电风扇无级调速装置

Iav
m
2 (m
n)
0 Im sin td (t)
DIm 2DU
R
但在选择晶闸管电流定额时，由于管芯热容 量很小
，导通m个周期管芯已达稳定温升，故晶闸管电流
定额应以D=1来选。
2.单相交流调功器
例 有一交流220V供电的交流调压电
路，电路如图1，负载电阻R=5 ，晶
闸管导通20个周期，关断40个周期。
3、固态开关
固态开关说明 图(a)为采用光电三极管耦合器的“0”压固态开 关内部电路。 图(b)为光电晶闸管耦合器“0”电压开关。 图(c)为光电双向晶闸管耦合器非“0”电压开关。
作业
P166 4
过零触发虽然没有移相触发高频干扰的问题，但其通断频 率比电源频率低，特别是当通断比较小时，会出现低频干扰， 使照明出现人眼能觉察倒的闪烁，电表指针的摇摆等。所以调 功器通常用于热惯性较大的电热负载。
2．交流调功器
过零触发电路的电压波形
V2截止
3、固态开关
固态开关是以双向晶闸管为基础 构成的无触点通断组件。
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。
3226.7W
（3）由公式知
cosi D 0.33 0.58
2．交流调功器
调功器可以用双向晶闸管，也可以用两只晶闸管反并联联结， 其触发电路可以采用集成过零触发器，也可利用分立元件组成 的过零触发电路。 全周波连续式的过零触发电路由锯齿波发生、信号综合、直 流开关、同步电压与过零脉冲输出五个环节组成。 过零触发电路
2．电感性负载
单相交流调压电感负载电路
2．电感性负载
单相交流调压电感负载波形图
2．电感性负载
单相交流调压的特点：
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。
通断控制开关作用产生的谐波较少 。
2.单相交流调功器
输入功率因数cosi可由负载在一个通
断周期中的有功功率与电源视在功率之 比求得。由于输入电流等于输出电流， 故
cosi
P0 UI
U0 U
D
当D很小时，cos i 是很低的。
2.单相交流调功器
流过晶闸管T1和T2的电流为半波电流，所以 平均电流值为
一、双向晶闸管的工作原理
（a） 内部结构 （b） 等效电路 （c）图形符号
一、双向晶闸管的工作原理
常见双向晶闸管引脚排列
一、双向晶闸管的工作原理
2. 双向晶闸管的特性与参数 双向晶闸管有正反向对称的伏安特性曲线。
一、双向晶闸管的工作原理
双向晶闸管的主要参数中只有额定电流与普通晶闸管有所不同， 其他参数定义相似。
如图2所示，改变m和n的比 值，就改变了开关一个周期 输出电压的有效值。
图1 电阻负载单相交流调压电路
过零触发输出电压的波形图
2.单相交流调功器
设电源电压
u = Um sin t= 2U sin t
若导通m个周期，关断n个周期，则输 出电压的有效值为
1
U0
[
2(m n)
2 m
u
2d
(t )]
2.单相交流调功器
过零触发：在电压过零时给晶闸管以 触发脉冲，使晶闸管工作状态始终处 于全导通或全阻断，这种工作方式称 为过零触发。
交流调功电路是将负载与交流电 源接通几个周期,在断开几个周期, 通过通断周波数的比值来调节负 载所消耗的平均功率。
2.单相交流调功器
电阻负载时的工作情况
晶闸管导通m个电源周期， 然后关断n个周期，一般在 电源电压正，负过零时（α =0 ），分别触发VT1和VT2 ，它们又在每半周电流过零 时自然关断。
《电力电子技术》 电子教案
项目三 电风扇无级调速器
【学习目标】 完成本课题的学习后，能够用万用表测试双向
晶闸管的好坏。 掌握双向晶闸管工作原理。 分析电风扇无级调速器各部分电路的作用及调
光原理。 了解交流开关、交流调功器、固态开关原理。
【课题描述】
电风扇无级调速器在日常生活中随处可见。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。 电风扇无级调速器调速旋钮触发电路保护电路
（1）输出电压有效值 U0 。 （2）负载功率 P0 。 （3）输入功率因数 cosi 。
图1 电阻负载单相交流调压电路
解：U
220V , D
m m
n
20 20 40
0.33
（1）由公式知
U0 DU 0.33 220 126.4V
（2）由公式知
DU 2 0.33 2202
P0 R
5
4．双向晶闸管的触发电路
（2 )单结晶体管触发 单结晶体管触发的交流调压电路，调节RP阻值可改变负载 RL上电压的大小。
二、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。 1. 电阻性负载 在电源正半周触发VT导通，有正向电流流过RL， 负载端电压uR为正值，电流过零时VT自行关断； 在电源负半周时，再触发VT导通，有反向电流流 过RL，其端电压uR为负值，到电流过零时VT再 次自行关断。然后重复上述过程。改变角a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。
二、单相交流调压电路
