鄂鋼職大維修電工技師培訓(xùn)

任課教師簡介

詹良材，男，生于1970年9月，湖北省麻城市人。1992年6月畢業(yè)于武漢工業(yè)大學(xué)自動化系機械電子工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士學(xué)位。

1992年7月至1995年7月于湖北省鄂州市建材設(shè)計研究院擔任后勤保衛(wèi)部主任助理（分管水、電）；1993年6月取得助理工程師職稱；

1995年8月調(diào)入湖北函授大學(xué)鄂州分校任教并擔任校政教小組成員、理工教研組副組長、95級機電班班主任。兼湖北省計算機學(xué)會鄂州秘書處副秘書長；1996年10月取得教師資格；

1998年7月調(diào)入湖北鄂州大學(xué)電信系任教隸屬于硬件組。1999年9月取得工程師\講師職稱；2000年1月參加校科研處組織的電子顯示屏的研制工作獲獎；2002年9月參與教材編寫，于2003年9月由中國輕工業(yè)出版社出版高等學(xué)校教材《普通物理實驗指導(dǎo)書》中擔任副主編；2006年1月開始主持并參與湖北省教育廳校企合作“中夏教育機器人”項目的研究與開發(fā)；

2006年2月因工作需要調(diào)入鄂州大學(xué)電子電氣工程系至今第一頁，共98頁。主要內(nèi)容及時間安排I、晶閘管簡介（2）II、可控整流電路（3）III、斬波器與交流調(diào)壓器（2）IV、逆變電路（3）V、晶閘管中頻電源裝置及其調(diào)試（2）維修電工技師培訓(xùn)

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第二頁，共98頁。I晶閘管簡介

晶閘管是一種大功率的可控半導(dǎo)體器件。普通型晶閘管具有反向阻斷特性，故又稱為逆阻型晶閘管。近幾年來，晶閘管技術(shù)發(fā)展很快，出現(xiàn)了許多派生型晶閘管，如快速型（FST）、雙向型（TRIAC）、關(guān)斷型和逆導(dǎo)型（RCT）和光控晶閘管（LATT）等晶閘管。晶閘管具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、控制靈敏、操作方便、維護簡單等優(yōu)點。晶閘管廣泛應(yīng)用于可控整流、逆變、斬波、調(diào)壓及無觸點開關(guān)等大功率的電能轉(zhuǎn)換和自動控制領(lǐng)域。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第三頁，共98頁。1、晶閘管的結(jié)構(gòu)具有四層PNPN結(jié)構(gòu)、三端引出線(A、K、G)的器件。常見的外形有兩種：螺栓型和平板型。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第四頁，共98頁。內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路和符號

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第五頁，共98頁。2、晶閘管的工作原理

2.1、晶閘管工作原理的實驗說明由電源、晶閘管的陽極和陰極、白熾燈組成晶閘管主電路；由電源、開關(guān)S、晶閘管的門極和陰極組成控制電路（觸發(fā)電路）。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第六頁，共98頁。通過上述實驗可知，晶閘管導(dǎo)通必須同時具備兩個條件:

（1）晶閘管主電路加正向電壓。

（2）晶閘管控制電路加合適的正向電壓。

晶閘管一旦導(dǎo)通，門極即失去控制作用，故晶閘管為半控型器件。為使晶閘管關(guān)斷，必須使其陽極電流減小到一定數(shù)值以下，這只有通過使陽極電壓減小到零或反向的方法來實現(xiàn)。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第七頁，共98頁。

2.2、晶閘管工作原理的等效電路說明

當晶閘管陽極承受正向電壓，控制極也加正向電壓時，形成了強烈的正反饋，正反饋過程如下：IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑

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第八頁，共98頁。

晶閘管導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子本身的正反饋作用來維持，即使控制極電流消失，晶閘管仍將處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此，控制極的作用僅是觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后，控制極就失去了控制作用。要想關(guān)斷晶閘管可采用的方法有:將陽極電源斷開；改變晶閘管的陽極電壓的方向，即在陽極和陰極間加反向電壓。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第九頁，共98頁。3、晶閘管的特性

