《電力電子技術》課件項目三 電風扇無級調(diào)速控制電路

項目三

電風扇無級調(diào)速控制電路電風扇是常用的家用電器，而電風扇的無級調(diào)速器在日常生活中隨處可見。風扇的無級調(diào)速，歸根結底是對電機進行調(diào)速。改變電機電壓，電風扇的轉速會隨之改變，而電風扇電機電壓的改變可采用由雙向晶閘管（或一對反向并聯(lián)的普通晶閘管）構成的單相交流調(diào)壓電路來實現(xiàn)。調(diào)速旋鈕改變的是此電路中的哪里呢？

無級調(diào)速器的電路圖學習任務：

1、器件學習：

掌握雙向晶閘管的結構、工作原理；

2、變流技術

掌握單相交流調(diào)壓電路工作原理、參數(shù)1、器件：雙向晶閘管

雙向晶閘管是由普通晶閘管派生出來的一種新型的大功率半導體器件，特點：

它可以使用正負門極信號觸發(fā)，實現(xiàn)正反兩個方向?qū)?。普通晶閘管是怎么樣的呢？1）結構和圖形符號

它具有NPNPN五層半導體結構，四個PN結，三個電極：第一陽極T1、第二陽極T2、門極G。由于其導通特點，雙向晶閘管也可以看成是一對反向并聯(lián)的普通晶閘管，如b)2）雙向晶閘管的伏安特性及工作原理

圖見其伏安特性在一、三象限，具有對稱特性，其中u為T1和T2間的電壓，i為流過T1、T2之間的電流

雙向晶閘管的門極，對于正、反方向的觸發(fā)脈沖均可導通。

門極加入觸發(fā)信號后，((1)當T1對T2的電壓為正時，電流自T1流入，T2流出。

(2)當T1對T2的電壓為負時，電流自T2流入，T1流出。

(3)當電流減小到零時，雙向晶閘管自然關斷。普通晶閘管3）雙向晶閘管觸發(fā)方式

雙向晶閘管正反兩個方向都能導通，門極加正負信號都能觸發(fā)，因此有四種觸發(fā)方式。

（1）第Ⅰ象限正(正的觸發(fā)脈沖)觸發(fā)方式(Ⅰ+觸發(fā))：

主極T1為正，T2為負；門極電壓G為正，T2為負。

電流自T1流入，T2流出。

（2）第Ⅰ象限負觸發(fā)方式(Ⅰ-觸發(fā))：

主極T1為正，T2為負；門極電壓G為負，T2為正。

（3）第Ⅲ象限正觸發(fā)方式(Ⅲ+觸發(fā))：

主極T1為負，T2為正；門極電壓G為正，T2為負。

（4）第Ⅲ象限負觸發(fā)方式(Ⅲ-觸發(fā))：

主極T1為負，T2為正；門極電壓G為負，T2為正。

電流自T2流入，T1流出?？紤]：四種觸發(fā)方式，我們在使用時應該用哪種觸發(fā)方式呢？

由于雙向晶閘管的內(nèi)部結構原因，四種觸發(fā)方式的靈敏度不相同，Ⅲ+觸發(fā)方式靈敏度最低，使用時要盡量避開。

常采用的觸發(fā)方式為Ⅰ+和Ⅲ-觸發(fā)方式。2、交流調(diào)壓電路1）概念：

交流調(diào)壓電路：是由雙向晶閘管或一對反向并聯(lián)晶閘管組成的電路，用于調(diào)節(jié)輸出交流電壓的有效值。2）應用

主要應用在電熱控制、交流電動機速度控制、舞臺燈光控制和交流穩(wěn)壓器等場合。3）特點

與(自耦)變壓器(比較小巧的)調(diào)壓方法相比，交流調(diào)壓電路控制方便，調(diào)節(jié)速度快，調(diào)壓裝置具有重量輕、體積小的特點，但由于輸出電壓不是正弦波形，諧波分量大，功率因數(shù)也較低。改變有效值還可以用什么呢？自耦變壓器(auto-transformer)只有一組線圈，并且分割成兩組或以上，其中一組視為初級繞組，其它的則視為次級繞組。它的功能只可以升壓和降壓但沒有隔離電路為某兩部分的功能。同容量的自耦變壓器與普通變壓器相比，尺寸小，效率高、損耗小、造價低。升壓自耦式變壓器原理圖降壓自耦式變壓器原理圖

常見的交流調(diào)壓控制常用相位控制，它是使晶閘管在電源電壓每一周期中在選定的時刻（控制角

處）將負載與電源接通，改變選定的時刻（控制角的大?。┘纯蛇_到調(diào)壓的目的。

交流調(diào)壓電路主要分為單相交流調(diào)壓和三相交流調(diào)壓，工業(yè)中交流電源多為三相系統(tǒng)，在負載容量較大時若采用單相交流調(diào)壓會造成三相不平衡，

因此，在容量較大的負載場合多采用三相交流調(diào)壓電路供電。單相交流調(diào)壓電路1）電阻性負載

問：晶閘管導通的條件是什么？工作過程:

