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郑州电力高等专科学校电力电子技术 郑州电力高等专科学校课题一单相可控整流与调光灯课题一单相可控整流与调光灯【学习目标学习目标】：l 完成本课题的学习后，能够用万用表测试晶闸管和单完成本课题的学习后，能够用万用表测试晶闸管和单结晶体管的好坏。结晶体管的好坏。l 掌握晶闸管工作原理。掌握晶闸管工作原理。l 分析单相半波整流电路的工作原理。分析单相半波整流电路的工作原理。l 分析单结晶体管触发电路的工作原理。分析单结晶体管触发电路的工作原理。l 掌握触发电路与主电路电压同步的基本概念。掌握触发电路与主电路电压同步的基本概念。郑州电力高等专科学校 课题一单相可控整流与调光灯课题一单相可控整流与调光灯【课题描述课题描述】：调光灯在日常生活中的应用非常广泛，其种类：调光灯在日常生活中的应用非常广泛，其种类也很多。也很多。下图为常见的调光台灯下图为常见的调光台灯郑州电力高等专科学校 课题一单相可控整流与调光灯课题一单相可控整流与调光灯 调光台灯电路原理图调光台灯电路原理图郑州电力高等专科学校 【相关知识点相关知识点】一、晶闸管的工作原理一、晶闸管的工作原理1晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管引出三个极，阳晶闸管引出三个极，阳极极A、阴极、阴极K、门极、门极（控制极）（控制极）G小电流塑封式小电流塑封式小电流螺旋式阴极（K）阴极（K）阳极（A）阳极（A）门极（G）门极（G）郑州电力高等专科学校 1晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管的符号晶闸管的符号郑州电力高等专科学校 1晶闸管的结构晶闸管的结构 晶闸管的内部结构晶闸管的内部结构 晶闸管等效电路晶闸管等效电路郑州电力高等专科学校 2工作原理工作原理 实验电路实验电路郑州电力高等专科学校 2工作原理工作原理 实验步骤实验步骤: 第一步：第一步：按图（按图（a）接线，阳极和阴极之间加反向电压，门极和）接线，阳极和阴极之间加反向电压，门极和阴极之间不加电压，指示灯不亮，晶闸管不导通。阴极之间不加电压，指示灯不亮，晶闸管不导通。 第二步：第二步：按图（按图（b）接线，阳极和阴极之间加反向电压，门极和）接线，阳极和阴极之间加反向电压，门极和阴极之间加反向电压，指示灯不亮，晶闸管不导通。阴极之间加反向电压，指示灯不亮，晶闸管不导通。 第三步：第三步：按图（按图（c）接线，阳极和阴极之间加反向电压，门极和）接线，阳极和阴极之间加反向电压，门极和阴极之间加正向电压，指示灯不亮，晶闸管不导通。阴极之间加正向电压，指示灯不亮，晶闸管不导通。 第四步：第四步：按图（按图（d）接线，阳极和阴极之间加正向电压，门极和）接线，阳极和阴极之间加正向电压，门极和阴极之间不加电压，指示灯不亮，晶闸管不导通阴极之间不加电压，指示灯不亮，晶闸管不导通。郑州电力高等专科学校 2工作原理工作原理 第五步：第五步：按图（按图（e）接线，阳极和阴极之间加正向电压，门极）接线，阳极和阴极之间加正向电压，门极和阴极之间加反向电压，指示灯不亮，晶闸管不导通。和阴极之间加反向电压，指示灯不亮，晶闸管不导通。 第六步：第六步：按图（按图（f）接线，阳极和阴极之间加正向电压，门极和）接线，阳极和阴极之间加正向电压，门极和阴极之间也加正向电压，指示灯亮，晶闸管导通。阴极之间也加正向电压，指示灯亮，晶闸管导通。 第七步：第七步：按图（按图（g）接线，去掉触发电压，指示灯亮，晶闸管）接线，去掉触发电压，指示灯亮，晶闸管仍导通。仍导通。 第八步：第八步：按图（按图（h）接线，门极和阴极之间加反向电压，指示）接线，门极和阴极之间加反向电压，指示灯亮，晶闸管仍导通。灯亮，晶闸管仍导通。 第九步：第九步：按图（按图（i）接线，去掉触发电压，将电位器阻值加大，）接线，去掉触发电压，将电位器阻值加大，晶闸管阳极电流减小，当电流减小到一定值时，指示灯熄灭，晶闸晶闸管阳极电流减小，当电流减小到一定值时，指示灯熄灭，晶闸管关断。管关断。