课题一 调光灯.doc

课题一 调光灯调光灯在日常生活中的应用非常广泛，本课题通过对与调光灯电路相关的知识：晶闸管、单相半波可控整流电路、单结晶体管触发电路等内容的介绍和分析。使学生能够理解电路的工作原理，掌握分析电路的方法。一、课题学习目标与要求1掌握晶闸管的结构、外形及符号；晶闸管的导通、关断条件；理解晶闸管可控单向导电的含义。2了解晶闸管的工作原理及阳极伏安特性。3理解并记住晶闸管主要参数的定义；晶闸管型号及其含义；能根据电路参数选择晶闸管。4会分析单相半波可控整流电路（电阻性、电感性负载）输出电压ud、电流id和晶闸管两端电压uT的波形。5熟悉续流二极管的作用。6能计算单相半波可控整流电路（电阻性、电感性负载）下晶闸管可能承受的最大电压与流过晶闸管的电流有效值，正确选择晶闸管。7掌握主电路对触发电路的要求。8熟悉单结晶体管出发电路的工作原理、各环节组成及作用，并能通过实验进行调试，使之正常工作。二、主要概念提示及难点释疑1晶闸管导通、关断条件1）晶闸管导通条件：阳极加正向电压、门极加适当正向电压。注意：阳极加正向电压是指阳极电位高于阴极电位，阳极电位可以是正也可以是负。门极正向电压是指门极电位高于阴极电位。2）关断条件：流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。可以通过降低晶闸管阳极阴极间电压或增大主电路中的电阻。2晶闸管主要参数1）额定电压：用等级表示，选用管子时额定电压常常时实际工作时可能承受的最大电压的23倍。2）额定电流注意：不同于通常电气元件以有效值来定义额定电流，而是以平均值来定义的。选择管子时要用有效值相等原则即流过晶闸管实际电流的有效值等于（小于更好）管子的额定电流有效值。3单相半波可控整流电路工作原理及参数计算1） 几个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：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。2）分析工作原理、绘制输出电压ud波形时要抓住晶闸管什么时候导通、什么时候关断这个关键。3）电感性负载时，理解输出负电压的原因。关键是理解电感储存、释放能量的性质。4）参数计算时要根据输出波形，应用电工基础中平均值、有效值的概念来推导计算公式。5）续流二极管的作用：使负载不出现负电压，提高输出电压。4单结晶体管触发电路1）单结晶体管的伏安特性图11 单结晶体管伏安特性（a）单结晶体管实验电路 （b）单结晶体管伏安特性 （c）特性曲线族2）单结晶体管的张驰振荡电路图12 单结晶体管张驰振荡电路电路图和波形图（a）电路图（b）波形图3）单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路如图13所示。由同步电路和脉冲移相与形成两部分组成的。图13 单结晶体管触发电路三、学习方法1波形分析法：波形分析法是整流电路以及触发电路的工作原理分析最有效的方法，读者要学会利用波形分析来分析电路工作原理。2分析计算法：电路中各电量的计算要通过工作原理分析来推导。3 对比法：将电阻性负载和电感性负载以及电感性负载接续流二极管的电路对比分析。4理论联系实际法：将理论波形和实际波形联系起来，对照分析。5讨论分析法：读者要学习与他人讨论分析问题，并了解其他读者的学习方法和学习收获，提高学习效率。四、典型题解析例11 晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由什么决定？晶闸管的关断条件是什么？如何实现？晶闸管导通与阻断时其两端电压各为多少？解：晶闸管导通的条件是：晶闸管阳极和阴极之间加正向阳极电压。门极和阴极之间加适当的正向阳极电压。导通后流过晶闸管的电流由主电路电源电压和负载大小决定。晶闸管的关断条件是：阳极电流小于维持电流。关断晶闸管可以通过降低晶闸管阳极阴极间电压或增大主电路中的电阻。晶闸管导通时两端电压为通态平均电压（管压降），阻断时两端电压由主电路电源电压决定。例12 调试图14所示晶闸管电路，在断开负载Rd测量输出电压Ud是否可调时，发现电压表读数不正常，接上Rd后一切正常，请分析为什么？图14 例12图解：当S断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管门极加触发信号，此时流过晶闸管阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管无法导通，电流表上显示的读数只是管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值，所以此读数不准。在S合上以后，Rd介入电路，晶闸管能正常导通，电压表的读数才能正确显示。例13画出图149所示电路电阻Rd上的电压波形。图15 习题13图解：例14说明晶闸管型号KP100-8E代表的意义。解：KP100-8E表示额定电流100A、额定电压8级（800V、通态平均电压组别E（0.7UT0.8）普通晶闸管。