电风扇无级调速变速原理

电风扇无级调速变速原理

【学习目标】：

完成本课题的学习后，能够：

1． 1． 用万用表测试双向晶闸管的好坏。

2． 2． 掌握双向晶闸管工作原理。

3． 3． 分析电风扇无级调速器各部分电路的作用及调光原理。

4． 4． 了解交流开关、交流调功器、固态开关原理。

【描述】：电风扇无级调速器在日常生活中随处可见。图31（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3-1（b ）为电路原理图。 （a ）

(b)

图3-1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3—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。

【相关知识点】：

一、双向晶闸管的工作原理

1． 1． 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。但其内部是是一种 NPNPN 五层结构的三端器件。有两个主电极T1、T2，一个门极G ，其外形如图3-2所示。

图3-2 双向晶闸管的外形

双向晶闸管的内部结构、等效电路及图形符号如图3-3所示。

调速

旋钮 平板式

图2－3 双向晶闸管内部结构、等效电路及图形符号

（a）内部结构（b）等效电路（c）图形符号从图3-3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。

常见的双向晶闸管引脚排列如图3-4所示。

图3-4 常见双向晶闸管引脚排列

2．2．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。正向部分位于第Ⅰ象限，反向部分位于第Ⅲ象限如图3－5所示。

图3－5 双向晶闸管伏安特性

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。由于双向晶闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过，所以它的额定电流不用平均值而是用有效值来表示。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I T(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

以此推算，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。

国产双向晶闸管用KS表示。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％I T(RMS)）的双向晶闸管。有关KS型双向晶闸管的主要参数和分级的规定见表3－1。

表3－1 双向晶闸管的主要参数

3．3．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-。

4．双向晶闸管的触发电路

（1）简易触发电路

图3－6为双向晶闸管简易触发电路。图(a)中当开关S拨至“2”双向晶闸管VT只在I+触发，负载R L上仅得到正半周电压；当S拨至“3”时，VT在正、负半周分别在I+、Ⅲ-触发，R L上得到正、负两个半周的电压，因而比置“2”时电压大。图(c)、(d)中均引入了

图2－6 双向晶闸管的简易触发电路

具有对称击性的触发二极管VD，这种二极管两端电压达到击穿电压数值(通常为30V左右，不分极性)时被击穿导通，晶闸管便也触发导通。调节电位器RP改变控制角α，实现调压。图(c)与图(b)的不同点在于(c)中增设了R1、R2、C2。在(b)图中，当工作于大α值时，因RP 阻值较大，使C1充电缓慢，到α角时电源电压已经过峰值并降得过低，则C1上充电电压过小不足以击穿双向触发二极管VD；而图(c)在大α时，C2上可获得滞后的电压u c2，给电容c1增加一个充电电路，保证在大α时VT能可靠触发。

（e）图就是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。

（2)单结晶体管触发

图3－7为单结晶体管触发的交流调压电路，调节RP阻值可改变负载R L上电压的大小。

图3－7 用单结晶体管组成的触发电路

（3）集成触发器

图3—8所示即为K006组成的双向晶闸管移相交流调压电路。该电路主要适用于交流

图3－8 集成触发器

直接供电的双向晶闸管或反并联普通晶闸管的交流移相控制。RP1用于调节触发电路锯齿波