3.1、晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性是晶閘管陽極與陰極間電壓UAK和晶閘管陽極電流IA之間的關(guān)系特性。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第十頁，共98頁。

（1）正向特性在門極電流IG=0情況下，晶閘管處于斷態(tài)，只有很小的正向漏電流；隨著正向陽極電壓的增加，達到正向轉(zhuǎn)折電壓UBO時，漏電流突然劇增，特性從正向阻斷狀態(tài)突變?yōu)檎驅(qū)顟B(tài)。正常工作時，不允許把正向電壓加到轉(zhuǎn)折值UBO，而是從門極輸入觸發(fā)電流IG，使晶閘管導(dǎo)通。門極電流愈大陽極電壓轉(zhuǎn)折點愈低。晶閘管正向?qū)ê?，要使晶閘管恢復(fù)阻斷，只有逐步減少陽極電流。當IA小到等于維持電流IH時，晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)樽钄?。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第十一頁，共98頁。

（2）反向特性是指晶閘管的反向陽極電壓與陽極漏電流的伏安特性。晶閘管的反向特性與一般二極管的反向特性相似。當晶閘管承受反向陽極電壓時，晶閘管總是處于阻斷狀態(tài)。當反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向漏電流增加較快。再繼續(xù)增大反向陽極電壓，會導(dǎo)致晶閘管反向擊穿，造成晶閘管的損壞。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第十二頁，共98頁。3.2、晶閘管的開關(guān)特性晶閘管的開關(guān)特性如圖所示。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第十三頁，共98頁。

晶閘管開關(guān)特性的說明第一段延遲時間td。陽極電流上升到10％所需時間，此時J2結(jié)仍為反偏，晶閘管的電流不大。第二段上升時間tr，陽極電流由0.1上升到0.9所需時間，這時靠近門極的局部區(qū)域已經(jīng)導(dǎo)通，相應(yīng)的J2結(jié)已由反偏轉(zhuǎn)為正偏，電流迅速增加。通常定義器件的開通時間ton為延遲時間td與上升時間tr之和。即

ton=td+tr維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第十四頁，共98頁。電源電壓反向后，從正向電流降為零起到能重新施加正向電壓為止定義為器件的電路換向關(guān)斷時間toff。反向阻斷恢復(fù)時間trr與正向阻斷恢復(fù)時間tgr之和。

toff=trr+tgr

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第十五頁，共98頁。4、晶閘管的主要參數(shù)4.1、額定電壓UTn（1）正向重復(fù)峰值電壓UDRM

在控制極斷路和正向阻斷條件下，可重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。規(guī)定此電壓為正向不重復(fù)峰值電壓UDSM的80%維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第十六頁，共98頁。（2）反向重復(fù)峰值電壓URRM在控制極斷路時，以重復(fù)加在晶閘管兩端的反向峰值電壓。此電壓取反向不重復(fù)峰值電壓URSM的80%。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第十七頁，共98頁。晶閘管的額定電壓則取UDRM和URRM的較小值且靠近標準電壓等級所對應(yīng)的電壓值。選擇管子的額定電壓UTn應(yīng)為晶閘管在電路中可能承受的最大峰值電壓的2~3倍。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第十八頁，共98頁。4.2、額定電流IT(AV)是指：在環(huán)境溫度為+140度和規(guī)定的散熱條件下，晶閘管在電阻性負載時的單相、工頻（50Hz）、正弦半波（導(dǎo)通角不小于170度）的電路中，結(jié)溫穩(wěn)定在額定值125度時所允許的通態(tài)平均電流。注意：晶閘管是以電流的平均值而非有效值作為它的電流定額，這是因為晶閘管較多用于可控整流電路，而整流電路往往按直流平均值來計算。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第十九頁，共98頁。

它的通態(tài)平均電流IT(AV)和正弦電流最大值Im之間的關(guān)系表示為：

正弦半波電流的有效值為：

式中Kf―為波形系數(shù)

