交流调压-天津冶金职业技术学院主页

35课题三电风扇无级调速器电风扇无级调速器在日常生活中的应用非常广泛，本课题通过对与电路相关的知识：双晶闸管、单相交流调压、交流开关等内容的介绍和分析。使学生能够理解电路的工作原理，掌握分析电路的方法。一、本课题学习目标与要求1．掌握用万用表测试双向晶闸管好坏的方法。2．掌握双向晶闸管的外形及符号；双向晶闸管的触发方式。3．分析单相交流调压电路4．了解交流开关、交流调功器、固态开关原理。二、主要概念提示及难点释疑1．双向晶闸管的触发方式双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发。主电压与触发电压相互配合，可以得到四种触发方式：1）Ⅰ+触发方式主极T1为正，T2为负；门极电压G为正，T2为负。2）Ⅰ-触发方式主极T1为正，T2为负；门极电压G为负，T2为正。3）Ⅲ+触发方式主极T1为负，T2为正；门极电压G为正，T2为负。4）Ⅲ-触发方式主极T1为负，T2为正；门极电压G为负，T2为正。2．双向晶闸管的参数1）双向晶闸管额定通态电流不同于普通晶闸管的额定通态电流。前者用交流有效值标定，后者用正弦半波平均值标定，选择晶闸管时不能混淆。例如双向晶闸管额定通态电流为100A，若用两个反并联的普通晶闸管代替，按有效相等的原则，得210057.1)(AVTI，所以，AIAVT45257.1100)(。因此一个100A的双向晶闸管与两个45A反并联的普通晶闸管等效。2）在选择双向晶闸管的额定通态电流时，要考虑到电动机的启动电流的影响，在交流36开关的主电流中串入空心电抗器，可抑制换向电压上网率，降低对双向晶闸管换向能力的要求。3．交流调压电路（1）单相交流调压电路电感性负载时，要用宽脉冲触发晶闸管，否则在＜（负载功率因数角）时，会使一个晶闸管不能导通，负载波形只有半周，出现很大的直流分量，电路不能正常工作。（2）单相交流调压电路电阻性负载时，移相范围是=0°~180°，而电感性负载时，移相范围是=~180°（3）交流功率调节容量较大时，应采用三相交流调压。三相交流调压电路接线方式及性能特点见教材。（4）交流调压可以采用移相触发也可以采用过零触发来实现。过零触发就是在电压为零附近触发晶闸管导通，在设定的周期内改变晶闸管导通的频率树来实现交流调压或调功率。4．交流开关交流开关的作用类似普通的接触器，用门极小电流控制阳极大电流的通断，实现开关的无触电化。三、学习方法1．对比法：双向晶闸管的学习与普通晶闸管对比，找出他们的异同；移相触发与过零触发比较，找出各自优缺点。2．波形分析法：交流调压电路的工作原理结合波形来分析，更容易理解。3．讨论分析法：读者要学习与他人讨论分析问题，并了解其他读者的学习方法和学习收获，提高学习效率。四、典型题解析例3－1在交流调压电路或交流开关中，使用双向晶闸管有什么好处？解：双向晶闸管不论是从结构上，还是从特性上，都可以把它看作是一对反并联晶闸管集成元件。它只有一个门极，可用交流或直流脉冲触发，使之能正、反向导通。在交37流调压电路或交流开关中使用双向晶闸管可以简化电路、减小装置体积和质量、节省投资、方便维护。例3－2双向晶闸管额定电流的定义和普通晶闸管额定电流的定义有何不同？额定电流为100A的两只普通晶闸管反并联可以用额定电流为多少的双向晶闸管代替？解：双向晶闸管的额定电流用有效值表示，而普通晶闸管的额定电流是用平均值表示的。额定电流100A的普通晶闸管，其通过电流的峰值为100A×π=314A，则双向晶闸管的额定电流为314/2=222A。例3－3一台220V/10kW的电炉，采用单相交流调压电路，现使其工作在功率为5kW的电路中，试求电路的控制角α、工作电流以及电源侧功率因数。