单相半波可控整流调光灯电路的连接与调试

晶闸管的电流的有效值与额定值的的关系为：
ITn = 1.57IT(AV)
例如额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流有效值为 157A。
选择晶闸管额定电流的原则：管子在额定电流时的电流有
效值大于其所在电路中可能流过的最大电流的有效值，同时取倍的余 量，即：
1.57I T(AV) = I T ≥ (1.5 ~ 2)I Tm
I T(AV)
≥
(1.5
~
2) ITm 1.57
例题
例1： 一晶闸管接在220V交流电路中，通过晶闸管电 流的有效值为50A，问如何选择晶闸管的额定电压和额 定电流？
解：晶闸管额定电压
U Tn ≥（2～3）UTM =（2 ～ 3） 2×220V=622 ～ 933V
按晶闸管参数系列取800V，即8级。
正向
亮
正向
零
亮
正向
反向
正向（逐 亮 渐减小到 任意
接近于零）
实验后 灯
的情况
结论
暗
晶闸管在反
向阳极电压
暗
作用下，不
论门极为何
电压，它都
暗
处于关断状
态
暗
晶闸管同时
在正向阳极
暗
电压与正向
门极电压作
用下，才能
亮
导通
亮
已导通的晶
闸管在正向
亮
阳极作用
下，门极失
亮
去控制作用
晶闸管在导
通状态时，
暗
当阳极电压 减小到接近
规定，当门极断开晶闸管处在额定结温时，允许重复加在管子上 的正向峰值电压为晶闸管的断态重复峰值电压，用 UDRM表示。
2）反向重复峰值电压URRM
规定当门极断开，晶闸管处在额定结温时，允许重复加在管子上
的反向峰值电压为反向重复峰值电压，用 URRM表示。
3）额定电压
将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值。 通常标准电压等级规定为：电压（ 在1000V以下，每100V为一级， 1000V到3000V，每200V为一级，用百位数或千位和百位数表示级数。 选择晶闸管的额定电压是实际工作时可能承受的最大电压的 2-3 倍，即：
Rd 2π
4π
P UI π −α sin 2α
3．
cosϕ = = = S U2I
+
= 0.5
2π 4π
4．根据额定电流有效值IT大于等于实际电流有效值I相等的原则 IT≥I，则 IT(AV)≥(1.5~2) I T
1.57
取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为 IT(AV)≥42.4~56.6A。
按电流等级可取额定电流50A。
名词术语和概念：
控制角：控制角也叫触发角或触发延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开 始到触发脉冲出现之间的电角度。 导通角θ：是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度。 移相：移相是指改变触发脉冲出现的时刻，即改变控制角的大小。 移相范围：移相范围是指一个周期内触发脉冲的移动范围，它决定了输出 电压的变化范围。
四、问题探究
单相半波可控整流电路 1．电阻性负载（调光灯主电路）
晶闸管承受正向电压，此时加入触发脉冲晶闸管导通，负载上得到输出电压 的波形是与电源电压相同形状的波形；
电源电压过零时，晶闸管也同时关断，负载上得到的输出电压为零；在电源 电压过零点到之间的区间上，虽然晶闸管已经承受正向电压，但由于没有触发脉 冲，晶闸管依然处于截止状态。
U Tn ≥ （2 ～ 3 ）U TM
4）通态平均电压UT（AV）
在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以额定电流时， 阳极和阴极间电压降的平均值，称通态平均电压（一般称管压 降），约为1.5V。
（2）、晶闸管的电流定额
1）额定电流:通态平均电流是指在环境温度为40℃和规定的冷却条件 下，晶闸管在导通角不小于170°电阻性负载电路中，当不超过额定结温且 稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值，称为晶闸管的额定电 流。
小电流 塑封式
阴极（K）
门极（G）
小电流 螺旋式
阴极（K）
阳极（A）
Biblioteka Baidu
门极（G）
阳极（A）
3．晶闸管的简单测试
•万用表挡位放至欧姆R×100挡，观察指针摆动情况。晶闸管若正常工作，正反向阻值应均为很大。 其原因是，晶闸管是四层三端半导体器件，在阳极和阴极之间有三个PN结，无论如何加电压，总 有一个PN结处于反向阻断状态。
3）晶闸管电流有效值与管子两端可能承受的最大电压为： 流过晶闸管电流的有效值：
I = U 2 π − α + sin 2α
晶闸管可能承受的正反向峰值电压为： Rd 2π
4π
4）功率因数
U TM = 2U 2
P UI π − α sin 2α
cosϕ = = =
+
S U2I
2π
4π
例题
例1－3 单相半波可控整流电路，阻性负载，电源电压U2为 220V，要求的直流输出电压为50V，直流输出平均电流为 20A，试计算：
晶闸管的额定电压为UTn=(2~3)UTM=(2~3) 2 × 220
=622~933V.