例15晶闸管的额定电流和其他电气设备的额定电流有什么不同？解：由于整流设备的输出端所接负载常用平均电流来衡量其性能，所以晶闸管额定电流的标定与其他电器设备不同，采用的是平均电流，而不是有效值，又称为通态平均电流。所谓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。例16型号为KP1003、维持电流IH3mA的晶闸管，使用在图16所示的三个电路中是否合理？为什么（不考虑电压、电流裕量）？图16 例16图解：（a）图的目的是巩固维持电流和擎住电流概念，擎住电流一般为维持电流的数倍。本题给定晶闸管的维持电流IH3mA，那么擎住电流必然是十几毫安，而图中数据表明，晶闸管即使被触发导通，阳极电流为100V/50K3 mA，远小于擎住电流，晶闸管不可能导通，故不合理。（b）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。本图所给的晶闸管额定电压为300A、额定电流100A。图中数据表明，晶闸管可能承受的最大电压为311V，大于管子的额定电压，故不合理。（c）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。晶闸管可能通过的最大电流有效值为150A，小于晶闸管的额定电流有效值1.57100157A，晶闸管可能承受的最大电压150V，小于晶闸管的额定电压300V，在不考虑电压、电流裕量的前提下，可以正常工作，故合理。例17某晶闸管元件测得UDRM840V，URRM=980V，试确定此晶闸管的额定电压是多少？解：根据将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，将两者较小的840V按教材表12取整得800V，该晶闸管的额定电压为8级（800V）。例18 有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？解：晶闸管的阳极加正向电压，门极加正向触发脉冲时，晶闸管被触发导通。此后阳极电流逐渐上升到擎住电流后，去掉触发脉冲，则管子继续导通，知道电流升到负载电流后，进入正常工作状态。如果阳极电流还没有升到擎住电流值就去掉门极脉冲，则晶闸管就不能继续导通而关断。例19某电阻性负载要求024V直流电压，最大负载电流Id30A，如用220V交流直接供电与用变压器降压到60V供电，都采用单相半波整流电路，是否都能满足要求？试比较两种供电方案所选晶闸管的导通角、额定电压、额定电流值以及电源和变压器二次侧的功率因数和对电源的容量的要求有何不同、两种方案哪种更合理（考虑2倍裕量）？解：（1） 采用220V电源直接供电，当=0时Ud00.45U2=99V采用整流变压器降至60V供电，当=0时Ud00.45U2=27V所以只要适当调节角，上述两种方案均满足输出024V直流电压的要求。（2）采用220V电源直流供电，因为，其中在输出最大时，U2220V，Ud24V，则计算得121，T18012159晶闸管承受的最大电压为UTMU2311V考虑2倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=622V流过晶闸管的电流有效值是IT，其中，121，则IT84A考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为因此，所选晶闸管的额定电压要大于622V，额定电流要大于107A。电源提供的有功功率电源的视在功率电源侧功率因数（3）采用整流变压器降至60V供电，U260V，Ud24V，由计算得39，T18039141晶闸管承受的最大电压为UTMU284.9V考虑2倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=169.8V流过晶闸管的电流有效值是IT考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为因此，所选晶闸管的额定电压要大于169.8V ，额定电流要大于65.5A。电源提供的有功功率电源的视在功率电源侧功率因数通过以上计算可以看出，增加了变压器后，使整流电路的控制角减小，所选晶闸管的额定电压、额定电流都减小，而且对电源容量的要求减小，功率因数提高。所以，采用整流变压器降压的方案更合理。例110图17是中小型发电机采用的单相半波晶闸管自激励磁电路，L为励磁电感，发电机满载时相电压为220V，要求励磁电压为40V，励磁绕组内阻为2，电感为0.1H，试求：1)满足励磁要求时，晶闸管的导通角及流过晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值。2）晶闸管与续流二极管可能承受的电压各使多少？3）选择晶闸管与续流二极管的型号。4）如电路原先运行正常，突然发现电机电压很低，经检查，晶闸管触发电路以及熔断器均正常，试问是何原因？