正向電壓、門極加適當正向電壓。關(guān)斷條件是：流過晶閘管的電流小于維持電流。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（二）晶閘管的陽極伏安特性晶閘管的陽極與陰極間電壓和陽極電流之間的關(guān)系，稱為陽極伏安特性。其伏安特性曲線如圖所示。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（三）晶閘管主要參數(shù)1．晶閘管的電壓定額（1）斷態(tài)重復峰值電壓UDRM。在晶閘管的陽極伏安特性圖中，我們規(guī)定，當門極斷開，晶閘管處在額定結(jié)溫時，允許重復加在管子上的正向峰值電壓為晶閘管的斷態(tài)重復峰值電壓，用UDRM表示。它是由伏安特性中的正向轉(zhuǎn)折電壓UBO減去一定裕量，成為晶閘管的斷態(tài)不重復峰值電壓UDSM，然后再乘以90%而得到的。至于斷態(tài)不重復峰值電壓UDSM與正向轉(zhuǎn)折電壓UBO的差值，則由生產(chǎn)廠家自定。這里需要說明的是，晶閘管正向工作時有兩種工作狀態(tài)：阻斷狀態(tài)（簡稱斷態(tài)）、導通狀態(tài)（簡稱通態(tài)）。參數(shù)中提到的斷態(tài)和通態(tài)一定是正向的，因此，“正向”兩字可以省去。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（2）反向重復峰值電壓URRM。相似于UDRM，一般規(guī)定，當門極斷開，晶閘管處在額定結(jié)溫時，允許重復加在管子上的反向峰值電壓為反向重復峰值電壓，用URRM表示。它是由伏安特性中的反向擊穿電壓URO減去一定裕量，成為晶閘管的反向不重復峰值電壓URSM，然后再乘以90%而得到的。至于反向不重復峰值電壓URSM與反向轉(zhuǎn)折電壓URO的差值，則由生產(chǎn)廠家自定。一般晶閘管若承受反向電壓，它一定是阻斷的。因此參數(shù)中“阻斷”兩字可省去。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（3）額定電壓UTN。將UDRM和URRM中的較小值按百位取整后作為該晶閘管的額定值。例如，一晶閘管實測UDRM＝812V，URRM＝756V，將兩者較小的756V取整得700V，該晶閘管的額定電壓為700V。在晶閘管的銘牌上，額定電壓是以電壓等級的形式給出的，通常標準電壓等級規(guī)定為：電壓在1

000V以下，每100V為一級，1

000～3

000V，每200V為一級，用百位數(shù)或千位和百位數(shù)表示級數(shù)。在使用過程中，環(huán)境溫度的變化、散熱條件以及出現(xiàn)的各種過電壓都會對晶閘管產(chǎn)生影響，因此在選擇管子的時候，應當使晶閘管的額定電壓是實際工作時可能承受的最大電壓的2～3倍，即UTN≥(2～3)UTM任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（4）通態(tài)平均電壓UT(AV)。在規(guī)定環(huán)境溫度、標準散熱條件下，元件通以額定電流時，陽極和陰極間電壓降的平均值，稱通態(tài)平均電壓（一般稱管壓降），其數(shù)值按表分組。從減小損耗和元件發(fā)熱來看，應選擇UT(AV)較小的管子。實際當晶閘管流過較大的恒定直流電流時，其通態(tài)平均電壓比元件出廠時定義的值要大，約為1.5V。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試2．晶閘管的電流定額（1）額定電流IT(AV)。由于整流設(shè)備的輸出端所接負載常用平均電流來表示，晶閘管額定電流的標定與其他電器設(shè)備不同，采用的是平均電流，而不是有效值，又稱為通態(tài)平均電流。所謂通態(tài)平均電流是指在環(huán)境溫度為40℃和規(guī)定的冷卻條件下，晶閘管在導通角不小于170°的電阻性負載電路中，當不超過額定結(jié)溫且穩(wěn)定時，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值。將該電流按晶閘管標準電流系列取值，稱為晶閘管的額定電流。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試但是決定晶閘管結(jié)溫的是管子損耗的發(fā)熱效應，表征熱效應的電流是以有效值表示的，其兩者的關(guān)系為ITN=1.57IT(AV)如額定電流為100A的晶閘管，其允許通過的電流有效值為157A。由于電路不同、負載不同、導通角不同，流過晶閘管的電流波形不一樣，從而它的電流平均值和有效值的關(guān)系也不一樣，晶閘管在實際選擇時，其額定電流的確定一般按以下原則：管子在額定電流時的電流有效值大于其所在電路中可能流過的最大電流的有效值，同時取1.5～2倍的余量，即所以任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（2）維持電流IH。在室溫下門極斷開時，元件從較大的通態(tài)電流降到剛好能保持導通的最小陽極電流稱為維持電流IH。維持電流與元件容量、結(jié)溫等因素有關(guān)，額定電流大的管子維持電流也大，同一管子結(jié)溫低時維持電流增大，維持電流大的管子容易關(guān)斷。同一型號的管子其維持電流也各不相同。（3）擎住電流IL。在晶閘管加上觸發(fā)電壓，當元件從阻斷狀態(tài)剛轉(zhuǎn)為導通狀態(tài)就去除觸發(fā)電壓，此時要保持元件持續(xù)導通所需要的最小陽極電流，稱擎住電流IL。對同一個晶閘管來說，通常擎住電流比維持電流大數(shù)倍。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（4）斷態(tài)重復峰值電流IDRM和反向重復峰值電流IRRM。IDRM和IRRM分別是對應于晶閘管承受斷態(tài)重復峰值電壓UDRM和反向重復峰值電壓URRM時的峰值電流。它們都應不大于表1-1中所規(guī)定的數(shù)值。（5）浪涌電流ITSM。ITSM是一種由于電路異常情況（如故障）引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復性最大正向過載電流。用峰值表示。浪涌電流有上下2個級，這些不重復電流定額用來設(shè)計保護電路。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試3．門極參數(shù)（1）門極觸發(fā)電流IGT。室溫下，在晶閘管的陽極、陰極加上6V的正向陽極電壓，管子由斷態(tài)轉(zhuǎn)為通態(tài)所必需的最小門極電流，稱為門極觸發(fā)電流IGT。（2）門極觸發(fā)電壓UGT。產(chǎn)生門極觸發(fā)電流IGT所必需的最小門極電壓，稱為門極觸發(fā)電壓UGT。為了保證晶閘管的可靠導通，常常采用實際的觸發(fā)電流比規(guī)定的觸發(fā)電流大。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試4．動態(tài)參數(shù)（1）斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt。du/dt是在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導致從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大陽極電壓上升率。實際使用時的電壓上升率必須低于此規(guī)定值。限制元件正向電壓上升率的原因是，在正向阻斷狀態(tài)下，反偏的J2結(jié)相當于一個結(jié)電容，如果陽極電壓突然增大，便會有一充電電流流過J2結(jié)，相當于有觸發(fā)電流。若du/dt過大，即充電電流過大，就會造成晶閘管的誤導通。所以在使用時，采取保護措施，使它不超過規(guī)定值。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（2）通態(tài)電流臨界上升率di/dt。di/dt是在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。如果陽極電流上升太快，則晶閘管剛一開通時，會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，造成J2結(jié)局部過熱而使晶閘管損壞。因此，在實際使用時要采取保護措施，使其被限制在允許值內(nèi)。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（四）晶閘管命名及型號含義1．國產(chǎn)晶閘管的命名及型號含義國產(chǎn)晶閘管（可控硅）的型號有部頒新標準（JB1144-75）KP系列和部頒舊標準（JB1144-71）3CT系列。KP系列的型號及含義如下。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試3CT系列的型號及含義如下。3表示3個電極、C表示N型硅材料、T表示可控硅元件，3CT501表示額定電壓為500V、額定電流為1A的普通晶閘管；3CT12表示額定電壓為400V、額定電流為12A的普通晶閘管。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試2．國外晶閘管的命名及型號含義“SCR”（SemiconductorControlledRectifier）是晶閘管（單向可控硅）的統(tǒng)稱。在這個命名前提下，各個生產(chǎn)商有其自己產(chǎn)品命名方式。最早的MOTOROLA（摩托羅拉）半導體公司取第一個字M代表其摩托羅拉，