解：电炉是电阻性负载。220V、10kW的电炉其电流有效值应为AI5.4522010000要求输出功率减半，即2I值减小1/2，故工作电流应为AI1.3225.45输出功率减半，即2U值减小1/2，则α=90°功率因数cosφ=00.707例3－4图3－1单相交流调压电路，U2＝220V，L=5.516mH，R＝1Ω，试求：1）制角α的移相范围。2）负载电流最大有效值。3）最大输出功率和功率因数。图3－1例3－4图38解：1）单相交流调压电感性负载时，控制角α的移相范围是~601516.5502arctanarctanRL所以控制角α的移相范围是60°~π。2）因α=时，电流为连续状态，此时负载电流最大。AVZUI110)732.1122022（3）最大功率kW1.12)60cos110220(coscos22WIUIUP5.060coscoscos例3-5采用双向晶闸管组成的单相调功电路采用过零触发，U2＝220V，负载电阻R＝1Ω，在控制的设定周期Tc内，使晶闸管导通0.3s，断开0.2s。试计算：1）输出电压的有效值。2）负载上所得平均功率与假定晶闸管一直导通时输出得功率。3）选择双向晶闸管得型号。解：负载在全导通时，送出的功率为kW4.481220222RUP负载在导通0.3s断开0.2s过零触发下，负载上的电压有效值VTUU1702.03.03.0220Ton2负载上的功率kW292.03.03.04.48P五、自我检测题1．填空题1）型号为KS100-8的元件表示晶闸管、它的额定电压为伏、额定有效39电流为安。2）双向晶闸管的触发方式有：I+触发：第一阳极T1接电压，第二阳极T2接电压；门极G接电压，T2接电压。I-触发：第一阳极T1接电压，第二阳极T2接电压；门极G接电压，T2接电压。Ⅲ+触发：第一阳极T1接电压，第二阳极T2接电压,门极G接电压，T2接电压。Ⅲ-触发：第一阳极T1接电压，第二阳极T2接电压；门极G接电压，T2接电压。3）在单相交流调压电路中，负载为电阻性时移相范围是，负载是阻感性时移相范围是。4）双向晶闸管的图形符号是，三个电极分别是，和。5）交流零触发开关电路是利用在电源电压方式来控制晶闸管导通与关断的。2．判断题1）双向晶闸管与普通晶闸管一样，额定电流也用通态电流平均值表示（）2）双向晶闸管的结构与普通晶闸管一样，也是由四层半导体（P1N1P2N2）材料构成的。（）3）双向晶闸管的额定电流的定义与普通晶闸管不一样，双向晶闸管的额定电流是用电流有效值来表示的。（）4）双向晶闸管的结构与普通晶闸管不一样，它是由五层半导体材料构成的。（）3．问答题1）什么是晶闸管交流开关？2）交流调压电路中，晶闸管常用哪些方式控制？3）单相交流调压电路中，对于电阻-电感负载，为什么晶闸管的触发脉冲要用宽脉冲或脉冲列？404）三相交流调压电路有哪些接线方式，各有什么特点？5）双向晶闸管有哪几种触发方式？用的最多的有哪两种？6）在交流调压电路中，采用相位控制和通断控制各有何优缺点？为什么通断控制适用于大惯性负载？7）单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，问控制角α的有效移相范围有多大？4．计算题1）在图3-2示交流调压电路中，已知U2＝220V负载电阻RL＝10Ω，当触发角α＝90°时，计算RL吸收的交流电功率是多少？并画出RL上的电压波形图。导通区用阴影线表示。图3-22）一台工业炉原由额定电压为单相交流220∨供电，额定功率为10千瓦。现改用双向晶闸管组成的单相交流调压电源供电，如果正常工作时负载只需要5千瓦。