電力電子 3 風扇無極調速

《電力電子技術》

電子教案

項目三電風扇無級調速器【學習目標】完成本課題的學習后，能夠用萬用表測試雙向晶閘管的好壞。掌握雙向晶閘管工作原理。分析電風扇無級調速器各部分電路的作用及調光原理。了解交流開關、交流調功器、固態(tài)開關原理。

【課題描述】電風扇無級調速器在日常生活中隨處可見。常見的電風扇無級調速器。旋動旋鈕便可以調節(jié)電風扇的速度。電風扇無級調速器調速旋鈕觸發(fā)電路保護電路

(a)電風扇無級調速器(b)電風扇無級調速器電路原理圖

【課題描述】調速器電路由主電路和觸發(fā)電路兩部分構成。在雙向晶閘管的兩端并接RC元件，是利用電容兩端電壓瞬時不能突變，作為晶閘管關斷過電壓的保護措施。

【相關知識點】一、雙向晶閘管的工作原理雙向晶閘管的結構雙向晶閘管的外形與普通晶閘管類似，有塑封式、螺栓式、平板式。其內部是是一種NPNPN五層結構的三端器件。

一、雙向晶閘管的工作原理

（a）內部結構（b）等效電路（c）圖形符號一、雙向晶閘管的工作原理常見雙向晶閘管引腳排列一、雙向晶閘管的工作原理2.雙向晶閘管的特性與參數(shù)雙向晶閘管有正反向對稱的伏安特性曲線。一、雙向晶閘管的工作原理雙向晶閘管的主要參數(shù)中只有額定電流與普通晶閘管有所不同，其他參數(shù)定義相似。雙向晶閘管的額定電流定義為：在標準散熱條件下，當器件的單向導通角大于170°，允許流過器件的最大交流正弦電流的有效值，用IT(RMS)表示。雙向晶閘管額定電流與普通晶閘管額定電流之間的換算關系式為

一、雙向晶閘管的工作原理例如，一個100A的雙向晶閘管與兩個反并聯(lián)45A的普通晶閘管電流容量相等。例如型號KS50-10-21表示額定電流50A，額定電壓10級（1000V）斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt為2級（不小于200V/μs）,換向電流臨界下降率di/dt為1級（不小于1％IT(RMS)）的雙向晶閘管。一、雙向晶閘管的工作原理

有關KS型雙向晶閘管的主要參數(shù)和分級的規(guī)定。一、雙向晶閘管的工作原理雙向晶閘管的觸發(fā)方式可以得到四種觸發(fā)方式：1）Ⅰ+觸發(fā)方式主極T1為正，T2為負；門極電壓G為正，T2為負。特性曲線在第Ⅰ象限。2）Ⅰ-觸發(fā)方式主極T1為正，T2為負；門極電壓G為負，T2為正。特性曲線在第Ⅰ象限。3）Ⅲ+觸發(fā)方式主極T1為負，T2為正；門極電壓G為正，T2為負。特性曲線在第Ⅲ象限。一、雙向晶閘管的工作原理4）Ⅲ-觸發(fā)方式主極T1為負，T2為正；門極電壓G為負，T2為正。特性曲線在第Ⅲ象限。 由于雙向晶閘管的內部結構原因，四種觸發(fā)方式中靈敏度不相同，以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-。 4．雙向晶閘管的觸發(fā)電路

（1）簡易觸發(fā)電路雙向晶閘管的簡易觸發(fā)電路4．雙向晶閘管的觸發(fā)電路雙向晶閘管的簡易觸發(fā)電路分析電風扇無級調速電路圖，接通電源后，電容C1充電，當電容C1兩端電壓的峰值達到氖管HL的阻斷電壓時，HL亮，雙向晶閘管VT被觸發(fā)導通，電扇轉動。改變電位器RP的大小，即改變了C1的充電時間常數(shù)，使VT的導通角發(fā)生變化，也就改變了電動機兩端的電壓，因此電扇的轉速改變。由于RP是無級變化的，因此電扇的轉速也是無級變化的。4．雙向晶閘管的觸發(fā)電路