CR代表單向，因而組合成單向晶閘管MCR的第一代命名，代表型號有MCR100-6、MCR100-8、MCR22-6、MCR16M、MCR25M等。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試PHILIPS（飛利浦）公司則沿襲了BT字母來對晶閘管的命名，如BT145-500R、BT148-500R、BT149D、BT150-500R、BT151-500R，BT152-500R、BT169D、BT258-600R等。日本三菱公司在晶閘管器件命名上，則去掉了SCR的第一個字母S，以CR直接命名，代表型號有CR02AM、CR03AM等。意法ST半導體公司對晶閘管的命名，型號前綴字母為X、P、TN、TYN、TS、BTW，如X0405MF、P0102MA、TYN412、TYN812、TYN825、BTW67-600、BTW69-1200等。美國泰科（TECCOR）以型號前綴字母S來對晶閘管命名，例如S8065K、S6006D、S8008L、S8025L等。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試四、總結(jié)與提升（一）晶閘管好壞的判斷將萬用表歐姆擋置于R×10或R×100擋，測量陽極-陰極之間和陽極-門極之間正反向電阻，正常值都應在幾百千歐以上；門極-陰極之間正向電阻約數(shù)十歐姆到數(shù)百歐姆，反向電阻較正向電阻略大。測量時，如發(fā)現(xiàn)任何兩個極短路或門極對陰極斷路，說明晶閘管已經(jīng)損壞。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（二）晶閘管導通關(guān)斷原理由晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，它是4層（P1N1P2N2）3端（A、K、G）結(jié)構(gòu)，有3個PN結(jié)，即J1、J2、J3。因此可用3個串聯(lián)的二極管等效（見圖1-3）。當陽極A和陰極K兩端加正向電壓時，J2處于反偏狀態(tài)，P1N1P2N2結(jié)構(gòu)處于阻斷狀態(tài)，只能通過很小的正向漏電流；當陽極A和陰極K兩端加反向電壓時，J1和J3處于反偏狀態(tài)，P1N1P2N2結(jié)構(gòu)也處于阻斷狀態(tài)，只能通過很小的反向漏電流，所以晶閘管具有正反向阻斷特性。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試晶閘管的P1N1P2N2結(jié)構(gòu)又可以等效為2個互補連接的晶體管，如圖所示。晶閘管的導通關(guān)斷原理可以通過等效電路來分析。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試當晶閘管加上正向陽極電壓，門極也加上足夠的門極電壓時，則有電流IG從門極流入N1P2N2管的基極，經(jīng)N1P2N2管放大后的集電極電流IC2又是P1N1P2管的基極電流，再經(jīng)P1N1P2管的放大，其集電極電流IC1又流入N1P2N2管的基極，如此循環(huán)，產(chǎn)生強烈的正反饋過程，使2個晶體管快速飽和導通，從而使晶閘管由阻斷迅速地變?yōu)閷āê缶чl管兩端的壓降一般為1.5V左右，流過晶閘管的電流將取決于外加電源電壓和主回路的阻抗。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試晶閘管一旦導通后，即使IG=0，但因IC1的電流在內(nèi)部直接流入N1P2N2管的基極，晶閘管仍將繼續(xù)保持導通狀態(tài)。若要晶閘管關(guān)斷，只有降低陽極電壓到零或?qū)чl管加上反向陽極電壓，使IC1的電流減少至N1P2N2管接近截止狀態(tài)，即流過晶閘管的陽極電流小于維持電流，晶閘管方可恢復阻斷狀態(tài)。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試（三）晶閘管的選擇例1-1根據(jù)圖1-1（b）調(diào)節(jié)燈電路中的參數(shù)，確定本模塊中晶閘管的型號。提示：該電路中，調(diào)光燈兩端電壓最大值為0.45U2，其中U2為電源電壓。解：第一步，單相半波可控整流調(diào)光電路晶閘管可能承受的最大電壓。第二步，考慮2～3倍的余量。（2～3）UTM=（2～3）311V=622～933V任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試第三步，確定所需晶閘管的額定電壓等級。因為電路無儲能元器件，因此選擇電壓等級為7的晶閘管就可以滿足正常工作的需要了。第四步，根據(jù)白熾燈的額定值計算出其阻值的大小。第五步：確定流過晶閘管電流的有效值。任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試在單相半波可控整流調(diào)光電路中，當

