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项目六任务五单相可控整流电路
任务五单相可控调压电路的安装、调试与检修
【学习目标】
1.掌握单结晶体管触发电路原理。
2.掌握单相可控调压电路原理。
3.掌握单相可控调压电路的安装技能。
4.掌握单相可控调压电路的调试技能。
【任务导入】
晶闸管(可控硅)是一种大功率半导体器件,可用于可控整流,也就是把交流电变换成输出电压可调的直流电。
晶闸管的用途非常广泛:
在工业生产中用于整流、逆变、变频、调压、直流调速、无触点开关等。
在日常生活中用于家用电器中的调光灯、空调等。
所以,晶闸管控制电路的检修是维修电工必须掌握的一项技能。
矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
图6-5-1钢管生产线图6-5-2可控整流装置
图6-5-3调光灯图6-5-4调光电路
【相关知识】
一、单结晶体管及触发电路
1.单结晶体管的结构、符号
图6-5-6单结晶体管的示意图、等效电路、图形符号
单结晶体管也称为双基极二极管,它有一个发射极和两个基极,外形和普通三极管相似。
单结晶体管的结构是在一块高电阻率的N型硅基片上引出两个接触电阻很小的电极:
第一基极B1和第二基极B2;在两个基极间靠近B2处,用合金法或扩散法渗入P型杂质,形成PN结,并引出发射极E。
聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
2.伏安特性
图6-5-7单结晶体管特性实验等效电路
图示为单结晶体管特性实验等效电路。
将单结晶体管等效成一个二极管和两个电阻RB1、RB2组成的等效电路,那么当基极上加电压UBB时,RB1上分得的电压为:
残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
式中,η为分压比,是单结晶体管的主要参数,η一般为0.5~0.9。
(1)当UE 处于截止状态。 (2)当UE=UAB1+UD时,PN结导通,发射极电流突然增大,此突变点为峰点P,该点电压为峰点电压UP,该点电流为峰点电流IP。 UP=UAB1+UD酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 (3)单结晶体管的PN结导通后,RB1区域的导电能力增加,这样使RB1阻值急剧减小,分压比下降,致使IE迅速增加,当IE增大到某一数值后,UE下降到最低点,称为谷点V0该点电压为谷点电压UV,该点电流为谷点电流IV。 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 当发射极电压减小到UE UV一般为2-5V 3、单结晶体管的型号 单结管的型号有BT31、BT32、BT33、BT35等,型号组成部分各符号所代表的意义如图6-5-8所示。 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 图6-5-8单结管型号的各符号意义 4.单结晶体管的判别 (1)直观判别单结晶体管的方法 对于金属管壳的管子,管脚对着自己,以凸口为起始点,顺时针方向数,依次是e、b1、b2。 对于环氧封装半球状的管子,平面对着自己,管脚向下,从左向右,依次为e、b2、b1,国外的塑料封装管管脚排列,一般也和国产环氧封装管的排列相同,如图6-5-9示。 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 (a)陶瓷封装(b)金属封装 (c)陶瓷封装目测(d)金属封装目测 图6-5-9单结晶体管直观判别 (2)用万用表判别单结晶体管的方法 单结晶体管的e对于b1、b2都相当于一个二极管,b1与b2之间相当于是一个固定电阻。 万用表电阻量程R 100档,将红黑表棒分别接单结晶体管的任意两个极,测读其电阻值,若第一次测得的电阻小,第二次测得的大,则第一次测时黑表棒所接的为管子的e极,红表棒为b极,另一管脚也是b极。 由于单结晶体管在结构上e靠近b2极,故e对b1的正向电阻比e对b2的正向电阻要稍大一些。 测读e~b1与e~b2之间的正向电阻值,即可区别第一基极b1和第二基极b2。 如图6-5-10示。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 图6-5-10单结管电极识别示意图 二、晶闸管 1.