（2)單結晶體管觸發(fā) 單結晶體管觸發(fā)的交流調壓電路，調節(jié)RP阻值可改變負載RL上電壓的大小。

4．雙向晶閘管的觸發(fā)電路(3）集成觸發(fā)器

K006組成的雙向晶閘管移相交流調壓電路4．雙向晶閘管的觸發(fā)電路K006組成的雙向晶閘管移相交流調壓電路分析該電路主要適用于交流直接供電的雙向晶閘管或反并聯(lián)普通晶閘管的交流移相控制。RP1用于調節(jié)觸發(fā)電路鋸齒波斜率，R4、C3用于調節(jié)脈沖寬度，RP2為移相控制電位器，用于調節(jié)輸出電壓的大小。二、單相交流調壓電路交流調壓是將一種幅值的交流電能轉化為同頻率的另一種幅值的交流電能。1.電阻性負載在電源正半周觸發(fā)VT導通，有正向電流流過RL，負載端電壓uR為正值，電流過零時VT自行關斷；在電源負半周時，再觸發(fā)VT導通，有反向電流流過RL，其端電壓uR為負值，到電流過零時VT再次自行關斷。然后重復上述過程。改變角a即可調節(jié)負載兩端的輸出電壓有效值，達到交流調壓的目的。二、單相交流調壓電路

單相交流調壓電路電阻負載電路及波形（a）電路圖(b)波形圖二、單相交流調壓電路

單相交流調壓電路電阻負載電路及波形分析通過改變a可得到不同的輸出電壓有效值，從而達到交流調壓的目的。由雙向晶閘管組成的電路，只要在正負半周對稱的相應時刻（a、π＋a）給觸發(fā)脈沖，則和反并聯(lián)電路一樣可得到同樣的可調交流電壓。二、單相交流調壓電路電阻負載上交流電壓有效值為電流有效值電路功率因數(shù)電路的移相范圍為0—π。 2．電感性負載電感性負載的交流調壓電路。下面分三種情況加以討論。（1），當>時，θ<180°，即正負半周電流斷續(xù)，且越大，θ越小。電流電壓波形如圖(b)所示。（2），當＝時，θ=180°，即正負半周電流臨界連續(xù)。相當于晶閘管失去控制，電流電壓波形如圖(b)所示。（3）,若開始給VT1管以觸發(fā)脈沖，VT1管導通，而且θ>180°。如果觸發(fā)脈沖為窄脈沖，當ug2出現(xiàn)時，VT1管的電流還未到零，VT1管關不斷，VT2管不能導通。當VT1管電流到零關斷時，ug2脈沖已消失，此時VT2管雖已受正壓，但也無法導通。到第三個半波時，ug1又觸發(fā)VT1導通。這樣負載電流只有正半波部分，出現(xiàn)很大直流分量，電路不能正常工作。因而電感性負載時，晶閘管不能用窄脈沖觸發(fā)，可采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。2．電感性負載

單相交流調壓電感負載電路2．電感性負載

單相交流調壓電感負載波形圖

2．電感性負載

單相交流調壓的特點：

①電阻負載時，負載電流波形與單相橋式可控整流交流側電流一致。改變控制角可以連續(xù)改變負載電壓有效值，達到交流調壓的目的。

②電感性負載時，不能用窄脈沖觸發(fā)。否則會出現(xiàn)一個晶閘管無法導通，產(chǎn)生很大直流分量電流，燒毀熔斷器或晶閘管。③電感性負載時，最小控制角。所以的移相范圍為阻抗角～180°，電阻負載時移相范圍為0～180°。【擴展內容】一、交流開關及其應用電路

1．晶閘管交流開關的基本形式一、交流開關及其應用電路

三相自動控溫電熱爐電路，它采用雙向晶閘管作為功率開關，與KT溫控儀配合，實現(xiàn)三相電熱爐的溫度自動控制。2．交流調功器

調功器是利用晶閘管的過零控制可以實現(xiàn)交流功率調節(jié)，這種裝置稱為調功器或周波控制器控制方式有全周波連續(xù)式和全周波斷續(xù)式兩種。全周波過零觸發(fā)輸出電壓波形2．交流調功器如在設定周期Tc內導通的周波數(shù)為n，每個周波的周期為T（50Hz，T＝20ms），則調功器的輸出功率調功器輸出電壓有效值Pn、Un為在設定周期Tc內晶閘管全導通時調功器輸出的功率與電壓有效值。顯然，改變導通的周波數(shù)n就可改變輸出電壓或功率。2．交流調功器調功器可以用雙向晶閘管，也可以用兩只晶閘管反并聯(lián)聯(lián)結，其觸發(fā)電路可以采用集成過零觸發(fā)器，也可利用分立元件組成的過零觸發(fā)電路。全周波連續(xù)式的過零觸發(fā)電路由鋸齒波發(fā)生、信號綜合、直流開關、同步電壓與過零脈沖輸出五個環(huán)節(jié)組成。過零觸發(fā)電路