郑州电力高等专科学校 2工作原理工作原理实验现象与结论实验现象与结论实验顺序实验前灯的情况实验时晶闸管条件实验后灯的情况结论阳极电压Ua门极电压Ug导通实验1暗反向反向暗晶闸管在反向阳极电压作用下，不论门极为何电压，它都处于关断状态2暗反向零暗3暗反向正向暗1暗正向反向暗晶闸管同时在正向阳极电压与正向门极电压作用下，才能导通2暗正向零暗3暗正向正向亮关断实验1亮正向正向亮已导通的晶闸管在正向阳极作用下，门极失去控制作用2亮正向零亮3亮正向反向亮4亮正向（逐渐减小到接近于零）任意暗晶闸管在导通状态时，当阳极电压减小到接近于零时，晶闸管关断郑州电力高等专科学校 2工作原理工作原理 晶闸管关断实验说明晶闸管关断实验说明：（1）当晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极是否有正向触发电压或者承）当晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极是否有正向触发电压或者承受反向电压，晶闸管不导通，只有很小的的反向漏电流流过管子，这种受反向电压，晶闸管不导通，只有很小的的反向漏电流流过管子，这种状态称为反向阻断状态。说明晶闸管像整流二极管一样，具有单向导电状态称为反向阻断状态。说明晶闸管像整流二极管一样，具有单向导电性。性。（2）当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上反向电压或者不加电压，晶）当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上反向电压或者不加电压，晶闸管不导通，这种状态称为正向阻断状态。这是二极管所不具备的。闸管不导通，这种状态称为正向阻断状态。这是二极管所不具备的。（3）当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上正向触发电压，晶闸管导通，）当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上正向触发电压，晶闸管导通，这种状态称为正向导通状态。这就是晶闸管闸流特性，即可控特性。这种状态称为正向导通状态。这就是晶闸管闸流特性，即可控特性。（4）晶闸管一旦导通后维持阳极电压不变，将触发电压撤除管子依然处于）晶闸管一旦导通后维持阳极电压不变，将触发电压撤除管子依然处于导通状态。即门极对管子不再具有控制作用。导通状态。即门极对管子不再具有控制作用。郑州电力高等专科学校 2工作原理工作原理 结论：结论： 1.晶闸管导通条件晶闸管导通条件：阳极加正向电压、门极加适当正向电压。：阳极加正向电压、门极加适当正向电压。 2.关断条件：关断条件：流过晶闸管的电流小于维持电流。流过晶闸管的电流小于维持电流。郑州电力高等专科学校 二、二、 晶闸管特性与主要参数晶闸管特性与主要参数1晶闸管的阳极伏安特性晶闸管的阳极伏安特性 晶闸管的阳极与阴极间电压和阳极电流之间的关系，称为阳极伏晶闸管的阳极与阴极间电压和阳极电流之间的关系，称为阳极伏安特性。安特性。 晶闸管阳极伏安特性晶闸管阳极伏安特性郑州电力高等专科学校 2晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数（1）晶闸管的电压定额）晶闸管的电压定额1）断态重复峰值电压）断态重复峰值电压UDRM 规定，当门极断开晶闸管处在额定结温时，允许重复加规定，当门极断开晶闸管处在额定结温时，允许重复加在管子上的正向峰值电压为晶闸管的断态重复峰值电压，在管子上的正向峰值电压为晶闸管的断态重复峰值电压，用用UDRM表示。表示。2）反向重复峰值电压）反向重复峰值电压URRM 规定当门极断开，晶闸管处在额定结温时，允许重复加规定当门极断开，晶闸管处在额定结温时，允许重复加在管子上的反向峰值电压为反向重复峰值电压，用在管子上的反向峰值电压为反向重复峰值电压，用URRM表示。表示。郑州电力高等专科学校 2晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数3）额定电压）额定电压 将将UDRM和和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值。管的额定值。 通常标准电压等级规定为：电压在通常标准电压等级规定为：电压在1000V以下，每以下，每100V为一级，为一级，1000V到到3000V，每，每200V为一级，用百位数或千位为一级，用百位数或千位和百位数表示级数。和百位数表示级数。 选择晶闸管的额定电压是实际工作时可能承受的最大电选择晶闸管的额定电压是实际工作时可能承受的最大电压的压的23倍，即：倍，即：（）TnUTMU（）郑州电力高等专科学校 2晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数4）通态平均电压）通态平均电压UT（AV） 在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以额定电流时，阳在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以额定电流时，阳极和阴极间电压降的平均值，称通态平均电压（一般称管压极和阴极间电压降的平均值，称通态平均电压（一般称管压降），约为降），约为1.5V。