=0°時，流過晶閘管的電流最大，且電流的有效值是平均值的1.57倍。由前面的分析可以得到流過晶閘管的平均電流為：由此可得，當

=0°時流過晶閘管電流的最大有效值為：任務一晶閘管及其導通關(guān)斷條件測試第六步，考慮1.5～2倍的余量。第七步，確定晶閘管的額定電流IT(AV)。因為電路無儲能元器件，因此選擇額定電流為1A的晶閘管就可以滿足正常工作的需要了。由以上分析可以確定晶閘管應選用的型號為KP1-7。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試一、任務描述與目標

前面已知要使晶閘管導通，除了加上正向陽極電壓外，還必須在門極和陰極之間加上適當?shù)恼蛴|發(fā)電壓與電流。為門極提供觸發(fā)電壓與電流的電路稱為觸發(fā)電路。對晶閘管觸發(fā)電路來說，首先觸發(fā)信號應該具有足夠的觸發(fā)功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流），以保證晶閘管可靠導通；其次觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖的前沿要陡峭；最后觸發(fā)脈沖必須與主電路晶閘管的陽極電壓同步并能根據(jù)電路要求在一定的移相范圍內(nèi)移相。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、脈沖前沿陡、抗干擾能力強等優(yōu)點，廣泛應用于50A以下中、小容量晶間管的單相可控整流裝置中。本次任務的目標如下。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試觀察單結(jié)晶體管，認識其外形結(jié)構(gòu)、端子及型號。會選用和檢測單結(jié)晶體管。掌握單結(jié)晶體管的基本參數(shù)，初步具備成本核算意識。掌握單結(jié)晶體管的特性，能利用其特性分析單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理。學會單結(jié)晶體管觸發(fā)電路調(diào)試技能。在小組合作實施項目過程中培養(yǎng)與人合作的精神。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試二、相關(guān)知識

（一）單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)及測試1．單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試2．單結(jié)晶體管的電極判定在實際使用時，可以用萬用表來測試管子的3個電極，方法如下。（1）測量e-b1和e-b2間反向電阻①萬用表置于電阻擋，將萬用表紅表筆接e端，黑表筆接b1端，測量e-b1兩端的電阻，測量結(jié)果如圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試②將萬用表黑表筆接b2端，紅表筆接e端，測量b2-e兩端的電阻，測量結(jié)果如圖所示。結(jié)果：兩次測量的電阻值均較大（通常在幾十千歐）。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（2）測量測量e-b1和e-b2間正向電阻。①將萬用表黑表筆接e端，紅表筆接b1端，再次測量b1-e兩端的電阻，測量結(jié)果如圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試②將萬用表黑表筆接e端，紅表筆接b2端，再次測量b2-e兩端的電阻，測量結(jié)果如圖所示。結(jié)果：兩次測量的電阻值均較?。ㄍǔＴ趲浊W），且任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（3）測量b1-b2間正反向電阻。①將萬用表紅表筆接b1端，黑表筆接b2端，測量b2-b1兩端的電阻，測量結(jié)果如圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試②將萬用表黑表筆接b1端，紅表筆接b2端，再次測量b1-b2兩端的電阻，測量結(jié)果如圖所示。結(jié)果：b1-b2間的電阻RBB為固定值。由以上的分析可以看出，用萬用表可以很容易地判斷出單結(jié)晶體管的發(fā)射極，只要發(fā)射極對了，即使b1、b2接反了，也不會燒壞管子，只是沒有脈沖輸出或者脈沖幅度很小，這時只要將2個引腳調(diào)換一下就可以了。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試3．單結(jié)晶體管的測試我們可以通過測量管子極間電阻或負阻特性的方法來判定它的好壞。其具體操作步驟如下。（1）測量PN結(jié)正、反向電阻大小。將萬用表置于R×l00擋或R×1k擋，黑表筆接e，紅表筆分別接b1或b2時，測得管子PN結(jié)的正向電阻一般應為幾千歐至幾十千歐，要比普通二極管的正向電阻稍大一些。再將紅表筆接e，黑表筆分別接bl或b2，測得PN結(jié)的反向電阻，正常時指針偏向無窮大（

）。一般講，反向電阻與正向電阻的比值應大于100為好。（2）測量基極電阻RBB。將萬用表的紅、黑表筆分別任意接基極b1和b2，測量b1-b2間的電阻應在2～12kΩ范圍內(nèi)，阻值過大或過小都不好。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（3）測量負阻特性。單結(jié)晶體管負阻特性測試電路如圖所示。在管子的基極b1、b2之間外接10V直流電源，將萬用表置于R×100擋或R×1k擋，紅表筆接b1，黑表筆接e，因這時接通了儀表內(nèi)部電池，相當于在e-b1之間加上1.5V正向電壓。由于此時管子的輸入電壓（1.5V）遠低于峰點電壓Up，管子處于截止狀態(tài)，且遠離負阻區(qū)，所以發(fā)射極電流Ie很小（微安級），儀表指針應偏向左側(cè)，表明管子具有負阻特性。如果指針偏向右側(cè)，即Ie相當大（毫安級），與普通二極管伏安特性類似，則表明被測管子無負阻特性，當然不宜使用。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（二）單結(jié)晶體管伏安特性及主要參數(shù)1．單結(jié)晶體管的伏安特性當2個基極b1和b2間加某一固定直流電壓UBB時，發(fā)射極電流IE與發(fā)射極正向電壓UE之間的關(guān)系曲線稱為單結(jié)晶體管的伏安特性IE＝f（UE），試驗電路圖及特性如圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試當開關(guān)S斷開，IBB為0，加發(fā)射極電壓UE時，得到如圖中①所示伏安特性曲線，該曲線與二極管伏安特性曲線相似。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（1）截止區(qū)——aP段。當開關(guān)S閉合，電壓UBB通過單結(jié)晶體管等效電路中的rbl和rb2分壓，得A點相應電壓UA，可表示為式中，