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第二十頁，共98頁。流過晶閘管的電流波形不同，其波形系數(shù)也不同，實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)電流有效值相同的原則進行換算，通常選用晶閘管時，電流選擇應(yīng)取(1.5～2)倍的安全裕量。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第二十一頁，共98頁。

4.3、維持電流IH

在室溫和門極斷路時，晶閘管已經(jīng)處于通態(tài)后，從較大的通態(tài)電流降至維持通態(tài)所必須的最小陽極電流。4.4、擎住電流IL

晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)換到通態(tài)時移去觸發(fā)信號之后，要器件維持通態(tài)所需要的最小陽極電流。對于同一個晶閘管來說，通常擎住電流IL約為維持電流IH的(2～4)倍。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第二十二頁，共98頁。4.5、門極觸發(fā)電流IGT在室溫且陽極電壓為6V直流電壓時，使晶閘管從阻斷到完全開通所必需的最小門極直流電流。4.6、門極觸發(fā)電壓UGT

對應(yīng)于門極觸發(fā)電流時的門極觸發(fā)電壓。觸發(fā)電路給門極的電壓和電流應(yīng)適當?shù)卮笥谒?guī)定的UGT和IGT上限，但不應(yīng)超過其峰值IGFM

和UGFM。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第二十三頁，共98頁。

4.7、斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

在額定結(jié)溫和門極斷路條件下，不導(dǎo)致器件從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)的最大電壓上升率。過大的斷態(tài)電壓上升率會使晶閘管誤導(dǎo)通。4.8、通態(tài)電流臨界上升率di/dt

在規(guī)定條件下，由門極觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通時，晶閘管能夠承受而不導(dǎo)致?lián)p壞的通態(tài)電流的最大上升率。在晶閘管開通時，如果電流上升過快，會使門極電流密度過大，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第二十四頁，共98頁。5、晶閘管的派生元件快速晶閘管雙向晶閘管逆導(dǎo)晶閘管光控晶閘管維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第二十五頁，共98頁。5.1、快速晶閘管（FST）快速晶閘管的外觀、符號、基本結(jié)構(gòu)、伏安特性與普通晶閘管相同。另有如下特點：（1）通/斷時間較普通晶閘管短（一般開通時間為1～2?，關(guān)斷時間為幾至幾十個?；（2）開關(guān)損耗小；（3）有較高的電流和電壓上升率。通態(tài)電流臨界上升率di/dt?100A/?、斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt?100V/?；（4）允許使用頻率在幾十至幾千?之間。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第二十六頁，共98頁。5.2、雙向晶閘管（TRIAC）雙向晶閘管從結(jié)構(gòu)和特性來說，都可以看成是一對反向并聯(lián)的普通晶閘管。在主電極的正、反兩個方向均可用交流或直流電流觸發(fā)導(dǎo)通。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第二十七頁，共98頁。雙向晶閘管在第Ⅰ和第Ⅲ象限有對稱的伏安特性。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第二十八頁，共98頁。5.3、逆導(dǎo)晶閘管（RCT）逆導(dǎo)晶閘管是將一個晶閘管與一個二極管反并聯(lián)集成在同一硅片上而構(gòu)成的器件，它具有反向?qū)ǖ哪芰?。逆?dǎo)晶閘管的工作原理與普通晶閘管相同，即用正的門極信號來實現(xiàn)器件開通。在逆導(dǎo)晶閘管的電路中，晶閘管（正半周）與二極管（負半周）交替工作。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第二十九頁，共98頁。逆導(dǎo)晶閘管的二個重要參數(shù)額定電流:晶閘管電流/二極管電流用于逆變器時，電流比在2：1－1：1之間;用于斬波器時，電流比為3：1反向恢復(fù)電流下降率:－di/dt此值越大，元件換流能力越強，使用中需保證不超過元件規(guī)定的值維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第三十頁，共98頁。5.4、光控晶閘管（LATT）光控晶閘管是一種以光信號代替電信號來進行觸發(fā)導(dǎo)通的特殊晶閘管；激光是光控晶閘管的理想光源。對小功率光控晶閘管，也可用白熾燈、太陽光等作為觸發(fā)光源；光觸發(fā)與電觸發(fā)相比，具有抗噪波干擾、主電路與控制電路間高度絕緣、重量輕、體積小等優(yōu)點。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第三十一頁，共98頁。II可控整流電路一、單相半波可控整流電路（電阻性負載）1、電路結(jié)構(gòu)和工作原理