晶闸管简介 晶闸管是晶体闸流管的简称,它是具有PNPN四层结构的各种开关器件的总称。 普通晶闸管是晶闸管家族中的一种,旧称为可控硅,正式名称为反向阻断三端晶闸管。 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 (a)螺栓式;(b)平板式;(c)塑封式; 图6-5-11晶闸管的外形 2.晶闸管的特点 体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大。 3.晶闸管的应用领域 整流、逆变、变频、斩波。 4.晶闸管的基本结构及符号 晶闸管内部有一个硅半导体材料做成的管芯,管芯由四层(PNPN)三端(A、K、G)半导体制成,它具有三个PN结,由最外层的P层和N层分别引出阳极A和阴极K,由中间的P层引出门极G.籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 图6-5-12晶闸管的基本结构及符号 5.晶闸管的导通原理 (1)晶闸管的导通实验 图6-5-13闸管的导通实验 通过上面的实验可以看出,如果要使晶闸管导通,必须具备以下两个条件: 1晶闸管阳极接正、阴极接负(即加正向电压),形成主回路。 2门极加适当的正向电压,形成控制回路。 在实际工作中,门极加正触发脉冲信号。 (2)导通原理 图6-5-14导通原理 1uG≤0时,无论uA>0或uA<0,晶闸管均截止。 2uA>0,uG>0时,iG→iB1→T1导通→iC1=iB2→T2导通→iB1=iG+iC2→T1进一步导通→形成正反馈→管子迅速导通。 由于iB1≈iC2,若使uG≤0(iG=0),管子会继续导通預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 3晶闸管由导通转换为截止的条件: uA≤0或iA<IH(维持电流) 结论: 晶闸管具有单向导电性(直流开关)。 4.晶闸管的型号 国产晶闸管的型号有两种表示方法,即KP系列和3CT系列。 额定通态平均电流的系列为1、5、10、20、30、50、100、200、300、400、500、600、900、1000(A)等14种规格。 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 额定电压在1000V以下的,每100V为一级;1000V到3000V的每200V为一级,用百位数或千位及百位数组合表示级数。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 KP系列表示参数的方式如图6-5-15示。 其通态平均电压分为9级,用A~I各字母表示0.4~1.2V的范围,每隔0.1V为一级。 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 图6-5-15KP系列参数表示方法 3CT系列表示参数的方式 图6-5-163CT系列参数表示方式 5.晶闸管的简易判别 将万用表打到电阻量程R 100或R 1k档,用黑表棒接一管脚,红表棒接另一管脚,测取数据,然后再调换一对脚,测取数据,直至测取的数据符合二极管正向导通阻值时,黑表棒所接的管脚为控制极,红表棒所接的为阴极,另一管脚为阳极。 然后再用R 1档,黑表棒同时接触控制极和阳极,红表棒接触阴极,这时万用表应有偏转,然后把黑表棒慢慢移离控制极(仍然接触阳极),如果万用表仍能维持后来的导通状态(指针有偏转)说明这个晶闸管是好的,如果未能维持原来的导通状态(指针为无穷大)说明此晶闸管是坏的。 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 图6-5-17万用表判别晶闸管 三、晶闸管触发电路 图6-5-18晶闸管触发电路 1.单结晶体管触发电路分析 (1)电路图 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 图6-5-19单结晶体管触发电路图及波形图 (2)电路分析 1变压器次级电压u2经V1-V4桥式整流后输出脉冲直流电压,再经稳压管V5削波而得到梯形同步电压UZ。 2梯形同步电压UZ经RP、R3对电容C充电,C两端电压上升到单结晶体管V10峰点电压UP时,V10由截止变为导通。 由电容C通过V10的e极对b1、R5放电,放电电流在电阻R5上产生一组尖顶脉冲电压,其中第一个脉冲使晶闸管触发导通,后面的脉冲对晶闸管的工作没有影响。 