當正半周時，在控制角α處導通，u=u2,當電源過零時關掉。

當負半周時，在π+α處導通，

u=u2，此時u2為負值。當再過零時關掉。++--可見，改變控制角α便可改變輸出電壓的有效值大小。

交流輸出電壓的有效值U

交流輸出電流的有效值I

交流調(diào)壓電路功率因數(shù)

電阻性負載時，控制角α的移相范圍為0~π，隨著α增加，輸出電壓波形“缺角”越來越大，諧波成分越來越多，功率因數(shù)越來越小?？刂平铅恋囊葡喾秶嵌嗌倌?2、電感性負載單相交流調(diào)壓帶電感性負載電路由雙向晶閘管或者兩個反并聯(lián)普通晶閘管、交流電源、電感性負載構成，具體電路及輸出電壓波形圖如圖所示?？傊?，在使用單相交流調(diào)壓電路時應注意以下三點：（1）帶電阻性負載時，負載電流波形與單相橋式可控整流交流側電流波形一致，改變控制角α可以改變負載電壓有效值。（2）帶電感性負載時，不能用窄脈沖觸發(fā)，否則當

時會發(fā)生有一個晶閘管無法導通的現(xiàn)象，電流出現(xiàn)很大的直流分量。（3）帶電感性負載時，α的移相范圍為

，帶電阻性負載時移相范圍為

。(二)三相交流調(diào)壓電路

工業(yè)中交流電源多為三相系統(tǒng)，在單相負載容量較大時采用單相交流調(diào)壓會造成三相不平衡，因此在容量較大的負載場合多采用三相交流調(diào)壓電路供電，常見的三相交流調(diào)壓電路如圖所示。

圖（a）為星形帶中線的三相四線制交流調(diào)壓電路，是三個單相交流調(diào)壓電路的組合，每個周期內(nèi)每只雙向晶閘管被觸發(fā)導通兩次，兩個脈沖之間間隔180°，六個脈沖一次間隔60°，每相負載都是正負對稱缺角的正弦波，含有較大的奇次諧波分量，中線上會有較大的電流流過，它在數(shù)值上等于一相三次諧波電流分量的三倍，會引起變壓器的發(fā)熱和噪聲，因此這種電路在使用時還是受到一定的限制。

圖（b）為三相三線制交流調(diào)壓電路。這種電路的負載可為星型或者三角形，若負載為星型負載，觸發(fā)電路應與三相全控整流電路一樣采用寬脈沖或者雙窄脈沖，通過改變觸發(fā)脈沖的相位控制角α，便可以控制加在負載上的電壓大小，對。于不帶零線的調(diào)壓電路，為了使三相電源構成通路，在任何時刻至少有兩個晶閘管同時導通，這就要求觸發(fā)電路必須滿足以下條件：（1）三相正或者負觸發(fā)脈沖依次間隔120°，每一相的正、負觸發(fā)脈沖間隔180°。（2）為了保證電路起始工作時以及在感性負載或者控制角較大時兩相能同時導通，必須采用寬脈沖或者雙窄脈沖。（3）為了保證輸出三相電壓對稱，應保證觸發(fā)脈沖與電源電壓同步。

圖（c）為晶閘管與負載接成三角形的三相交流調(diào)壓電路，晶閘管串接在負載三角形之內(nèi)，流過晶閘管的電流為相電流，即在相同線電流情況下，晶閘管的容量可以降低，三角形內(nèi)部存在高次諧波，但線電流中卻不存在三次諧波，因此本電路對電流的影響較小。交流開關電路

交流開關是一種理想的快速交流開關，接通和斷開時不存在電弧，廣泛應用于電機的調(diào)速、調(diào)光、自動控溫等場合，特別適用于操作頻繁、可逆運行及有易燃易爆氣體、多粉塵的場合。（一）簡單交流開關電路

晶閘管交流開關的特點是門極毫安級電流的通斷，可控制晶閘管陽極幾十到幾百安培大電流的通斷。圖3-6為采用雙向晶閘管構成的交流開關。在控制開關Q閉合時，電源u正半周雙向晶閘管VT以Ⅰ+觸發(fā)方式觸發(fā)導通，負載電阻RL上輸出電壓為正，電源u負半周時雙向晶閘管VT以Ⅲ-觸發(fā)方式觸發(fā)導通，負載電阻RL上輸出電壓為負，負載上因此獲得交流電壓信號。當控制開關Q斷開時，VT因門極信號開路而不能被觸發(fā)導通，負載上輸出電壓為零，相當于交流開關斷開。電路中R1、C1構成阻容電路對VT起著過電壓保護作用。(二)固態(tài)開關

固態(tài)開關是一種晶閘管交流開關，是近年迅速發(fā)展起來的一種固態(tài)無觸點開關。它包括固態(tài)繼電器和固態(tài)接觸器,是一種以雙向晶閘管為基礎構成的無觸點開關組件。常見固態(tài)開關電路如圖所示，均常采用光電耦合技術，便于計算機控制。（三）交流開關電路控制方式

晶閘管交流開關電路有相位控制和過零控制兩種控制方式。相位控制會產(chǎn)生相當大的射頻干擾，并通過電網(wǎng)進行遠距離傳送，給電力系統(tǒng)造成危害。過零控制為零電壓、零電流控制，它是在