按电压等级可取额定电压700V即7级。
选择晶闸管型号为：KP50－7。
1．晶闸管的阳极伏安特性
晶闸管的阳极与阴极间电压和阳极电流之间的关系，称为阳极 伏安特性。
（1）晶闸管的电压定额 1）断态重复峰值电压UDRM
1
RT、1kΩ、1w或1.2 kΩ、 lw
1
RT、4.7kΩ、1/8 W
l
RT、360Ω、1/8 W
1
RT、51Ω、1/8 W
1
WT、100kΩ、0.25 W
l
CGZX. 0.15 uF/160 V
1
220 V
1
三、实践操作
1．设备、工具、材料
准备操作中将用到的电工常用工具、电烙铁、万用表、仪器、印制电路板。
1） α = 0o 时的波形分析
（a）输出电压波形 （b）晶闸管两端电压波形
分析:
在电源电压正半周区间内，触发脉冲 触发晶闸管VT导通，负载上得到输出电 压的波形是与电源电压相同形状的波 形；当电源电压过零时，晶闸管也同时 关断，负载上得到的输出电压为零；在 电源电压负半周内，晶闸管承受反向电 压不能导通，直到第二周期触发电路再 次施加触发脉冲时，晶闸管再次导通。
（3）当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上正向触发电压，晶闸管导通，这种状 态称为正向导通状态。这就是晶闸管闸流特性，即可控特性。
（4）晶闸管一旦导通后维持阳极电压不变，将触发电压撤除管子依然处于导通状态。 即门极对管子不再具有控制作用。
结论
1.晶闸管导通条件：阳极加正向电压、门极加适当正向电 压。 2.关断条件：流过晶闸管的电流小于维持电流。
IDRM 和IRRM分别是对应于晶闸管承受断态重复峰值电压 UDRM和反向重复峰值电压URRM时的峰值电流。 5）浪涌电流ITSM
ITSM 是一种由于电路异常情况（如故障）引起的并使结温 超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。
2．晶闸管的主要参数
（3）门极参数
1）门极触发电流 室温下，在晶闸管的阳极—阴极加上6V的正向阳极电压，管子
晶闸管两端电压分析：在晶闸管导通
期间，忽略晶闸管的管压降， uT = 0
在晶闸管截止期间，管子将承受全部反 向电压。
2）α = 30o 时的波形分析
分析： 在 α = 30o 时，晶闸管承受正 向电压，此时加入触发脉冲晶闸 管导通，负载上得到输出电压的 波形是与电源电压相同形状的波 形；同样当电源电压过零时，晶 闸管也同时关断，负载上得到的 输出电压为零；在电源电压过零 点到之间的区间上，虽然晶闸管 已经承受正向电压，但由于没有 触发脉冲，晶闸管依然处于截止 状态。
于零时，晶
闸管关断
晶闸管关断实验说明：
（1）当晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极是否有正向触发电压或者承受反向电 压，晶闸管不导通，只有很小的的反向漏电流流过管子，这种状态称为反向阻断 状态。说明晶闸管像整流二极管一样，具有单向导电性。
（2）当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上反向电压或者不加电压，晶闸管不导 通，这种状态称为正向阻断状态。这是二极管所不具备的。
项目一 晶闸管单相调光灯电路的调试与维护
任务2 单相半波可控整流调光灯电路 的连接与调试
一、教学目标
1．能阅读单相半波晶闸管调光电路图 2．能知道晶闸管的性能、工作原理及使用方法 3．能理解单相半波晶闸管调光电路工作原理 4．能进行单相半波晶闸管调光电路的安装接线 5．能使用电工电子仪表进行单相半波晶闸管调光电路的调试 6．能对单相半波晶闸管调光电路进行维护
图1-27 红表笔接阳极，黑表笔接阴极测试
图1—28 黑表笔接阳极，红表笔接阴极测试
•将红表笔接晶闸管的控制极，黑表笔接晶闸管的阴极观察指针摆动情况，如图1-29所示。再将黑 表笔接晶闸管的控制极，红表笔接晶闸管的阴极观察指针摆动情况，如图1-30所示。晶闸管正常 工作的情况下，当黑表笔接控制极，红表笔接阴极时，阻值应很小；当红表笔接控制极，黑表笔 接阴极时，由于在晶闸管内部控制极与阴极之间反并联了一个二极管，对加到控制极与阴极之间 的反向电压进行限幅，防止晶闸管控制极与阴极之间的PN结反向击穿，因此，所测得的阻值也 应不大。