郑州电力高等专科学校2晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 （2）、晶闸管的电流定额）、晶闸管的电流定额 1）额定电流）额定电流:通态平均电流是指在环境温度为通态平均电流是指在环境温度为40和规定的冷和规定的冷却条件下，晶闸管在导通角不小于却条件下，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，称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，称为晶闸管的额定电流。为晶闸管的额定电流。 晶闸管的电流的有效值与额定值的的关系为：晶闸管的电流的有效值与额定值的的关系为： 例如额定电流为例如额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流有效值为的晶闸管，其允许通过的电流有效值为157A。T(AV)Tn57. 1II郑州电力高等专科学校2晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 选择晶闸管额定电流的原则：选择晶闸管额定电流的原则：管子在额定电流时的电流有管子在额定电流时的电流有效值大于其所在电路中可能流过的最大电流的有效值，同时取倍的余效值大于其所在电路中可能流过的最大电流的有效值，同时取倍的余量，即：量，即：TmTT(AV)25 . 1 (57. 1III57. 1)25 . 1 (TmT(AV)II郑州电力高等专科学校 例题例题例例1-1 一晶闸管接在一晶闸管接在220V交流电路中，通过晶闸管电流交流电路中，通过晶闸管电流的有效值为的有效值为50A，问如何选择晶闸管的额定电压和额，问如何选择晶闸管的额定电压和额定电流？定电流？郑州电力高等专科学校 例题例题解：晶闸管额定电压解：晶闸管额定电压 （23） =（23） 220V=622933V按晶闸管参数系列取按晶闸管参数系列取800V，即，即8级。级。晶闸管的额定电流晶闸管的额定电流 =（1.52） =4864A按晶闸管参数系列取按晶闸管参数系列取50A。TnUMTU257. 1)25 . 1 (TmT(AV)IIA57. 150郑州电力高等专科学校 2晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数2）维持电流）维持电流IH 在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降到刚好能保在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降到刚好能保持导通的最小阳极电流称为维持电流持导通的最小阳极电流称为维持电流IH。3）擎住电流）擎住电流IL 在晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转为导通状态在晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转为导通状态就去除触发电压，此时要保持元件持续导通所需要的最小阳极就去除触发电压，此时要保持元件持续导通所需要的最小阳极电流，称擎住电流电流，称擎住电流IL。4）断态重复峰值电流）断态重复峰值电流IDRM和反向重复峰值电流和反向重复峰值电流IRRM IDRM和和IRRM分别是对应于晶闸管承受断态重复峰值电压分别是对应于晶闸管承受断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压和反向重复峰值电压URRM时的峰值电流。时的峰值电流。5）浪涌电流）浪涌电流ITSM ITSM是一种由于电路异常情况（如故障）引起的并使结温超是一种由于电路异常情况（如故障）引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。过额定结温的不重复性最大正向过载电流。郑州电力高等专科学校 2晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 （3）门极参数）门极参数 1）门极触发电流）门极触发电流 室温下，在晶闸管的阳极室温下，在晶闸管的阳极阴极加上阴极加上6V的正向阳极电压，管子由的正向阳极电压，管子由断态转为通态所必需的最小门极电流，称为门极触发电流。断态转为通态