——分壓比，是單結(jié)晶體管的主要參數(shù)，

一般為0.3～0.9。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試當UE從零逐漸增加，但UE<UA時，單結(jié)晶體管的PN結(jié)反向偏置，只有很小的反向漏電流。當UE增加到與UA相等時，IE＝0，即如圖1-24（b）所示特性曲線與橫坐標交點b處。進一步增加UE，PN結(jié)開始正偏，出現(xiàn)正向漏電流，直到當發(fā)射結(jié)電位UE增加到高出

UBB一個PN結(jié)正向壓降UD時，即UE＝UP＝

UBB+UD時，等效二極管VD才導通，此時單結(jié)晶體管由截止狀態(tài)進入到導通狀態(tài)，并將該轉(zhuǎn)折點稱為峰點P。P點所對應的電壓稱為峰點電壓UP，所對應的電流稱為峰點電流IP。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（2）負阻區(qū)——PV段。當UE>UP時，等效二極管VD導通，IE增大，這時大量的空穴載流子從發(fā)射極注入A點到b1的硅片，使rbl迅速減小，導致UA下降，因而UE也下降。UA的下降，使PN結(jié)承受更大的正偏，引起更多的空穴載流子注入到硅片中，使rbl進一步減小，形成更大的發(fā)射極電流IE，這是一個強烈的增強式正反饋過程。當IE增大到一定程度，硅片中載流子的濃度趨于飽和，rbl已減小至最小值，A點的分壓UA最小，因而UE也最小，得曲線上的V點。V點稱為谷點，谷點所對應的電壓和電流稱為谷點電壓UV和谷點電流IV。這一區(qū)間稱為特性曲線的負阻區(qū)。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（3）飽和區(qū)——VN段。當硅片中載流子飽和后，欲使IE繼續(xù)增大，必須增大電壓UE，單結(jié)晶體管處于飽和導通狀態(tài)。改變UBB，器件由等效電路中的UA和特性曲線中UP也隨之改變，從而可獲得一族單結(jié)晶體管伏安特性曲線，如圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試2．單結(jié)晶體管的主要參數(shù)單結(jié)晶體管的主要參數(shù)有基極間電阻rBB、分壓比

、峰點電流IP、谷點電壓UV、谷點電流IV及耗散功率等。國產(chǎn)單結(jié)晶體管的型號主要有BT31、BT33、BT35等，BT表示特種半導體管。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（三）單結(jié)晶體管自激振蕩電路利用單結(jié)晶體管的負阻特性和電容的充放電，可以組成單結(jié)晶體管自激振蕩電路。單結(jié)晶體管自激振蕩電路的電路圖和波形圖如圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試設(shè)電容器初始電壓為零，電路接通以后，單結(jié)晶體管是截止的，電源經(jīng)電阻R2、RP對電容C進行充電，電容電壓從零起按指數(shù)充電規(guī)律上升，充電時間常數(shù)為REC；當電容兩端電壓達到單結(jié)晶體管的峰點電壓UP時，單結(jié)晶體管導通，電容開始放電，由于放電回路的電阻很小，因此放電很快，放電電流在電阻R4上產(chǎn)生了尖脈沖。隨著電容放電，電容電壓降低，當電容電壓降到谷點電壓UV以下，單結(jié)晶體管截止，接著電源又重新對電容進行充電……如此周而復始，在電容C兩端會產(chǎn)生一個鋸齒波，在電阻R4兩端將產(chǎn)生一個尖脈沖波，如圖上圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（四）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路上述單結(jié)晶體管自激振蕩電路輸出的尖脈沖可以用來觸發(fā)晶閘管，但不能直接用作晶閘管的觸發(fā)電路，還必須解決觸發(fā)脈沖與主電路同步的問題。圖所示為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試1．同步電路（1）什么是同步。觸發(fā)信號和電源電壓在頻率和相位上相互協(xié)調(diào)的關(guān)系稱同步。例如，在單相半波可控整流電路中，觸發(fā)脈沖應出現(xiàn)在電源電壓正半周范圍內(nèi)，而且每個周期的

角相同，確保電路輸出波形不變，輸出電壓穩(wěn)定。（2）同步電路組成。同步電路由同步變壓器、VD1半波整流、電阻R1及穩(wěn)壓管組成。同步變壓器一次側(cè)與晶閘管整流電路接在同一相電源上，交流電壓經(jīng)同步變壓器降壓、單相半波整流后再經(jīng)過穩(wěn)壓管穩(wěn)壓削波形成一梯形波電壓，作為觸發(fā)電路的供電電壓。梯形波電壓零點與晶閘管陽極電壓過零點一致，從而實現(xiàn)觸發(fā)電路與整流主電路的同步。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試2．脈沖移相與形成（1）電路組成。脈沖移相與形成電路實際上就是單結(jié)晶體管自激振蕩電路。脈沖移相由R7及等效可變電阻VT2和電容C組成，脈沖形成由單結(jié)晶體管、溫補電阻R8、脈沖變壓器原邊繞組組成。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（2）工作原理。梯形波通過R7及等效可變電阻VT2向電容C1充電，當充電電壓達到單結(jié)晶體管的峰值電壓UP時，單結(jié)晶體管V導通，電容通過脈沖變壓器原邊放電，脈沖變壓器副邊輸出脈沖。同時由于放電時間常數(shù)很小，C1兩端的電壓很快下降到單結(jié)晶體管的谷點電壓Uv，使V關(guān)斷，C1再次充電，周而復始，在電容C1兩端呈現(xiàn)鋸齒波形，在脈沖變壓器副邊輸出尖脈沖。在一個梯形波周期內(nèi)，V可能導通、關(guān)斷多次，但只有輸出的第一個觸發(fā)脈沖對晶閘管的觸發(fā)時刻起作用。充電時間常數(shù)由電容C1和等效電阻等決定，調(diào)節(jié)RP1改變C1的充電的時間，控制第一個尖脈沖的出現(xiàn)時刻，實現(xiàn)脈沖的移相控制。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試3．各主要點波形任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試四、總結(jié)與提升（一）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的移相范圍1．移相范圍移相范圍是指一個周期內(nèi)觸發(fā)脈沖的移動范圍，一般用電角度來表示。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路一個周期內(nèi)有時有多個脈沖，只有第一個脈沖觸發(fā)晶閘管導通，因此，單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的脈沖可移動的范圍是第一個脈沖離縱軸最近時的電角度到最遠時的電角度。如圖下圖（a）為最小控制角α1，（b）為最大控制角α2，移相范圍為α1～α2。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試2．控制角α的確定方法（1）調(diào)節(jié)垂直控制區(qū)（VERTICAL）的“SCAL”和水平控制區(qū)（HORIZONTAL）的“SCAL”，使示波器波形顯示窗口顯示的波形便于觀察（調(diào)好后不要再隨意調(diào)節(jié)）。（2）根據(jù)波形的一個周期360o對應網(wǎng)格數(shù)，可估算波形的控制角。如觀察圖波形，可以估計，這個波形對應的是大概控制角為45o的波形。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（二）單結(jié)晶體管構(gòu)成的其他觸發(fā)電路任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試1．同步電路（1）同步電路組成。同步電路由同步變壓器、橋式整流電路VD1～VD4、電阻R1及穩(wěn)壓管組成。（2）工作原理。同步變壓器一次側(cè)與晶閘管整流電路接在同一相電源上，交流電壓經(jīng)同步變壓器降壓、單相橋式整流后再經(jīng)過穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓削波，形成一梯形波電壓，作為觸發(fā)電路的供電電壓。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試2．脈沖移相與形成（1）電路組成。脈沖移相與形成電路實際上就是上述單結(jié)晶體管自激振蕩電路。脈沖移相由電阻RE（RP和R2組成）和電容C組成，脈沖形成由單結(jié)晶體管、溫補電阻R3、輸出電阻R4組成。（2）工作原理。改變自激振蕩電路中電容C的充電電阻的阻值，就可以改變充電的時間常數(shù)，圖中用電位器RP來實現(xiàn)這一變化，例如RP↑→τC↑→出現(xiàn)第一個脈沖的時間后移→