（2）单相半波可控整流带电阻性负载电路参数的计算
1）输出电压平均值与平均电流的计算：
∫1 π
U d = 2π α 2U 2 sin ωtd(ωt) =
2U 2 2π
[− cosωt]απ
=
2U 2 2π
(1 +
cosα )
=
0.45U 2
1+
cosα 2
Id
= Ud Rd
= 0.45U 2 Rd
1 + cosα 2
晶闸管的额定电流
I T(AV)
≥ (1 .5 ~ 2 ) I Tm =（1.5
1 .57
～
2）×
50 A 1.57
=48 ～64A
按晶闸管参数系列取50A。
2）维持电流IH 在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降到刚好能保
持导通的最小阳极电流称为维持电流 IH。 3）擎住电流IL
在晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转为导通状态 就去除触发电压，此时要保持元件持续导通所需要的最小阳极 电流，称擎住电流IL。 4）断态重复峰值电流IDRM和反向重复峰值电流IRRM
二、工作任务
触发电路
主电路
序 号
符号
1
VD1—VD4
2
VD5
3
V
4
VT1
5
Rl
6
R2
7
R3
8
R4
9
RP
L0
C
11
HL
元器件明细表
名称 二极管 稳压管 单结晶体管 晶闸管 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 电位器 电容器 灯泡
型号与规格
件数
1N4001
4
2CW21A(18~21 V)
1
BT33A
1
KPl-7
2）负载上电压有效值U与电流有效值的计算：
有效值U的计算：
∫ U =
1 2π
π
(
α
2U 2 sin ωt)2 d(ωt) =
U
2 2
π
[ωt 2
−
1 4
sin
2ω t ]απ
=U2
负载电流有效值的计算：
I = U 2 π − α + sin 2α
Rd 2π
4π
π − α + sin 2α 2π 4π
2.晶闸管结构
又称为可控硅，是一种由硅单晶材料制成的大功率半导体元器件，各管脚名称分别为阳极 A、阴极K、具有控制作用的控制极（门极）。
（a）结构
A
P1
N1
N1
G
P2
P2
N2
K a)
A
IA PNP
V1 G IG Ic1
Ic2 R
NPN V2
S
EG
IK
EA
K
b)
（b）等效电路
c）图形符号
小电流 塑封式
（a）输出电压波形
（b）晶闸管两端电压波形
α = 90o 时输出电压和晶闸管两端电压的实测波形
（a）输出电压波形 （b）晶闸管两端电压波形
3）其他角度时的波形分析
α = 120o 时的波形分析
（a）输出电压波形
（b）晶闸管两端电压波形
α = 120o 时输出电压和晶闸管两端电压的实测波形
（a）输出电压波形 （b）晶闸管两端电压波形
α = 30o 时输出电压和晶闸管两端电压的实测波形
触发
（a）输出电压波形
导通 时刻
（b）晶闸管两端电压波形
过零 关断
时刻
α = 60o 时的波形分析
（a）输出电压波形
（b）晶闸管两端电压波形
α = 60o 时输出电压和晶闸管两端电压的实测波形
（a）输出电压波形 （b）晶闸管两端电压波形
α = 90o 时的波形分析
�晶闸管的控制角。 �输出电流有效值。 �电路功率因数。 �晶闸管的额定电压和额定电流，并选择晶闸管的型号。
解：1．由计算输出电压
Ud
=
0.45U 2
1 + cosα 2
电压为50V时的晶闸管控制角α求得α ＝90°
2．
Rd
= Ud Id
=
50 20
= 2.5Ω
当 α ＝90°时， I = U2 π −α + sin 2α = 44 A
图1-29 红表笔接控制极，黑表笔接阴极测试
图1-30 黑表笔接控制极，红表笔接阴极测试
4．晶闸管导通与关断的试验．
实验顺 序
1
2
导3 通 实 验1
2
3
1 2
关3 断 实 验
4
实验 前灯 的情
况
实验时晶闸管条件
阳极电压 门极电
Ua
压Ug
暗
反向
反向
暗
反向
零
暗
反向
正向
暗
正向
反向
暗
正向
零
暗
正向
正向
亮
正向