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32第三十二頁，共98頁。變壓器Tr起變換電壓和隔離的作用。在電源電壓正半波，晶閘管承受正向電壓，在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通；負載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2。在ωt=π時刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負載電流為零。在電源電壓負半波，uAK＜0，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負載電流為零，負載上沒有輸出電壓，直到電源電壓u2的下一周期。直流輸出電壓ud和負載電流id的波形相位相同。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第三十三頁，共98頁。通過改變觸發(fā)角α的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然α=180o時，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，故稱“半波”整流。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第三十四頁，共98頁。幾個名詞：

（1）觸發(fā)角α與導(dǎo)通角θ觸發(fā)角α也稱觸發(fā)延遲角或控制角，是指晶閘管從承受正向電壓開始到導(dǎo)通時止之間的電角度。導(dǎo)通角θ，是指晶閘管在一周期內(nèi)處于通態(tài)的電角度。（2）移相與移相范圍移相是指改變觸發(fā)脈沖ug出現(xiàn)的時刻，即改變控制角α的大小。移相范圍是指觸發(fā)脈沖ug的移動范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。單相半波可控整流器電阻性負載時的移相范圍是0～180o。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第三十五頁，共98頁。

2、基本數(shù)量關(guān)系（1）直流輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id直流輸出電壓平均值Ud:輸出電流平均值Id:維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第三十六頁，共98頁。（2）輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I輸出電壓有效值U:輸出電流有效值I:維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第三十七頁，共98頁。（3）晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值單相半波可控整流器中，負載、晶閘管和變壓器二次側(cè)流過相同的電流，故其有效值相等，即：維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第三十八頁，共98頁。（4）功率因數(shù)cosφ整流器功率因數(shù)是變壓器二次側(cè)有功功率與視在功率的比值式中P—變壓器二次側(cè)有功功率，P=UI=I2RS—變壓器二次側(cè)視在功率，S=U2I2（5）晶閘管承受的最大正反向電壓Um晶閘管承受的最大正反向電壓Um是相電壓峰值。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第三十九頁，共98頁。二、單相半波可控整流電路（阻感性負載）1、電路的結(jié)構(gòu)阻感性負載的等效電路可用一個電感和電阻的串聯(lián)電路來表示。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第四十頁，共98頁。2、工作原理（1）在ωt=0~α期間：晶閘管陽-陰極間的電壓uAK大于零，此時沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。（2）在ωt=α時刻，門極加觸發(fā)信號，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓u2加到負載上，輸出電壓ud=u2

。由于電感的存在，負載電流id只能從零按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。（3）在ωt=ωt1~ωt2期間：輸出電流id

從零增至最大值。在id的增長過程中，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電勢力圖限制電流增大，電源提供的能量一部分供給負載電阻，一部分為電感的儲能。課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第四十一頁，共98頁。（4）在ωt=ωt2~ωt3期間：負載電流從最大值開始下降，電感電壓改變方向，電感釋放能量，企圖維持電流不變。（5）在ωt=π時，交流電壓u2過零，由于感應(yīng)電壓的存在，晶閘管陽極、陰極間的電壓uAK仍大于零，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，此時電感儲存的磁能一部分釋放變成電阻的熱能，另一部分磁能變成電能送回電網(wǎng)，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在u2

反壓作用下而截止。直到下一個周期的正半周，即ωt=2π+α時，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，如此循環(huán)不已。維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室