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 3随着C的放电,当电容两端电压下降至单结晶体管谷点电压UV时,单结晶体管重新截止。 电容C重新充电,重复上述过程,在R5上又输出一组尖顶脉冲。 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 4当梯形电压过零点时,电容C两端电压也为零,因此电容每一次连续充放电的起点,就是电源电压过零点,这样就保证输出脉冲电压的频率和电源频率的同步。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 (3)移相 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 图6-5-20移相波形图 移相是通过改变RP的大小实现的,改变RP的大小,可以改变C充电的速度,因此也就改变了第一个脉冲出现的时间,从而达到移相的目的。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 2.单相可控调压电路分析 电路原理与分析 在交流电压的每个半周期内,单结晶体管都将输出一组脉冲,起作用的第一个脉冲去触发晶闸管V9\和V10的控制极,使晶闸管导通,灯泡EL发光。 改变RP的电阻值,可以改变电容充电的快慢,即改变锯齿波的振荡频率。 从而改变晶闸管V9和V10的导通角大小,即改变了可控整流电路的直流平均输出电压,达到调节电压的目的。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 【任务实施】 一、准备仪器、仪表及工具材料 1.仪表仪表及常用工具: 万用表和示波器,尖嘴钳、斜口钳、电烙铁、镊子、螺丝刀等。 2.材料单 表6-5-1 序号 符号 名称 规格与型号 件数 1 S 单刀单掷 S1 2 2 V10 单结晶体管 BT33 1 3 RP 电位器 100kΩ 1 4 C 电容器 0.1uF 1 5 R1 电阻 1.2KΩ 1 6 R3 电阻 5.1KΩ 1 7 R4 电阻 330Ω 1 8 R5 电阻 100Ω 1 9 R6 电阻 47Ω 1 10 R7 电阻 47Ω 1 11 V1-V4 二极管 2CP12 4 12 V6-V7 二极管 2CZ11D 2 13 V8-V9 晶闸管 KP1-4 2 14 V5 稳压二极管 2CW64 1 15 T 电源变压器 220V/36V 1 16 EL 指示灯 25W/220V 1 17 FU1-FU2 熔断器 0.5A 2 二、安装单相可控调压电路 1.备齐及检测元件 根据材料单对元器件进行检测,判别元器件的管脚及好坏。 2.线路安装 a.根据电路图合理安装元件,安装位置和走线并做好元件和走线标记。 b.清除引脚、连接导线的氧化层并搪锡。 c.安装元件,确认无误后焊接,要求接线规范: 布线美观.横平竖直.接线牢固,无虚焊,焊点符合要求组装好的电路構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 板如图6-5-21示,其焊接面如图6-5-22。 图6-5-21组装好的电路板图6-5-22晶闸管调光电路的焊接面輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 3.电路的调试 电路安装完毕后,经检查确认电路无误后,接通电源进行调试。 先调控制电路,然后调试主电路。 a.控制电路调试步骤 在控制电路上接上电源后,先用示波器观察稳压管两端的波形,应为梯形波;再观察电容器两端的波形,应为锯齿波;最后调节电位器RP,锯齿波的频率有均匀的变化。 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 注意: 如果不符合上述波形,要查原因,重新调试直至正常。 b.主电路的调试步骤 给主电路加36V电压用示波器观察晶闸管阳、阴极之间的电压波形。 波形上有一部分是一条平线,它是晶闸管导通部分。 调节电位器RP波形中平线的长度跟随变化,它表示晶闸管导通角可调,电路工作正常。 否则,应检查原因,排除故障,重新调试。 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。 4.