↑→Ud↓。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試3．各主要點波形（1）橋式整流后脈動電壓的波形(見觸發(fā)電路圖中“A”點)。由電子技術(shù)的知識我們可以知道“A”點波形為由VD1～VD44個二極管構(gòu)成的橋式整流電路輸出波形，如下圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（2）削波后梯形波電壓波形（見觸發(fā)電路圖中“B”點）。該點波形是經(jīng)穩(wěn)壓管削波后得到的梯形波，如下圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（3）電容電壓的波形（見觸發(fā)電路圖中“C”點）。由于電容每半個周期在電源電壓過零點從零開始充電，當電容兩端的電壓上升到單結(jié)晶體管峰點電壓時，單結(jié)晶體管導通，觸發(fā)電路送出脈沖，電容的容量和充電電阻RE的大小決定了電容兩端的電壓從零上升到單結(jié)晶體管峰點電壓的時間，波形如下圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（4）輸出脈沖的波形（見觸發(fā)電路圖中“D”點）。單結(jié)晶體管導通后，電容通過單結(jié)晶體管的eb1迅速向輸出電阻R4放電，在R4上得到很窄的尖脈沖。波形如圖所示。任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（三）觸發(fā)電路元件的選擇（1）充電電阻RE的選擇。改變充電電阻RE的大小，就可以改變自激振蕩電路的頻率，但是頻率的調(diào)節(jié)有一定的范圍，如果充電電阻RE選擇不當，將使單結(jié)晶體管自激振蕩電路無法形成振蕩。充電電阻RE的取值范圍為任務二單結(jié)晶體管及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試（2）電阻R3的選擇。電阻R3是用來補償溫度對峰點電壓UP的影響，通常取值范圍為200

～600

。（3）輸出電阻R4的選擇。輸出電阻R4的大小將影響輸出脈沖的寬度與幅值，通常取值范圍為50～100

。（4）電容C的選擇。電容C的大小與脈沖寬窄和RE的大小有關(guān)，通常取值范圍為0.1

F～1

F。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試一、任務描述與目標

單相半波可控整流調(diào)光燈主電路實際上就是負載為電阻性的單相半波可控整流電路，電阻負載的特點是負載兩段電壓波形和電流波形相似，其電壓、電流均允許突變。調(diào)光燈在調(diào)試及修理過程中，電路工作原理的掌握、輸出波形ud和晶閘管兩端電壓uT波形的分析是非常重要的。本次任務的目標如下。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試會分析單相半波可控整流電路的工作原理。能安裝和調(diào)試調(diào)光燈電路。能根據(jù)測試波形或相關(guān)點電壓電流值對電路現(xiàn)象進行分析。在電路安裝與調(diào)試過程中，培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)。在小組實施項目過程中培養(yǎng)團隊合作意識。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試二、相關(guān)知識（一）單相半波可控整流電路結(jié)構(gòu)1．電路結(jié)構(gòu)半波整流可控整流電路是變壓器的次級繞組與負載相接，中間串聯(lián)一個晶閘管，利用晶閘管的可控單向?qū)щ娦裕诎雮€周期內(nèi)通過控制晶閘管導通時間來控制電流流過負載的時間，另半個周期被晶閘管所阻，負載沒有電流。電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試整流變壓器（調(diào)光燈電路可直接由電網(wǎng)供電，不采用整流變壓器）具有變換電壓和隔離的作用，其一次和二次電壓瞬時值分別用u1和u2表示，電流瞬時值用i1和i2表示，電壓有效值用U1和U2表示，電流有效值用I1和I2表示。晶閘管兩端電壓用uT表示，晶閘管兩端電壓最大值用UTM表示。流過晶閘管的電流瞬時值用iT表示，有效值用IT表示，平均值用IdT表示。負載兩端電壓瞬時值用ud表示，平均值用Ud表示，有效值用U表示，流過負載電流瞬時值用id表示，平均值用Id表示，有效值用I表示。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試2．分析整流電路幾個名詞術(shù)語（1）控制角α?？刂平铅烈步杏|發(fā)角或觸發(fā)延遲角，是指晶閘管從承受正向電壓開始到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)之間的電角度。晶閘管承受正向電壓開始的時刻要根據(jù)晶閘管具體工作電路來分析，單相半波電路中，晶閘管承受正向電壓開始時刻為電源電壓過零變正的時刻，如圖所示。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試（2）導通角θ。導通角θ是指晶閘管在一個周期內(nèi)處于導通的電角度。單相半波可控整流電路電阻性負載時，θ=180°-α，如上圖所示。不同電路或者同一電路不同性質(zhì)的負載，導通角θ和控制角α的關(guān)系不同。（3）移相。移相是指改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻，即改變控制角α的大小。（4）移相范圍。移相范圍是指一個周期內(nèi)觸發(fā)脈沖的移動范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。單相半波可控整流電路電阻性負載時，移相范圍為180°。不同電路或者同一電路不同性質(zhì)的負載，移相范圍不同。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試（二）單相半波可控整流電路電阻負載工作原理1．控制角