第四十二頁，共98頁。3、數(shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值Ud為從Ud的波形可以看出，由于電感的存在，電源電壓由正到負過零點也不會關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負波形，輸出電壓和電流的平均值減??；當大電感負載時輸出電壓正負面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，則id也很小。所以，實際的大感電路中，常常在負載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管。課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第四十三頁，共98頁。三、單相半波可控整流電路（阻感性負載加續(xù)流二極管）1、電路結(jié)構(gòu)電感性負載加續(xù)流二極管的電路如圖所示。第四十四頁，共98頁。2、工作原理在電源電壓正半波，電壓u2＞0，晶閘管uAK＞0。在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，使其導(dǎo)通，形成負載電流id，負載上有輸出電壓和電流，此間續(xù)流二極管VD承受反向陽極電壓而關(guān)斷。在電源電壓負半波，電感感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管VD導(dǎo)通續(xù)流，此時電壓u2＜0，u2通過續(xù)流二極管VD使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷，負載兩端的輸出電壓為續(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(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù)，且id波形近似為一條直線。課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第四十五頁，共98頁。以上分析可看出，電感性負載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負載波形相同，續(xù)流二極管可起到提高輸出電壓的作用。在大電感負載時負載電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過晶閘管的電流波形和流過續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。對于電感性負載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半波可控整流器電阻性負載相同，為0～180o，且有α+θ=180o。課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第四十六頁，共98頁。3、基本數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id

輸出電壓平均值Ud

輸出電流平均值Id課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第四十七頁，共98頁。（2）晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管的電流有效值IT

晶閘管的電流平均值IdT

晶閘管的電流有效值IT課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第四十八頁，共98頁。（3）續(xù)流二極管的電流平均值IdDR與續(xù)流二極管的電流有效值IDR（4）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均為電源電壓的峰值。

課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第四十九頁，共98頁。單相半波可控整流器的優(yōu)點是電路簡單，調(diào)整方便，容易實現(xiàn)。但整流電壓脈動大，每周期脈動一次。變壓器二次側(cè)流過單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問題，為使變壓器不飽和，必須增大鐵心截面，這樣就導(dǎo)致設(shè)備容量增大。

課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第五十頁，共98頁。四、單相橋式全控整流電路（電阻性負載）1、電路結(jié)構(gòu)用四個晶閘管，兩只晶閘管接成共陰極，兩只晶閘管接成共陽極，每一只晶閘管是一個橋臂。第五十一頁，共98頁。2、工作原理（1）在u2正半波的（0~α）區(qū)間：晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無觸發(fā)脈沖。四個晶閘管都不通。假設(shè)四個晶閘管的漏電阻相等，則uT1.4=

uT2.3=1/2

u2。（2）在u2正半波的ωt=α時刻：觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通。電流沿a→VT1→R→VT4→b→Tr的二次繞組→a流通，負載上有電壓（ud=u2）和電流輸出，兩者波形相位相同且uT1.4=0。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，則uT2.3=1/2u2。晶閘管VT1、VT4—直導(dǎo)通到ωt=π為止，此時因電源電壓過零，晶閘管陽極電流下降為零而關(guān)斷。課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第五十二頁，共98頁。（3）在u2負半波的（π~π+α）區(qū)間：晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。此時，uT2.3=uT1.4=

1/2u2。（4）在u2負半波的ωt=π+α時刻：觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導(dǎo)通，電流沿b→VT3→R→VT2→a→Tr的二次繞組→b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載電阻上，負載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流，且波形相位相同。此時電源電壓反向加到晶閘管VT1、VT4上，使其承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到ωt=2π為止，此時電源電壓再次過零，晶閘管陽極電流也下降為零而關(guān)斷。晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3在對應(yīng)時刻不斷周期性交替導(dǎo)通、關(guān)斷。課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第五十三頁，共98頁。單相橋式整流器電阻性負載時的移相范圍是0～180o。α=0o時，輸出電壓最高；α=180o時，輸出電壓最小。晶閘管承受最大正反向電壓Um是相電壓峰值。負載上正負兩個半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，從而使直流輸出電壓、電流的脈動程度較前述單相半波得到了改善。變壓器二次繞組在正、負半周內(nèi)均有大小相等、方向相反的電流流過，從而改善了變壓器的工作狀態(tài)，并提高了變壓器的有效利用率。