测试记录 表6-5-2 uH 负载电压uH 指示灯亮度变化 当增大RP时 频率 幅值 当减小RP时 三、故障分析 接通电源后,熔断器立即烧断,该现象可能变压器一次侧或二次侧绕阻短路。 也可能是晶闸管及二极管短路。 因此,先检查元件是否短路。 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。 整流输出电压为零。 原因: 可能是二极管V6、V7这两只元件已断路;或者V8、V9这两只元件已损坏。 晶闸管V8、V9不导通。 可用示波器检查稳压管两端有没有梯形波,幅度是否够高;查电容器两端是否有锯齿波,其波形是否能通过调节移动;再检查晶闸管V8、V9的控制极与阴极之间有没有可 移动的脉冲,幅度是否够大。 若一切都正常,但V8、V9仍然不通,则这两个管损坏了。 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。 提示 ◇带开关电位器用螺母固定在印制电路板的孔上,电位器接线脚用导线连接到印制电 路板的所在位置。 ◇灯泡安装在灯头插座上,灯头插座固定在印制电路板上。 根据灯头插座的尺寸,在 印制电路板上钻固定孔和导线串接孔。 ◇印制电路板四周用四个螺母固定、支撑。 ◇调试前认真、仔细检查各元件安装情况。 最后接上指示灯,进行调试。 由于电路直 接与220V相连接,调试时应注意安全,防止触电。 ◇由BT33组成的单结晶体管张弛振荡电路停振,可能造成指示灯不亮,或指示灯不 可调光。 其原因可能是BT33或C损坏。 ◇电位器顺时针旋转时,指示灯逐渐变暗,可能是电位器中心抽头接错位置。 ◇如当调节电位器RP至最小时,指示灯突然熄灭,则应适当增大电阻R4的阻值。 【任务评价】 表6-5-3任务评价单 项目六 电子线路的安装与维护 任务五 单相可控调压电路的安装与维护 序号 项目内容 考核要求 配分 扣分标准 得分 1 相关知识 对单节晶体管、晶闸管相关理论知识掌握熟练。 20分 理论知识掌握不熟练,扣5-20分。 2 现场了解 了解调压电路的基本结构,并做好记录。 20分 对调压电路了解不详细,记录不全面,扣5-20分。 3 单相可控调压电路的安装与调试 1、掌握单相可控调压电路的工作原理。 2、了解单相可控调压电路的器件选择。 3、掌握单相可控调压电路的安装与调试方法。 60分 对调压电源电路的安装与调试工作进行操作,每项扣5-20分。 4 安全文明 操作 (1)遵守安全操作规程或实训室实习规程。 操作过程中,不遵守安全文明操作规程,每项加扣2-5分。 (2)劳保用品穿戴整齐 (3)工具、仪表的正确摆放与用后完好性。 5 6S整理 清理、整顿、清扫、清洁、素养、安全 操作过程中,未执行6S,每项加扣2-5分。 6 学习态度 出勤情况 酌情每项加扣2-5分 车间纪律 团队合作 检查评价 组长签字 教师签字 日期 【知识拓展】 (a)IGBT实物外观(b)IGBT内部结构 图6-5-23IGBT结构图 IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。 IGBT与晶闸管的区别: 晶闸管又叫闸流管,它可以像开关一样通断电流,像闸门一样关停水流,它的核心作用就是一个字----“闸”;所以晶闸管有两个状态,一个是导通状态,一个是截至状态;晶闸管的状态怎么改变,它有一个控制极,又叫触发极,给触发极加控制电压,就可使晶闸管的状态反转;不同材料、不同结构的晶闸管,控制极的控制电压的性质、幅度、宽度、作用都不一样;硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 1.比如,SCR晶闸管,它的控制电压相对阴极为正极性脉冲,脉冲宽度大约5μs,幅度5v--10v; 2.SCR晶闸管只能触发导通,不能触发关断,称之为半控器件; 3.IGBT,其结构为绝缘栅双极场效应晶体管,可以触发导通,也可以触发管断,所以称为全控器件; 4.IGBT的优点: 输入阻抗高、开关速度快、安全工作区宽、饱和压降低(甚至接近GTR的饱和压降)、耐压高、电流大。 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。 【想一想】 1.能否用双向晶闸管进行交流调压控制灯光的亮暗? 2.如图6-5-18所示合上开关S,调节RP发现灯不亮,故障可能出现在哪里?
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