電風(fēng)扇無級調(diào)速器相關(guān)知識精講

1、 項(xiàng)目三 電風(fēng)扇無級調(diào)速器【學(xué)習(xí)目標(biāo)】完成本課題的學(xué)習(xí)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(fēng)扇無級調(diào)速器各部分電路的作用及調(diào)光原理。了解交流開關(guān)、交流調(diào)功器、固態(tài)開關(guān)原理。 【課題描述】電風(fēng)扇無級調(diào)速器在日常生活中隨處可見。常見的電風(fēng)扇無級調(diào)速器。旋動旋鈕便可以調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的速度。電風(fēng)扇無級調(diào)速器調(diào)速旋鈕觸發(fā)電路保護(hù)電路 (a) 電風(fēng)扇無級調(diào)速器 (b) 電風(fēng)扇無級調(diào)速器電路原理圖 【課題描述】調(diào)速器電路由主電路和觸發(fā)電路兩部分構(gòu)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(shí)不能突變，作為晶閘管關(guān)斷過電壓的保護(hù)措施。 【相關(guān)知識點(diǎn)】一、雙向晶閘管的工作

2、原理雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)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(nèi)部是是一種NPNPN五層結(jié)構(gòu)的三端器件。一、雙向晶閘管的工作原理 （a） 內(nèi)部結(jié)構(gòu) （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?qū)ΨQ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(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，當(dāng)器件的單向?qū)ń谴笥?70，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

3、通晶閘管額定電流之間的換算關(guān)系式為 一、雙向晶閘管的工作原理例如，一個(gè)100A的雙向晶閘管與兩個(gè)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/ s）,換向電流臨界下降率di/dt為1級（不小于1IT(RMS)）的雙向晶閘管。一、雙向晶閘管的工作原理 有關(guān)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）+觸發(fā)方式 主極T1為正，T2為負(fù)；門極電壓G為正，T2為負(fù)。特性曲線在第象限。2）-觸發(fā)方式 主極T1為正，T2為

4、負(fù)；門極電壓G為負(fù)，T2為正。特性曲線在第象限。3）+觸發(fā)方式 主極T1為負(fù)，T2為正；門極電壓G為正，T2為負(fù)。特性曲線在第象限。一、雙向晶閘管的工作原理4）-觸發(fā)方式 主極T1為負(fù)，T2為正；門極電壓G為負(fù)，T2為正。特性曲線在第象限。由于雙向晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，四種觸發(fā)方式中靈敏度不相同，以+觸發(fā)方式靈敏度最低，使用時(shí)要盡量避開，常采用的觸發(fā)方式為+和-。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(fēng)扇無級調(diào)速電路圖，接通電源后，電容C1充電，當(dāng)電容C1兩端電壓的峰值達(dá)到氖管HL的阻斷電壓時(shí)，HL亮，雙向晶閘管VT

5、被觸發(fā)導(dǎo)通，電扇轉(zhuǎn)動。改變電位器RP的大小，即改變了C1的充電時(shí)間常數(shù)，使VT的導(dǎo)通角發(fā)生變化，也就改變了電動機(jī)兩端的電壓，因此電扇的轉(zhuǎn)速改變。由于RP是無級變化的，因此電扇的轉(zhuǎn)速也是無級變化的。4雙向晶閘管的觸發(fā)電路（2 )單結(jié)晶體管觸發(fā)單結(jié)晶體管觸發(fā)的交流調(diào)壓電路，調(diào)節(jié)RP阻值可改變負(fù)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(diào)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(diào)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(diào)節(jié)觸發(fā)電路鋸齒波斜率，R4、C3用于調(diào)節(jié)脈沖寬度，RP2

6、為移相控制電位器，用于調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。二、單相交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓是將一種幅值的交流電能轉(zhuǎn)化為同頻率的另一種幅值的交流電能。1. 電阻性負(fù)載在電源正半周觸發(fā)VT導(dǎo)通，有正向電流流過RL，負(fù)載端電壓uR為正值，電流過零時(shí)VT自行關(guān)斷；在電源負(fù)半周時(shí)，再觸發(fā)VT導(dǎo)通，有反向電流流過RL，其端電壓uR為負(fù)值，到電流過零時(shí)VT再次自行關(guān)斷。然后重復(fù)上述過程。改變角a即可調(diào)節(jié)負(fù)載兩端的輸出電壓有效值，達(dá)到交流調(diào)壓的目的。二、單相交流調(diào)壓電路 單相交流調(diào)壓電路電阻負(fù)載電路及波形 （a）電路圖 (b)波形圖二、單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路電阻負(fù)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，

7、從而達(dá)到交流調(diào)壓的目的。由雙向晶閘管組成的電路，只要在正負(fù)半周對稱的相應(yīng)時(shí)刻（a、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(diào)交流電壓。二、單相交流調(diào)壓電路電阻負(fù)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。2電感性負(fù)載電感性負(fù)載的交流調(diào)壓電路。下面分三種情況加以討論。（1） ，當(dāng)時(shí)，180。如果觸發(fā)脈沖為窄脈沖，當(dāng)ug2出現(xiàn)時(shí)，VT1管的電流還未到零，VT1管關(guān)不斷，VT2管不能導(dǎo)通。當(dāng)VT1管電流到零關(guān)斷時(shí)，ug2脈沖已消失，此時(shí)VT2管雖已受正壓，但也無法導(dǎo)通。到第三個(gè)半波時(shí)，ug1 又觸發(fā)VT1導(dǎo)通。這樣負(fù)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。