2．交流調功器過零觸發(fā)電路分析1）鋸齒波是由單結晶體管V6和R1、R2、R3、RP1和C1組成張馳振蕩器產(chǎn)生的，經(jīng)射極跟隨器（V1、R4）輸出。其波形如圖（a）所示。2）控制電壓（Uc）與鋸齒波電壓進行疊加后送至V2基極，合成電壓為us。當us>0(0.7V)，則V2導通；us<0，則V2截止，如圖（b）所示。3）由V2、V3及R8、R9、VD6組成一直流開關。當V2基極電壓Ube2>0(0.7V)時，V2管導通，Ube3接近零電位，V3管截止，直流開關阻斷。2．交流調功器當Ube2<0時，V2截止，由R8、VD6和R9組成的分壓電路使V3導通，直流開關導通，輸出24V直流電壓，V3通斷時刻如圖(c)所示。VD6為V3基極提供一閥值電壓，使V2導通時，V3更可靠地截止。4）過零脈沖輸出脈沖使晶閘管導通，增大控制電壓，便可加長開關導通的時間，也就增多了導通的周波數(shù)，從而增加了輸出的平均功率。過零觸發(fā)雖然沒有移相觸發(fā)高頻干擾的問題，但其通斷頻率比電源頻率低，特別是當通斷比較小時，會出現(xiàn)低頻干擾，使照明出現(xiàn)人眼能覺察倒的閃爍，電表指針的搖擺等。所以調功器通常用于熱慣性較大的電熱負載。2．交流調功器

過零觸發(fā)電路的電壓波形 3、固態(tài)開關固態(tài)開關是以雙向晶閘管為基礎構成的無觸點通斷組件。3、固態(tài)開關固態(tài)開關說明圖(a)為采用光電三極管耦合器的“0”壓固態(tài)開關內部電路。圖(b)為光電晶閘管耦合器“0”電壓開關。圖(c)為光電雙向晶閘管耦合器非“0”電壓開關。

二、三相交流調壓

三相交流調壓的電路有多種形式，負載可連接成△或Y形。三相交流調壓電路接線方式及性能特點

二、三相交流調壓

三相交流調壓電路接線方式及性能特點 設計與制作

2015年國賽賽題——風板控制裝置（I題）1.任務?????設計并制作一個風板控制裝置，該裝置能通過控制風機的風量來控制風板完成規(guī)定動作，風板控制裝置參考示意圖如圖3-31。圖3-31板控制裝置參考示意圖要求（1）基本要求1）預置風板控制角度（控制角度在45°~135°之間設定）。由起點開始啟動裝置，控制風板達到預置角度，過渡過程時間不大于10s，控制角度誤差不大于5°，在預置角度上的穩(wěn)定停留時間為5s，誤差不大于1s。動作完成后風板平穩(wěn)停留在終點位置上；2）在45°~135°范圍內預置兩個角度值（Φ1和Φ2）。由終點開始啟動裝置，在10s內控制風板到達第一個預置角度上，然后到達第二個預置角度，在兩個預置角度之間做3次擺動，擺動周期不大于5s，擺動幅角誤差不大于5°，動作完成后風板平穩(wěn)停留在起點位置上；3）顯示風板設置的控制角度，風板從一個狀態(tài)轉變到另一個狀態(tài)時應有明顯的聲光提示。要求（2）發(fā)揮部分用細線繩將一個重量為10g物體（可以用10g砝碼代替），拴在小長尾金屬夾的尾端上，小長尾金屬夾與重物的總長度不小于50mm，并整體夾在圖1所示風板對應位置上。1）預置風板控制角度（控制角度在45°~135°之間設定）。由起點開始啟動裝置，控制風板達到預置角度，過渡過程時間不大于15s，控制角度誤差不大于5°，在預置角度上的穩(wěn)定停留時間5s，誤差不大于1s，最后控制風板平穩(wěn)停留在終點位置上；2）在45°~135°范圍內預置兩個角度值（Φ1和Φ2）。由終點開始啟動裝置，在15s內控制風板到達第一個預置角度上，然后到達第二個預置角度，在兩個預置角度之間做4次擺動，擺動周期不大于5s，擺動幅角誤差不大于5°，動作完成后風板平穩(wěn)停留