=0°時在

=0°時即在電源電壓u2過零變正點，晶閘管門極觸發(fā)脈沖出現(xiàn)，如下圖所示。在電源電壓零點開始，晶閘管承受正向電壓，此時觸發(fā)脈沖出現(xiàn)，滿足晶閘管導通條件晶閘管導通，負載上得到輸出電壓ud的波形是與電源電壓u2相同形狀的波形；當電源電壓u2過零點，流過晶閘管電流為0（晶閘管的維持電流很小，一般為幾十毫安，理論分析時假設(shè)為0），晶閘管關(guān)斷，負載兩端電壓ud為零；在電源電壓

負半周內(nèi)，晶閘管承受反向電壓不能導通，直到第二周期α=0°觸發(fā)電路再次施加觸發(fā)脈沖時，晶閘管再次導通。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試任務三單相半波可控整流電路調(diào)試2．控制角α=30°時改變晶閘管的觸發(fā)時刻，即控制角α的大小可改變輸出電壓的波形，下圖（a）所示為α=30°的輸出電壓的理論波形。在α=30°時，晶閘管承受正向電壓，此時加入觸發(fā)脈沖晶閘管導通，負載上得到輸出電壓ud的波形是與電源電壓u2相同形狀的波形；同樣當電源電壓u2過零時，晶閘管也同時關(guān)斷，負載上得到的輸出電壓ud為零；在電源電壓過零點到α=30°之間的區(qū)間上，雖然晶閘管已經(jīng)承受正向電壓，但由于沒有觸發(fā)脈沖，晶閘管依然處于截止狀態(tài)。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試任務三單相半波可控整流電路調(diào)試3．控制角為其他角度時

=60°時輸出電壓和晶閘管兩端電壓的理論波形任務三單相半波可控整流電路調(diào)試3．控制角為其他角度時

=90°時輸出電壓和晶閘管兩端電壓的理論波形任務三單相半波可控整流電路調(diào)試3．控制角為其他角度時

=120°時輸出電壓和晶閘管兩端電壓的理論波形任務三單相半波可控整流電路調(diào)試由以上的分析和測試可以得出以下結(jié)論。①在單相半波整流電路中，改變

大小即改變觸發(fā)脈沖在每周期內(nèi)出現(xiàn)的時刻，則ud和id的波形變化，輸出整流電壓的平均值Ud大小也隨之改變，

減小，Ud增大，反之，Ud減小。這種通過對觸發(fā)脈沖的控制來實現(xiàn)控制直流輸出電壓大小的控制方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。②單相半波整流電路理論上移相范圍0°～180°。在本項目中若要實現(xiàn)移相范圍達到0°～180°，則需要改進觸發(fā)電路以擴大移相范圍。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試（三）單相半波可控整流電路電感性負載工作原理1.電感性負載的特點為了便于分析，在電路中把電感Ld與電阻Rd分開，如圖所示。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試電感線圈是儲能元件，當電流id流過線圈時，該線圈就儲存有磁場能量，id愈大，線圈儲存的磁場能量也愈大。當id減小時，電感線圈就要將所儲存的磁場能量釋放出來，試圖維持原有的電流方向和電流大小。電感本身是不消耗能量的。眾所周知，能量的存放是不能突變的，可見當流過電感線圈的電流增大時，Ld兩端就要產(chǎn)生感應電動勢，即

，其方向應阻止id的增大，如圖上圖（a）所示。反之，id要減小時，Ld兩端感應的電動勢方向應阻礙的id減小，如圖上圖（b）所示。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試2.不接續(xù)流二極管時工作原理（1）電路結(jié)構(gòu)。單相半波可控整流電路電感性負載電路如圖所示。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試（2）工作原理任務三單相半波可控整流電路調(diào)試（2）工作原理①在0～ωt1期間：晶閘管陽極電壓大于零，此時晶閘管門極沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，輸出電壓和電流都等于零。②在ωt1時刻：門極加上觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導通，電源電壓u2施加在負載上，輸出電壓ud=u2。由于電感的存在，在ud的作用下，負載電流id只能從零按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試③在π時刻：交流電壓過零，由于電感的存在，流過晶閘管的陽極電流仍大于零，晶閘管會繼續(xù)導通，此時電感儲存的能量一部分釋放變成電阻的熱能，同時另一部分送回電網(wǎng)，電感的能量全部釋放完后，晶閘管在電源電壓u2的反壓作用下而截止。直到下一個周期的正半周，即2π＋

時刻，晶閘管再次被觸發(fā)導通。如此循環(huán)，其輸出電壓、電流波形如工作原理圖所示。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試結(jié)論：由于電感的存在，使得晶閘管的導通角增大，在電源電壓由正到負的過零點也不會關(guān)斷，使負載電壓波形出現(xiàn)部分負值，其結(jié)果使輸出電壓平均值Ud減小。電感越大，維持導電時間越長，輸出電壓負值部分占的比例愈大，Ud減少愈多。當電感Ld非常大時（滿足ωLd>>Rd，通常ωLd>10Rd即可），對于不同的控制角

，導通角θ將接近2π-2

，這時負載上得到的電壓波形正負面積接近相等，平均電壓Ud≈0。可見，不管如何調(diào)節(jié)控制角

，Ud值總是很小，電流平均值Id也很小，沒有實用價值。實際的單相半波可控整流電路在帶有電感性負載時，都在負載兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試3．接續(xù)流二極管時工作原理（1）電路結(jié)構(gòu)。為了使電源電壓過零變負時能及時地關(guān)斷晶閘管，使ud波形不出現(xiàn)負值，又能給電感線圈Ld提供續(xù)流的旁路，可以在整流輸出端并聯(lián)二極管，如圖所示。由于該二極管是為電感負載在晶閘管關(guān)斷時提供續(xù)流回路，故稱續(xù)流二極管。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試（2）工作原理任務三單相半波可控整流電路調(diào)試從波形圖上可以看出以下幾點。①在電源電壓正半周（0～π區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，觸發(fā)脈沖在