电阻负载上交流电压有效值为
电流有效值
U R
1 (
2U 2 sin t) 2 d (t) U 2
1 sin 2
2
I U R U 2 1 sin 2
R R 2
电路功率因数
cos P U R I 1 sin 2
S U 2 I 2
电路的移相范围为0—π。
(a) 电风扇无级调速器 (b) 电风扇无级调速器电路原理图
【课题描述】
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。
【相关知识点】
一、双向晶闸管的工作原理 双向晶闸管的结构 双向晶闸管的外形与普通晶闸管类似，有塑封式、螺栓式、平 板式。其内部是是一种NPNPN五层结构的三端器件。
双向晶闸管的额定电流定义为：在标准散热条件下，当器件 的单向导通角大于170°，允许流过器件的最大交流正弦电流 的有效值，用IT(RMS)表示。
双向晶闸管额定电流与普通晶闸管额定电流之间的换算关系
式为
I T(AV)
2
I T(RMS)
0.45I T(RMS)
一、双向晶闸管的工作原理
例如，一个100A的双向晶闸管与两个反并联 45A的普通晶闸管电流容量相等。 例如型号KS50-10-21表示额定电流50A，额定 电压10级（1000V）断态电压临界上升率du/dt 为2级（不小于200V/ μs）,换向电流临界下降 率di/dt为1级（不小于1％IT(RMS)）的双向晶 闸管。
2．交流调功器
当Ube2<0时，V2截止，由R8、VD6和R9组成的分压电路使 V3导通，直流开关导通，输出24V直流电压，V3通断时刻如图 (c) 所示。VD6为V3基极提供一阀值电压，使V2导通时，V3更 可靠地截止。
4）过零脉冲输出 脉冲使晶闸管导通，增大控制电压，便可加长开关导通的
时间，也就增多了导通的周波数，从而增加了输出的平均功率。
2．交流调功器
过零触发电路分析
1）锯齿波是由单结晶体管V6和R1、R2、R3、RP1和 C1组成张驰振荡器产生的，经射极跟随器（V1、R4） 输出。其波形如图（a）所示。 2）控制电压（Uc）与锯齿波电压进行叠加后送至V2基 极，合成电压为us。当us>0(0.7V)，则V2导通；us<0， 则V2截止，如图（b）所示。 3）由V2、V3及R8、R9、VD6组成一直流开关。当V2 基极电压Ube2>0(0.7V)时，V2管导通，Ube3接近零电 位，V3管截止，直流开关阻断。
2．电感性负载
电感性负载的交流调压电路。下面分三种情况加以讨论。
（1） ，当>时，θ<180°，即正负半周电流断续，且越大，
θ越小。电流电压波形如图(b)所示。
（2） ，当＝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(b)所示。
（3） ,若开始给VT1管以触发脉冲，VT1管导通，而且
为正，T2为负。特性曲线在第Ⅲ象限。
一、双向晶闸管的工作原理
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-。
4．双向晶闸管的触发电路
③电感性负载时，最小控制角 。所以的移 相范围为阻抗角 φ～180°，电阻负载时移相范围 为0～180°。
【扩展内容】
一、交流开关及其应源自文库电路 1．晶闸管交流开关的基本形式
一、交流开关及其应用电路
三相自动控温电热炉电路，它采用双向晶 闸管作为功率开关，与KT温控仪配合，实 现三相电热炉的温度自动控制。
二、单相交流调压电路
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
二、单相交流调压电路
单相交流调压电路电阻负载电路及波形分析 通过改变a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（a、π＋a）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。
一、双向晶闸管的工作原理
有关KS型双向晶闸管的主要参数和分级的规定。
一、双向晶闸管的工作原理
双向晶闸管的触发方式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
1 2
0
m U DU mn
式中 D m 称为周期占空比。
mn
2.单相交流调功器
输出电流在一个通断周期的有效值为
I0
D U0 RL
所以负载功率为
U2 P0 U0I0 D RL
2.单相交流调功器
由上可见，改变周期占空比D的大 小，就改变了负载功率。这种方式 常用来控制有大的机械惯性和热惯 性的负载功率。
（1）简易触发电路 双向晶闸管的简易触发电路
4．双向晶闸管的触发电路
双向晶闸管的简易触发电路分析 电风扇无级调速电路图，接通电源后，电容C1充电， 当电容C1两端电压的峰值达到氖管HL的阻断电压时， HL亮，双向晶闸管VT被触发导通，电扇转动。改变 电位器RP的大小，即改变了C1的充电时间常数，使 VT的导通角发生变化，也就改变了电动机两端的电 压，因此电扇的转速改变。由于RP是无级变化的， 因此电扇的转速也是无级变化的。