试问双向晶闸管的触发角α应为多少度？试求此时的电流有效值，以及电源侧的功率因数值。5．分析题1）图3-3为采用双向晶闸管的单相电源漏电检测原理图，试分析其工作原理。图3-3412）图3-4为一单相交流调压电路，试分析当开关Q置于位置1、2、3时，电路的工作情况并画出开关置于不同位置时，负载上得到的电压波形。图3-44）已知自耦变压器基本绕组为1-0，调整绕组1-3与1-2之间的匝数是1-0的10％。试分析图3-5示两组反并联晶闸管组成的电路，是如何实现在输入电压波动时，使输出电压∪0保持稳定？图3-5六、自我检测题答案1．填空题1）双向晶闸管、800V、100A。2）I+触发：正，负；G正，负。I-触发：正，负；负，正。Ⅲ+触发：负，正；正，负。Ⅲ-触发：负，正；负，正。3）0，，4）第一阳极T1，第二阳极T2，门极G425）过零触发2．判断题1）×2）×3）√4）√3．问答题1）如果交流调压电路中的晶闸管在交流电压自然过零时关断或导通，则称之为晶闸管交流开关。2）交流调压电路中的晶闸管常用两种方式控制：（1）相位控制。在电源电压的每一周期，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定时刻即可达到调压的目的。（2）通断控制。将晶闸管作为开关，使负载与电源接若干周波，然后再断开一定的周波，通过改变通断的时间比达到调压的目的。3）见教材。4）见教材表格。5）I+触发：T1接正电压，T2接负；门极G接正，T2接负。I-触发：T1接正，T2接负；门极G为负，T2接正。Ⅲ+触发T1接负，T2接正，门极G接正，T2接负。Ⅲ-触发T1接负，T2接正；门极G接负，T2接正。6）通断控制采用了“零”触发的控制方式，几乎不产生谐波污染，但由于在导通周期内电动机承受的电压额定电压，而在间歇周期内电动机承受的电压为零，故加在电动机上的电压变化剧烈，致使转矩较大，特别是在低速时，影响尤为严重。脉动相位控制输出电压较为精确，调速精度较高、快速性好，低速时转速脉动较小。但由于相位控制的导通波形只是工频正弦波一周期的一部分，会产生成分复杂的谐波，对电网造成谐波污染。7）30°~180°4．计算题1）2.4KW432）1、π/2；32.1A；0.7075．分析题1）三相插座漏电，双向晶闸管以I+或III-的方式触发导通，继电器线圈得电，J1,4常开触头闭合，常闭触头断开，切断插座电源；同时J1,2常开触头闭合，常闭触头断开，晶闸管门极接通电源；双向晶闸管导通使指示灯亮，提示插座漏电。正常工作时，双向晶闸管门极无触发信号，不导通，继电器线圈不得电，三相插座带电，指示灯不亮，提示正常工作。2）Q置于位置1：双向晶闸管得不到触发信号，不能导通，负载上无电压Q置于位置2：正半周，双向晶闸管Ⅰ+触发方式导通。负半周，由于二极管VD反偏，双向晶闸管得不到触发信号，不能导通，负载上得到半波整流电压。Q置于位置3：正半周，双向晶闸管Ⅰ+触发方式导通。负半周，双向晶闸管Ⅲ-触发方式导通，负载上得到近似单相交流电压。3）通过对电压检测，实施对两组反并联晶闸管门极予以控制。例如：输入电压高于10%时，让VT1、VT2这组反并联的晶闸管的触发脉冲移到180°，使它不输出电压，而让VT3、VT4这组反并联晶闸管的触发脉冲移到0°，使他们分别在正负半周全导通时输出电压降低；当输入电压低于额定值10%时，让VT1、VT2这组反并联晶闸管的触发脉冲移到0°，使他们分别在正负半周全导通。让VT3、VT4反并联晶闸管的触发脉冲移到180°使他们截止，从而使输出电压提高10%，达到稳定输出电压的目的。