《单相交流电机调速器设计》-项目四 电风扇无级

项目四电风扇无级调速器【项目描述】：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。(a)电风扇无级调速器(b)电风扇无级调速器电路原理图完成本项目的学习后，能用万用表测试双向晶闸管的好坏。懂得双向晶闸管工作原理。会分析电风扇无级调速器各部分电路的作用及调速原理。懂得交流开关、交流调功器、固态开关原理。【学习目标】：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。主要要求：

双向晶闸管的结构、原理。双向晶闸管的参数、型号。任务一认识双向晶闸管双向晶闸管的使用注意事项。

双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。一、双向晶闸管的结构、原理1、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。小电流塑封式 螺栓式

平板式

它的内部是一种NPNPN五层结构的三端器件，外部有三个电极，两个主电极T1极和T2极，门极G。门极是和T1极在同一侧引出的。有4个PN结。（a）内部结构（b）等效电路（c）图形符号T1T2T1T2

相当于两个门极接在一起的普通晶闸管反并联。T1GT2T1G符号常见双向晶闸管引脚排列2、伏安特性：UⅠⅢIG=0T1为负T2为正Ⅰ+触发：T1为正，T2为负；门极为正，T2为负。Ⅰ-触发：T1为正，T2为负；门极为负，T2为正。Ⅲ+触发：T1为负，T2为正；门极为正，T2为负。Ⅲ-触发：T1为负，T2为正；门极为负，T2为正。触发方式常用触发方式：Ⅰ+

、Ⅲ-T1为正T2为负在第Ｉ和第III象限有对称的伏安特性。双向晶闸管有正反向对称的伏安特性曲线。KS电流临界下降率等级数断态电压临界上升率级数断态重复峰值电压级数额定通态电流值(正弦有效值)双向闸流特性3、型号例：KS50-10-21二、双向晶闸管的主要参数

为保证双向晶闸管在交流电路中的可靠运行，应合理选择双向晶闸管的额定电流、额定电压及进行必要的保护。

1、IT(RSM)：额定电流。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。系列KS1KS10KS20KS50KS100KS200KS400KS500IT(RSM)1102050100200400500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：在实际选取晶闸管时，也要留出一定的裕量，一般为：等级123456789101214161820UDRM(V)1002003004005006007008009001000120014001600180020002、UDRM：额定电压

与普通晶闸管相同。应用时通常取两倍的裕量。等级0.20.525du/dt(V/μs)≥20≥50≥200≥500等级0.20.51di/dt(A/μs)≥0.2%IT(RSM)≥0.5%IT(RSM)≥1%IT(RSM)3、断态电压临界上升率分级规定

4、换向电流临界下降率(di/dt)的规定有关KS型双向晶闸管的主要参数和分级的规定。三、双向晶闸管的使用注意事项1、双向晶闸管重新施加电压变化率的能力差，这使它难以用于感性负载。2、门极电路灵敏度比较低3、管子的关断时间比较长，因而只能在低频场合应用。取数字万用表（例如DT-830型）拨到“NPN”档，让双向晶闸管的G极开路，T2极经过限流电阻R（约300Ω）接“C”孔，T1极经过导线接至“E”孔。数字万用表显示值为“000”，表明双向晶闸管处于关断状态。然后用以根导线把G极与T2极短接，用“C”孔上的2.8V作触发电压，显示数字立即由“000”跳变程“578”，说明双向晶闸管已经导通。再按图试验一次，显示值从“000”→“428.证明”双向晶闸管能在连个方向导通，质量是好的。思考：1、S断开，接入220V电源，灯应不亮，但这时灯轻微发光，为什么？2、S断开，接入220V电源，灯应不亮，但这时灯正常发光，为什么？3、接入220V电源，闭合开关S，灯不亮，为什么？四、双向晶闸管的触发电路（1）简易触发电路双向晶闸管的简易触发电路（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。(3）集成触发器

K006组成的双向晶闸管移相交流调压电路

通过某种装置对交流电压的有效值或功率进行调整，称为交流调压。交流调压的方式一般分为3种，分别为相控式、斩波式、通断式。交流调压电路广泛应用于工业加热、灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)、异步电动机的软启动、异步电动机调压调速、供用电系统对无功功率的连续调节、高压小电流或低压大电流直流电源、调节变压器一次电压以及电焊、电解、电镀和交流侧调压等场合。任务二交流调压电路主要要求：

电阻性负载。电感性负载。单相交流调压电路

单相交流调压电路可由一只双向晶闸管组成，也可以用两只普通晶闸管反并联组成。由双向晶闸管组成的单相交流调压电路线路简单，成本低，在工业加热、灯光控制、小容量感应电动机调速等场合得到广泛应用。下面对其工作原理进行分析。1、结构一、电阻负载

由一只双向晶闸管组成主电路，接电阻负载。2、原理

下个周期重复上述过程，在负载电阻上就得到缺角的交流电压波形，如图所示。通过改变α可得到不同的输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。

若由两只单向晶闸管反并联组成的电路，则需要两组独立的触发电路分别控制两只晶闸管，在正、负半周的对称时刻给触发脉冲，其工作情况与双向晶闸管电路一样，在负载上得到同样波形的可调交流电压。3、参数计算（1）输出交流电压有效值（2）输出交流电流有效值（3）功率因数二、电感性负载1、结构下图为单向晶闸管反并联连接电感负载的单相交流调压电路。

当电源电压由正半波过零反向时，由于负载电感中产生感应电动势要阻止电流变化，电压过零时电流还未到零，晶闸管关不断，故还要继续导通到负半周。

晶闸管导通角θ的大小，不但与触发延迟角α有关，而且与负载功率因数角ϕ有关。下图所示为导通角θ

、触发延迟角α

、及功率因数角ϕ的关系曲线。

由曲线图可见，触发延迟角越小则导通角越大。负载功率因数角ϕ越大，表明负载感抗越大，自感电动势使电流过零的时间越长，因而导通角θ越大。单相交流调压电感负载波形图>(b)＝(c)＜2、原理(1)α>ϕ：当α>ϕ，θ<180°，正、负半波电流断续。α越大，θ越小。即α的移相在（180°~ϕ

）范围内，可以得到连续可调的交流电压。电流、电压波形如图所示。(2)α=ϕ：当α=ϕ时，θ=180°。此时，每个晶闸管轮流导通180°，相当于两个晶闸管轮流被短接，负载正负半周电流处于临界连续状态，相当于晶闸管失去控制，如图所示。(3)α<ϕ：当α<ϕ时，电源接通后，在电源电压的正半周，如果先触发VT1，则可判断出它的导通角>180°。

在α<ϕ这种情况下VT1管先被触发导通，而且>180。如果采用窄脉冲触发，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。等到VT1管中流过的电流为零并关断时，ug2脉冲已经消失，此时VT2管虽受正压，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序列触发。综上所述，单相交流调压可归纳为以下3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波形一致，改变控制角可以改变负载电压有效值。2)电感负载时，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的现象，电流出现很大的直流分量，烧毁熔断器或晶闸管。3)电感性负载时，α的移相范围为ϕ～180°；电阻负载时，移相范围为0°～180°。【例4.3】

如图所示单