課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第五十四頁，共98頁。

2.基本數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id輸出電壓平均值Ud為

輸出電流平均值Id為課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第五十五頁，共98頁。（2）輸出電壓有效值U（3）輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2

輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2相同為

課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第五十六頁，共98頁。（4）晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管電流有效值IT

（5）功率因數(shù)cosφ顯然功率因數(shù)與α相關(guān)，α=0o時，cosφ=1。

課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第五十七頁，共98頁。五、單相橋式全控整流電路（阻感性負載）1、電路結(jié)構(gòu)電感的感應(yīng)電勢使輸出電壓波形出現(xiàn)負波。輸出電流是近似平直的，晶閘管和變壓器副邊的電流為矩形波。第五十八頁，共98頁。2、工作原理（1）在u2正半波的（0~α）區(qū)間：晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無觸發(fā)脈沖，處于關(guān)斷狀態(tài)。假設(shè)電路已工作在穩(wěn)定狀態(tài)，則在0～α區(qū)間由于電感釋放能量，晶閘管VT2、VT3維持導(dǎo)通。（2）在u2正半波的ωt=α時刻及以后：在ωt=α處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通，電流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次繞組→a流通，此時負載上有輸出電壓（ud=u2）和電流。電源電壓反向加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第五十九頁，共98頁。（3）在u2負半波的（π~π+α）區(qū)間：當ωt=π時，電源電壓自然過零，感應(yīng)電勢使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通。在電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。（4）在u2負半波的ωt=π+α時刻及以后：在ωt=π+α處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導(dǎo)通，電流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次繞組→b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載上，負載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流。此時電源電壓反向加到VT1、VT4上，使其承受反壓而變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到下一周期ωt=2π+α處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。第六十頁，共98頁。從波形可以看出α＞90o輸出電壓波形正負面積相同，平均值為零，所以移相范圍是0～90o?？刂平铅猎?～90o之間變化時，晶閘管導(dǎo)通角θ≡π，導(dǎo)通角θ與控制角α無關(guān)。晶閘管承受的最大正、反向電壓

Um=

第六十一頁，共98頁。3、基本數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值Ud（2）輸出電流平均值Id和變壓器副邊電流I2

第六十二頁，共98頁。（3）晶閘管的電流平均值IdT由于晶閘管輪流導(dǎo)電，所以流過每個晶閘管的平均電流只有負載上平均電流的一半。

（4）晶閘管的電流有效值IT

與通態(tài)平均電流

IT(AV)

第六十三頁，共98頁。六、單相橋式全控整流電路（反電勢負載）（1）反電勢電阻負載的特點是：當整流電壓的瞬時值ud小于反電勢E時，晶閘管承受反壓而關(guān)斷，這使得晶閘管導(dǎo)通角減小。晶閘管導(dǎo)通時，ud=u2，

晶閘管關(guān)斷時，ud=E。與電阻負載相比晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱作停止導(dǎo)電角。

第六十四頁，共98頁。若α<δ時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當于觸發(fā)角被推遲，即α=δ。第六十五頁，共98頁。（2）反電勢電感性負載的情況若負載為直流電動機時，此時負載性質(zhì)為反電動勢電感性負載，電感不足夠大，輸出電流波形仍然斷續(xù)。在負載回路串接平波電抗器可以減小電流脈動，如果電感足夠大，電流就能連續(xù)，在這種條件下其工作情況與電感性負載相同。單相全控橋式整流器主要適用于4kW左右的應(yīng)用場合，與單相半波可控整流器相比，整流電壓脈動減小，每周期脈動兩次。變壓器二次側(cè)流過正反兩個方向的電流，不存在直流磁化，利用率高。

