电风扇无级调速器

电风扇无级调速器实训报告

因本次实训老师要求做个与电力电子有关的产品，经过组员讨论，于是我们决定做电风扇无极调速器。

电风扇无级调速器在日常生活中随处可见。图1（a）是常见的电风扇无级调速器。旋动旋钮便可以调节电风扇的速度。图1（b）为电路原理图。

（a）(b)

图1电风扇无级调速器

(a) 电风扇无级调速器(b) 电风扇无级调速器电路原理图

如图1(b)所示，调速器电路由主电路和触发电路两部分构成，在双向晶闸管的两端并接RC元件，是利用电容两端电压瞬时不能突变，作为晶闸管关断过电压的保护措施。本课题通过对主电路及触发电路的分析使学生能够理解调速器电路的工作原理，进而掌握分析交流调压电路的方法。保护电路在课题五中详细介绍。

一、双向晶闸管的工作原理

1．双向晶闸管的结构

双向晶闸管的内部结构、等效电路及图形符号如图2所示。

（a）内部结构（b）等效电路（c）图形符号

调速

旋钮

调速电

位器

主电路

触发

电路

图2双向晶闸管内部结构、等效电路及图形符号

从图2可见，双向晶闸管相当于两个晶闸管反并联（P1N1P2N2和P2N1P1N4），不过它只有一个门极G，由于N3区的存在，使得门极G相对于T1端无论是正的或是负的，都能触发，而且T1相对于T2既可以是正，也可以是负。

表1 双向晶闸管的主要参数

2．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。特性曲线在第Ⅰ象限。

2）Ⅰ-触发方式主极T1为正，T2为负；门极电压G为负，T2为正。特性曲线在第Ⅰ象限。

3）Ⅲ+触发方式主极T1为负，T2为正；门极电压G为正，T2为负。特性曲线在第Ⅲ象限。

4）Ⅲ-触发方式主极T1为负，T2为正；门极电压G为负，T2为正。特性曲线在第Ⅲ象限。

由于双向晶闸管的内部结构原因，四种触发方式中灵敏度不相同，以Ⅲ+触发方式灵敏度最低，使用时要尽量避开，常采用的触发方式为Ⅰ+和Ⅲ-。

二、单相交流调压电路

电风扇无级调速器实际上就是负载为电感性的单相交流调压电路。交流调压是将一种幅值的交流电能转化为同频率的另一种幅值的交流电能。

图3-9(a)所示为一双向晶闸管与电阻负载R L 组成的交流调压主电路，图中双向晶闸管也可改用两只反并联的普通晶闸管，但需要两组独立的触发电路分别控制两只晶闸管。

在电源正半周ωt ＝α时触发VT 导通，有正向电流流过R L ，负载端电压u R 为正值，电流过零时VT 自行关断；在电源负半周ωt ＝π＋α时，再触发VT 导通，有反向电流流过R L ，其端电压u R 为负值，到电流过零时VT 再次自行关断。然后重复上述过程。改变α角即可调节负载两端的输出电压有效值，达到交流调压的目的。电阻负载上交流电压有效值为

π

α

παπ

ω

ωπ

π

α

-+==

⎰

2sin 21)()sin 2(1

22

2U t d t U U R

电流有效值

πα

παπ-+==

2sin 212

R

U R U I R

电路功率因数

παπαπϕ-+===

2sin 21cos 2I

U I

U S P R

电路的移相范围为0—π。

通过改变α可得到不同的输出电压有效值，从而达到交流调压的目的。由双向晶闸管组成的电路，只要在正负半周对称的相应时刻（α、π＋α）给触发脉冲，则和反并联电路一样可得到同样的可调交流电压。

交流调压电路的触发电路完全可以套用整流移相触发电路，但是脉冲的输出必须通过脉

冲变压器，其两个二次线圈之间要有足够的绝缘。

（a ） (b) 图3－9 单相交流调压电路电阻负载电路及波形

（a ）电路图 (b)波形图

图3－10所示为电感性负载的交流调压电路。由于电感的作用，在电源电压由正向负过

ϕ角度才能到零，即管子要继续导通到电源电压的负半周才零时，负载中电流要滞后一定

能关断。晶闸管的导通角θ不仅与控制角α有关，而且与负载的功率因数角ϕ有关。控制

ϕ越大，表明负载感抗大，自感电动势使电流过角越小则导通角越大，负载的功率因数角

零的时间越长，因而导通角θ越大。

下面分三种情况加以讨论。

（1）α>ϕ

由图3－11可见，当α>ϕ时，θ<180°，即正负半周电流断续，且α越大，θ越小。

可见，α在ϕ~180°范围内，交流电压连续可调。电流电压波形如图3－11(a)所示。

（2）α＝ϕ

由图3－11可知，当α＝ϕ时，θ=180°，即正负半周电流临界连续。相当于晶闸管失去控制，电流电压波形如图3－11(b)所示。

（3）α＜ϕ

此种情况若开始给VT1管以触发脉冲，VT1管导通，而且θ>180°。如果触发脉冲为窄脉冲，当ug2出现时，VT1管的电流还未到零，VT1管关不断，VT2管不能导通。当VT1管电流到零关断时，ug2脉冲已消失，此时VT2管虽已受正压，但也无法导通。到第三个半波时，ug1 又触发VT1导通。这样负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电路不能正常工作。因而电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。

综上所述，单相交流调压有如下特点：

①电阻负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流一致。改变控制角α可以连续改变负载电压有效值，达到交流调压的目的。

②电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当α＜ϕ时，会出现一个晶闸管无法导通，产生很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶闸管。

③电感性负载时，最小控制角αmin＝ϕ(阻抗角)。所以α的移相范围为ϕ～180°，电阻负载时移相范围为0～180°。