图17习题110图解：1）先求控制角101则 T18010179D180+101281由于Ld=2fLd=23.14500.1=31.4，所以为大电感负载，各电量分别计算如下2) 3）选择晶闸管和续流二极管得型号取700V，10A；选择晶闸管型号为KP107。取700V，20A；选择晶闸管型号为ZP207。4）是续流二极管开路造成的。因为发电机励磁线圈为大电感负载，所以输出电压Ud始终为零或电压很低。例111单相半波整流电路，如门极不加触发脉冲；晶闸管内部短路；晶闸管内部断开，试分析上述3种情况下晶闸管两端电压和负载两端电压波形。解：（1）晶闸管门极不加触发脉冲，即晶闸管呈阻断状态，可视作开路，所以输出电压和晶闸管两端电压波形如图17（a）所示。（2）晶闸管内部短路，显然晶闸管两端电压为零，此时输出电压和晶闸管两端电压波形如图17（b）所示。（3）晶闸管内部开路，输出电压和晶闸管两端电压波形如图17（c）所示。图17 例111波形图例112单结晶体管触发电路中，削波稳压管两端并接移只大电容，可控整流电路能工作吗？为什么？解：不能工作。因为单结晶体管触发电路得同步使靠稳压管两端得梯形波电压过零实现得，使电容充电得开始时刻与主电路一一对应。如果接上滤波电容，电路就没有过零点，因此电路不能正常工作。例113单结晶体管张驰振荡电路是根据单结晶体管的什么特性组成工作的？振荡频率的高低与什么因素有关？解：单结晶体管张驰振荡电路是根据单结晶体管的负阻特性组成工作的。根据振荡电路的频率可以看出，频率与充电电阻Re和电容容量C有关。例114 用分压比为0.6的单结晶体管组成振荡电路，若20V，则峰点电压为多少？如果管子的b1脚虚焊，电容两端的电压为多少？如果是b2脚虚焊（b1脚正常），电容两端电压又为多少？解：峰点电压Ubb0.712.7V如果管子的b1脚虚焊，电容两端的电压为20V如果是b2脚虚焊（b1脚正常），电容两端电压0.7V五、自我检测题1填空题1）晶闸管对触发脉冲的要求是 、 和 。2）单结晶体管产生的触发脉冲是 脉冲；主要用于驱动功率的晶闸管； 3）普通晶闸管的图形符号是 ，三个电极分别是 ， 和 。4）晶闸管的导通条件是 ；关断条件是 .。5）从晶闸管开始承受正向电压起到晶闸管导通之间的电角度称为 角，用 表示。6）型号为KP100-8的元件表示 管、它的额定电压为 伏、额定电流为 安。7）给晶闸管阳极加上一定的 电压；在门极加上 电压，并形成足够的 电流，晶闸管才能导通。8）由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流为ITn等于 倍IT（AV），如果IT（AV）=100安培，则它允许的有效电流为 安培。通常在选择晶闸管时还要留出 倍的裕量。9）晶闸管的维持电流IH是指在 温度条件下，门极断开时，晶闸管从较大通态电流下降到刚好能保持导通所必须的最小 电流。2判断题1）给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。 （ ）2）普通晶闸管额定电流的定义，与其他电气元件一样，是用有效值来定义的 。 （ ）3）用稳压管削波的梯形波给单结晶体管自激振荡电路供电，目的是为了使触发脉冲与晶闸管主电路实现同步。 （ ）4）在单相半波整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。 （ ）5）KP25表示的是额定电压200V，额定电流500A的普通型晶闸管。（ ）6）在单结晶体管触发电路中，稳压管削波的作用是为了扩大脉冲移相范围。 （ ）3选择题1）单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差 度。A、180 B、60 C、360 D、1202）单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角的最大移相范围是 。A、90 B、120 C、150 D、1803）某型号为KP100-10的普通晶闸管工作在单相半波可控整流电路中，晶闸管能通过的电流有效值为 。A、100A B、157A C、10A D、15.7A4）单相半波可控整流电路，晶闸管两端承受的最大电压为 。A、U2 B、2 U2 C、 D、5）单结晶体管触发电路输出的触发信号是 。A、 B、 C、 D、 4问答题1）单结晶体管的特性曲线可以分为哪几段？如果用一个二极管和两个电阻接成如下方式，请按对单结晶体管特性曲线进行研究的相同做法，设计试验电路，并作出它的Ie-Ue特性曲线。2）由下面单结晶体管的触发电路图画出各点波形。3）晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？4）单相半波可控整流电路，如（1）晶闸管内部短路，（2）晶闸管内部开路，在下面的坐标中画出其直流输出电压Ud和晶闸管两端电压UT的波形。5）画出单结晶体管自激震荡电路的电路图，并画出电容两端电压与输出电压波形。5计算题1）画