時刻觸發(fā)晶閘管導通，負載上有輸出電壓和電流。在此期間續(xù)流二極管VD承受反向電壓而關(guān)斷。②在電源電壓負半波（π～2π區(qū)間），電感的感應電壓使續(xù)流二極管VD承受正向電壓導通續(xù)流，此時電源電壓u2＜0，u2通過續(xù)流二極管使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷，負載兩端的輸出電壓僅為續(xù)流二極管的管壓降。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導通到下一周期晶閘管導通，使電流id連續(xù)，且id波形近似為一條直線。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試四、總結(jié)與提升（一）單相半波可控整流電路電阻性負載相關(guān)參數(shù)計算1．輸出電壓平均值與平均電流的計算任務三單相半波可控整流電路調(diào)試可見，輸出直流電壓平均值Ud

與整流變壓器二次側(cè)交流電壓U2和控制角

有關(guān)。當U2給定后，Ud僅與

有關(guān)，當

＝0°時，則Ud0＝0.45U2，為最大輸出直流平均電壓。

當

＝180°時，Ud＝0。只要控制觸發(fā)脈沖送出的時刻，Ud就可以在0～0.45U2之間連續(xù)可調(diào)。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試2.負載上電壓有效值與電流有效值的計算根據(jù)有效值的定義，U應是ud波形的均方根值，即負載電流有效值的計算：任務三單相半波可控整流電路調(diào)試3．晶閘管電流有效值IT與管子兩端可能承受的最大電壓在單相半波可控整流電路中，晶閘管與負載串聯(lián)，所以負載電流的有效值也就是流過晶閘管電流的有效值，其關(guān)系為

由波形圖可知，晶閘管可能承受的正反向峰值電壓為4．功率因數(shù)cosφ任務三單相半波可控整流電路調(diào)試例1-2單相半波可控整流電路，電阻性負載，電源電壓U2為220V，要求的直流輸出電壓為50V，直流輸出平均電流為20A，試計算：（1）晶閘管的控制角

；（2）輸出電流有效值；（3）電路功率因數(shù)；（4）晶閘管的額定電壓和額定電流，并選擇晶閘管的型號。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試解：（1）由

計算輸出電壓為50V時的晶閘管控制角α求得

＝90°（2）

當

＝90°時，（3任務三單相半波可控整流電路調(diào)試（4）根據(jù)額定電流有效值IT大于等于實際電流有效值I的原則，即IT≥I，則IT(AV)≥(1.5～2)，取2倍安全裕量，晶閘管的額定電流為IT(AV)≥42.4～56.6A。按電流等級可取額定電流50A。晶閘管的額定電壓為UTn=(2～3)UTM=(2～3)

=622～~933V。按電壓等級可取額定電壓700V，即7級。選擇晶閘管型號為：KP50-7。任務三單相半波可控整流電路調(diào)試（二）單相半波可控整流電路電阻電感性負載相關(guān)參數(shù)計算1．輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id。2．流過晶閘管電流的平均值IdT和有效值IT任務三單相半波可控整流電路調(diào)試3．流過續(xù)流二極管電流的平均值IdD和有效值ID4．晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓。晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓都為電源電壓的峰值TheEnd項目二項目二單相橋式全控整流調(diào)光燈電路任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試一、任務描述與目標對于大、中電流容量的晶閘管，由于電流容量增大，要求的觸發(fā)功率就越大，為了保證其觸發(fā)脈沖具有足夠的功率，往往采用由晶體管組成的觸發(fā)電路。同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路就是其中之一，該電路不受電網(wǎng)波動和波形畸變的影響，移相范圍寬，應用廣泛。本次任務介紹鋸齒波同步觸發(fā)電路，任務目標如下。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試能分析鋸齒波觸發(fā)電路的工作原理。掌握鋸齒波觸發(fā)電路的調(diào)試方法。學會運用所學的理論知識去分析和解決實際系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題，提高分析問題和解決問題能力。在小組合作實施項目過程中培養(yǎng)與人合作的精神。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試二、相關(guān)知識