第六十六頁，共98頁。七、單相橋式半控整流電路1、電路結(jié)構(gòu)將單相橋式全控整流電路中的兩個晶閘管用大功率整流二極管代替第六十七頁，共98頁。2、工作原理若是感性負載，當u2在正半周時，在ωt＝α處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，VT1導(dǎo)通后，電流從u2正端→VT1→L→R→VD4→u2負端向負載供電。u2過零變負時，因電感L的作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通。但a點電位低于b點，使電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2，VD4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是經(jīng)VT1和VD2續(xù)流，則ud=0。在u2負半周ωt＝π+α時刻觸發(fā)VT3使其導(dǎo)通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3→L→R→VD2→u2端向負載供電。u2過零變正時，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。此后重復(fù)以上過程。第六十八頁，共98頁。上述電路具有自續(xù)流能力，但實用中還需要加設(shè)續(xù)流二極管VD，以避免可能發(fā)生的失控現(xiàn)象。單相橋式半控整流電路的另一種接法如下圖，這樣可省去續(xù)流二極管第六十九頁，共98頁。1.5晶閘管的門極驅(qū)動及簡易觸發(fā)電路1.5.1晶閘管的門極驅(qū)動一、對觸發(fā)電路的要求（1）觸發(fā)信號可為直流、交流或脈沖電壓；（2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率；（3）觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿應(yīng)盡可能陡；（4）觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。

第七十頁，共98頁。二、常用的觸發(fā)脈沖信號第七十一頁，共98頁。（a）為正弦波觸發(fā)脈沖信號。前沿不陡，觸發(fā)準確性差，僅用在觸發(fā)要求不高的場合；（b）尖脈沖。生成較容易，電路簡單，也用于觸發(fā)要求不高的場合；（c）矩形脈沖；（d）強觸發(fā)脈沖。前沿陡，寬度可變，有強觸發(fā)功能，適用于大功率場合；（e）雙窄脈沖。有強觸發(fā)功能，變壓器耦合效率高，用于控制精度較高，感性負載的裝置；（f）脈沖列。具有雙窄脈沖的優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。第七十二頁，共98頁。三、脈沖電路與晶閘管的連接方式

第七十三頁，共98頁。1.直接連接：操作不安全，主電路干擾觸發(fā)電路。

2.光耦合器連接：輸入和輸出間電隔離，絕緣性能好，抗干擾能力強。

3.脈沖變壓器耦合連接：有良好的電氣絕緣。

維修電工技師培訓(xùn)課件制作：鄂州大學(xué)單片機工作室第七十四頁，共98頁。1.5.2晶閘管的簡易移相觸發(fā)電路

一、幾種簡易移相觸發(fā)實用電路第七十五頁，共98頁。二、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

1、單結(jié)晶體管

單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、等效電路、圖形符號及外形第七十六頁，共98頁。2、單結(jié)晶體管自激振蕩電路第七十七頁，共98頁。3、單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路第七十八頁，共98頁。1.6.1功率二極管的型號和選擇原則

1、功率二極管的型號第七十九頁，共98頁。2.功率二極管的選擇原則

（1）選擇額定正向平均電流的原則在規(guī)定的室溫和冷卻條件下，只要所選管子的額定電流有效值大于管子在電路中實際可能通過的最大電流有效值即可。考慮元件的過載能力，實際選擇時應(yīng)有1.5~2倍的安全裕量。計算公式為：第八十頁，共98頁。（2）選擇額定電壓的原則選擇功率二極管的反向重復(fù)峰值電壓等級（額定電壓）的原則應(yīng)為管子在所工作的電路中可能承受的最大反向瞬時值電壓的2~3倍，即第八十一頁，共98頁。1.6.2晶閘管的型號、選擇原則和簡單測試

1、普通晶閘管的型號第八十二頁，共98頁。2、普通晶閘管的選擇原則

（1）選擇額定電流的原則在規(guī)定的室溫和冷卻條件下，只要所選管子的額定電流有效值大于等于管子在電路中