8、因而電感性負(fù)載時(shí)，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(fù)載 單相交流調(diào)壓電感負(fù)載電路2電感性負(fù)載 單相交流調(diào)壓電感負(fù)載波形圖 2電感性負(fù)載 單相交流調(diào)壓的特點(diǎn)： 電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形與單相橋式可控整流交流側(cè)電流一致。改變控制角可以連續(xù)改變負(fù)載電壓有效值，達(dá)到交流調(diào)壓的目的。 電感性負(fù)載時(shí)，不能用窄脈沖觸發(fā)。否則會出現(xiàn)一個(gè)晶閘管無法導(dǎo)通，產(chǎn)生很大直流分量電流，燒毀熔斷器或晶閘管。電感性負(fù)載時(shí)，最小控制角 。所以的移相范圍為阻抗角 180，電阻負(fù)載時(shí)移相范圍為0180?！緮U(kuò)展內(nèi)容】一、交流開關(guān)及其應(yīng)用電路1晶閘管交流開關(guān)的基本形式一、交流開關(guān)及其應(yīng)用電路 三相自動控溫電熱

9、爐電路，它采用雙向晶閘管作為功率開關(guān)，與KT溫控儀配合，實(shí)現(xiàn)三相電熱爐的溫度自動控制。2.單相交流調(diào)功器過零觸發(fā)：在電壓過零時(shí)給晶閘管以觸發(fā)脈沖，使晶閘管工作狀態(tài)始終處于全導(dǎo)通或全阻斷，這種工作方式稱為過零觸發(fā)。交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周期,在斷開幾個(gè)周期,通過通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。2.單相交流調(diào)功器電阻負(fù)載時(shí)的工作情況 晶閘管導(dǎo)通m個(gè)電源周期，然后關(guān)斷n個(gè)周期，一般在電源電壓正，負(fù)過零時(shí)（ =0 ），分別觸發(fā)VT1和VT2，它們又在每半周電流過零時(shí)自然關(guān)斷。 如圖2所示，改變m和n的比值，就改變了開關(guān)一個(gè)周期輸出電壓的有效值。 圖1 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電

10、路過零觸發(fā)輸出電壓的波形圖 設(shè)電源電壓 = = 若導(dǎo)通m個(gè)周期，關(guān)斷n個(gè)周期，則輸出電壓的有效值為 式中 稱為周期占空比。2.單相交流調(diào)功器輸出電流在一個(gè)通斷周期的有效值為 所以負(fù)載功率為 2.單相交流調(diào)功器由上可見，改變周期占空比D的大小，就改變了負(fù)載功率。這種方式常用來控制有大的機(jī)械慣性和熱慣性的負(fù)載功率。通斷控制開關(guān)作用產(chǎn)生的諧波較少。2.單相交流調(diào)功器 輸入功率因數(shù) 可由負(fù)載在一個(gè)通斷周期中的有功功率與電源視在功率之比求得。由于輸入電流等于輸出電流，故 當(dāng)D很小時(shí)， 是很低的。2.單相交流調(diào)功器流過晶閘管T1和T2的電流為半波電流，所以平均電流值為 但在選擇晶閘管電流定額時(shí)，由于管芯熱

11、容 量很小，導(dǎo)通m個(gè)周期管芯已達(dá)穩(wěn)定溫升，故晶閘管電流定額應(yīng)以D=1來選。2.單相交流調(diào)功器例 有一交流220V供電的交流調(diào)壓電路，電路如圖1，負(fù)載電阻R=5 ，晶閘管導(dǎo)通20個(gè)周期，關(guān)斷40個(gè)周期。 （1）輸出電壓有效值 。 （2）負(fù)載功率 。 （3）輸入功率因數(shù) 。 2.單相交流調(diào)功器圖1 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路解： （1）由公式知 （2）由公式知 （3）由公式知 2交流調(diào)功器調(diào)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(jié)，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(guān)、同步電壓與過零脈沖輸出五個(gè)環(huán)節(jié)

12、組成。過零觸發(fā)電路 2交流調(diào)功器過零觸發(fā)電路分析1）鋸齒波是由單結(jié)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(jìn)行疊加后送至V2基極，合成電壓為us。當(dāng)us0(0.7V)，則V2導(dǎo)通；us0(0.7V)時(shí)，V2管導(dǎo)通，Ube3接近零電位，V3管截止，直流開關(guān)阻斷。 2交流調(diào)功器當(dāng)Ube20時(shí)，V2截止，由R8、VD6和R9組成的分壓電路使V3導(dǎo)通，直流開關(guān)導(dǎo)通，輸出24V直流電壓，V3通斷時(shí)刻如圖(c) 所示。VD6為V3基極提供一閥值電壓，使V2導(dǎo)通時(shí)，V3更可靠地截止。4）過零脈沖輸出 脈沖使晶閘管導(dǎo)通，增大控制電壓，便可加長開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間，也就增多了導(dǎo)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(dāng)通斷比較小時(shí)，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(diào)功器通常用于熱慣性較大的電熱負(fù)載。 2交流調(diào)功器 過零觸發(fā)電路的電壓波形V2截止3