（一）鋸齒波同步觸發(fā)電路的組成鋸齒波同步移相觸發(fā)電路由同步環(huán)節(jié)、鋸齒波形成環(huán)節(jié)、移相控制環(huán)節(jié)、脈沖形成放大與輸出環(huán)節(jié)組成，其原理圖如圖所示。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試同步環(huán)節(jié)由同步變壓器、VT3、VD1、VD2、C1等元件組成，其作用是利用同步電壓UT來控制鋸齒波產(chǎn)生的時刻及鋸齒波的寬度。鋸齒波形成環(huán)節(jié)由VT1、VT2等元件組成的恒流源電路，當VT3截止時，恒流源對C2充電形成鋸齒波；當VT3導通時，電容C2通過R4、VT3放電。調(diào)節(jié)電位器RP1可以調(diào)節(jié)恒流源的電流大小，從而改變了鋸齒波的斜率。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試移相控制環(huán)節(jié)由控制電壓Uct、偏移電壓Ub和鋸齒波電壓在VT5基極綜合疊加構(gòu)成，RP2、RP3分別調(diào)節(jié)控制電壓Uct和偏移電壓Ub的大小。脈沖形成放大和輸出環(huán)節(jié)由VT6、VT7構(gòu)成，C5為強觸發(fā)電容改善脈沖的前沿，由脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試（二）鋸齒波同步觸發(fā)電路工作原理及波形分析1．同步環(huán)節(jié)同步就是要求鋸齒波的頻率與主回路電源的頻率相同。鋸齒波同步電壓是由起開關(guān)作用的VT3控制的，VT3截止期間產(chǎn)生鋸齒波，VT3截止持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度，VT3開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率。要使觸發(fā)脈沖與主電路電源同步，必須使VT3開關(guān)的頻率與主電路電源頻率相同。在該電路中將同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器二次電壓來控制VT3的通斷，這就保證了觸發(fā)脈沖與主回路電源的同步。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試同步環(huán)節(jié)工作原理如下：同步變壓器二次電壓間接加在VT3的基極上，當二次電壓為負半周的下降段時，VD1導通，電容C1被迅速充電，②點為負電位，VT3截止。在二次電壓負半周的上升段，電容C1已充至負半周的最大值，VD1截止，+15V通過R1給電容C1反向充電，當②點電位上升至1.4V時，V3導通，②點電位被鉗位在1.4V。以上分析可見，V3截止的時間長短，與C1反充電的時間常數(shù)R1C1有關(guān)，直到同步變壓器二次電壓的下一個負半周到來時，VD1重新導通，C1迅速放電后又被充電，V3又變?yōu)榻刂梗绱酥芏鴱褪?。在一個正弦波周期內(nèi)，V3具有截止與導通兩個狀態(tài)，對應的鋸齒波恰好是一個周期，與主電路電源頻率完全一致，達到同步的目的。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試2．鋸齒波形成環(huán)節(jié)該環(huán)節(jié)由晶體管VT2組成恒流源向電容C2充電，晶體管V3作為同步開關(guān)控制恒流源對C2的充、放電過程，晶體管VT4為射極跟隨器，起阻抗變換和前后級隔離作用，減小后級對鋸齒波線性的影響。工作原理如下：當VT3截止時，由VT2管、VT1穩(wěn)壓二極管、R3、RP1組成的恒流源以恒流Ic1對C2充電，C2兩端電壓uc2為任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試uc2隨時間t線性增長。Ic1/C2為充電斜率，調(diào)節(jié)RP1可改變Ic1，從而調(diào)節(jié)鋸齒波的斜率。當VT3導通時，因R4阻值很小，電容C2經(jīng)R4、VT3管迅速放電到零。所以，只要V3管周期性關(guān)斷、導通，電容C2兩端就能得到線性很好的鋸齒波電壓。為了減小鋸齒波電壓與控制電壓Uc、偏移電壓Ub之間的影響，鋸齒波電壓uc2經(jīng)射極跟隨器輸出。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試3．脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓ue4，與Uc、Ub進行并聯(lián)疊加，它們分別通過R6、R7、R8與VT5的基極相接。根據(jù)疊加原理，分析VT4管基極電位時，可看成鋸齒波電壓ue4、控制電壓Uc(正值)和偏移電壓Ub(負值)三者單獨作用的疊加。當三者合成電壓ub5為負時，VT5管截止；合成電壓ub5由負過零變正時，V5由截止轉(zhuǎn)為飽和導通，ub5被鉗位到0.7V。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試電路工作時，一般將負偏移電壓Ub調(diào)整到某值固定，改變控制電壓Uc就可以改變ub5的波形與橫坐標（時間）的交點，也就改變了V5轉(zhuǎn)為導通的時刻，即改變了觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時刻，達到移相的目的。設(shè)置負偏移電壓Ub的目的是為了使Uc為正，實現(xiàn)從小到大單極性調(diào)節(jié)。通常設(shè)置Uc=0時為對應整流電壓輸出電壓為零時的

角，作為觸發(fā)脈沖的初始位置，隨著Uc的調(diào)大

角減小，輸出電壓增加。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試4．脈沖形成放大與輸出環(huán)節(jié)脈沖形成放大與輸出環(huán)節(jié)由晶體管VT5、VT6、VT7組成，同步移相電壓加在晶體管VT5的基極，觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器二次側(cè)輸出。工作原理如下：當VT5的基極電位ub5<0.7

V時，VT5截止，V6經(jīng)R10提供足夠的基極電流使之飽和導通，因此⑥點電位為-14

V(二極管正向壓降按0.7

V，晶體管飽和壓降按0.3V計算)，VT7截止，脈沖變壓器無電流流過，二次側(cè)無觸發(fā)脈沖輸出。此時電容C3充電，充電回路為：由電源+15V端經(jīng)R9→V6→VD4→電源-15V端。C3充電電壓為28.4

V，極性為左正右負。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試當ub5=0.7

V時，VT5導通，電容C3左側(cè)電位由+15

V迅速降低至1

V左右，由于電容C3兩端電壓不能突變，使VT6的基極電位⑤點跟著突降到-27.4

V，導致VT6截止，它的集電極⑥點電位升至1.4

V，于是VT7導通，脈沖變壓器輸出脈沖。與此同時，電容CT3由15

V經(jīng)R10、VD3、VT5放電后又反向充電，使⑤點電位逐漸升高，當⑤點電位升到-13.6V時，VT6發(fā)射結(jié)正偏導通，使⑥點電位從1.4

V又降為-14

V，迫使VT7截止，輸出脈沖結(jié)束。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試由以上分析可知，V5開始導通的瞬時是輸出脈沖產(chǎn)生的時刻，也是VT6轉(zhuǎn)為截止的瞬時。V6截止的持續(xù)時間就是輸出脈沖的寬度，脈沖寬度由C3反向充電的時間常數(shù)(τ3=C3R10)來決定，輸出窄脈沖時，脈寬通常為1ms(即

)。此外，R12為VT7的限流電阻；電容C5用于改善輸出脈沖的前沿陡度；VD6可以防止VT7截止時脈沖變壓器一次側(cè)的感應電動勢與電源電壓疊加造成VT7的擊穿；VD7、VD8是為了保證輸出脈沖只能正向加在晶閘管的門極和陰極兩端。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試鋸齒波同步觸發(fā)電路各點電壓波形如圖任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試四、總結(jié)與提升

鋸齒波同步觸發(fā)電路的其他環(huán)節(jié)對三相橋式全控整流電路，要求提供寬度大于60°小于120°的寬脈沖，或間隔60°的雙窄脈沖（三相橋式全控整流電路中分析原因）。前者要求觸發(fā)電路輸出功率大，所以很少采用，一般都采用雙窄脈沖。在要求較高的觸發(fā)電路中，需帶有強觸發(fā)環(huán)節(jié)。特殊情況下還需要脈沖封鎖環(huán)節(jié)。前面分析的鋸齒波同步觸發(fā)電路中沒有這幾個環(huán)節(jié)，下圖所示的鋸齒波同步觸發(fā)電路具有這幾個環(huán)節(jié)。任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試任務一鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試1．雙窄脈沖的形成雙窄脈沖觸發(fā)是三相橋式全控整流電路或帶平衡電抗器雙反星形電路的特殊要求。要求觸發(fā)電路送出兩個