《電力電子技術》課程實訓
指導書年度：2012-2013
學期：第二學期
執教班級：311電氣自動化技術
執教教師：王亞軍
一、實訓目的
1、熟悉單結電晶體和閘流體的結構、符號，掌握它們的特性分析和在電路中的連線。
2、掌握單結電晶體觸發電路的組成、工作原理和基本分析方法
3、提高元器件的安裝和焊接水平，進一步熟練示波器的使用
4、學會單結電晶體和閘流體的檢測
5、學會單向閘流體調光電路的安裝、除錯和檢測
二、實訓裝置
電鉻鐵、尖鑷子、電子剪、尖嘴鉗、萬用表、示波器、學生電源、多**演示臺等。
三、實訓內容
閘流體調光電路的設計、安裝與除錯
附：一、主要概念提示及難點釋疑
1．閘流體導通、關斷條件
1）閘流體導通條件：陽極加正向電壓、門极加適當正向電壓。
注意：陽極加正向電壓是指陽極電位高於陰極電位，陽極電位可以是正也可以是負。門極正向電壓是指門極電位高於陰極電位。
2）關斷條件：流過閘流體的陽極電流小於維持電流。
可以通過降低閘流體陽極－陰極間電壓或增大主電路中的電阻。
2．閘流體主要引數
1）額定電壓：用等級表示，選用管子時額定電壓常常時實際工作時可能承受的最大電壓的2～3倍。
2）額定電流
注意：不同於通常電氣元件以有效值來定義額定電流，而是以平均值來定義的。選擇管子時要用有效值相等原則即流過閘流體實際電流的有效值等於（小於更好）管子的額定電流有效值。
3．單相半波可控整流電路工作原理及引數計算
1） 幾個名詞術語和概念
控制角：控制角也叫觸發角或觸發延遲角，是指閘流體從承受正向電壓開始到觸發脈衝出現之間的電角度。
導通角θ：是指閘流體在一週期內處於導通的電角度。
移相：移相是指改變觸發脈衝出現的時刻，即改變控制角的大小。
移相範圍：移相範圍是指乙個週期內觸發脈衝的移動範圍，它決定了輸出電壓的變化範圍。
2）分析工作原理、繪製輸出電壓ud波形時要抓住閘流體什麼時候導通、什麼時候關斷這個關鍵。
3）電感性負載時，理解輸出負電壓的原因。關鍵是理解電感儲存、釋放能量的性質。
4）引數計算時要根據輸出波形，應用電工基礎中平均值、有效值的概念來推導計算公式。
5）續流二極體的作用：使負載不出現負電壓，提高輸出電壓。
4．單結電晶體觸發電路
1）單結電晶體的伏安特性
圖1－1 單結電晶體伏安特性
（a）單結電晶體實驗電路 （b）單結電晶體伏安特性 （c）特性曲線族
2）單結電晶體的張馳振盪電路
（ab）
圖1－2 單結電晶體張馳振盪電路電路圖和波形圖
（a）電路圖b）波形圖
3）單結電晶體觸發電路
單結電晶體觸發電路如圖1－3所示。由同步電路和脈衝移相與形成兩部分組成的。
圖1－3 單結電晶體觸發電路
二、學習方法
1．波形分析法：波形分析法是整流電路以及觸發電路的工作原理分析最有效的方法，讀者要學會利用波形分析來分析電路工作原理。
2．分析計算法：電路中各電量的計算要通過工作原理分析來推導。
3． 對比法：將電阻性負載和電感性負載以及電感性負載接續流二極體的電路對比分析。
4．理論聯絡實際法：將理論波形和實際波形聯絡起來，對照分析。
5．討論分析法：讀者要學習與他人討論分析問題，並了解其他讀者的學習方法和學習收穫，提高學習效率。
三、典型題解析
例1－1 閘流體導通的條件是什麼？導通後流過閘流體的電流由什麼決定？閘流體的關斷條件是什麼？如何實現？閘流體導通與阻斷時其兩端電壓各為多少？
解：閘流體導通的條件是：閘流體陽極和陰極之間加正向陽極電壓。門極和陰極之間加適當的正向陽極電壓。
導通後流過閘流體的電流由主電路電源電壓和負載大小決定。
閘流體的關斷條件是：陽極電流小於維持電流。
關斷閘流體可以通過降低閘流體陽極－陰極間電壓或增大主電路中的電阻。
閘流體導通時兩端電壓為通態平均電壓（管壓降），阻斷時兩端電壓由主電路電源電壓決定。
例1－2 調試圖1－4所示閘流體電路，在斷開負載rd測量輸出電壓ud是否可調時，發現電壓表讀數不正常，接上rd後一切正常，請分析為什麼？
圖1－4 例1－2圖
解：當s斷開時，由於電壓表內阻很大，即使閘流體門极加觸發訊號，此時流過閘流體陽極電流仍小於擎住電流，閘流體無法導通，電流錶上顯示的讀數只是管子漏電流形成的電阻與電壓表內阻的分壓值，所以此讀數不准。在s合上以後，rd介入電路，閘流體能正常導通，電壓表的讀數才能正確顯示。
例1－3 畫出圖1－49所示電路電阻rd上的電壓波形。
圖1－5 習題1－3圖
解：例1－4 說明閘流體型號kp100-8e代表的意義。
解：kp100-8e表示額定電流100a、額定電壓8級（800v、通態平均電壓組別e（0.7＜ut≤0.8）普通閘流體。
例1－5 閘流體的額定電流和其他電氣裝置的額定電流有什麼不同？
解：由於整流裝置的輸出端所接負載常用平均電流來衡量其效能，所以閘流體額定電流的標定與其他電器裝置不同，採用的是平均電流，而不是有效值，又稱為通態平均電流。所謂通態平均電流是指在環境溫度為40℃和規定的冷卻條件下，閘流體在導通角不小於170°電阻性負載電路中，當不超過額定結溫且穩定時，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值。
例1－6 型號為kp100－3、維持電流ih＝3ma的閘流體，使用在圖1－6所示的三個電路中是否合理？為什麼（不考慮電壓、電流裕量）？
圖1－6 例1－6圖
解：（a）圖的目的是鞏固維持電流和擎住電流概念，擎住電流一般為維持電流的數倍。本題給定閘流體的維持電流ih＝3ma，那麼擎住電流必然是十幾毫安，而圖中資料表明，閘流體即使被觸發導通，陽極電流為100v/50kω＝3 ma，遠小於擎住電流，閘流體不可能導通，故不合理。
（b）圖主要是加強對閘流體型號的含義及額定電壓、額定電流的理解。
本圖所給的閘流體額定電壓為300a、額定電流100a。圖中資料表明，閘流體可能承受的最大電壓為311v，大於管子的額定電壓，故不合理。
（c）圖主要是加強對閘流體型號的含義及額定電壓、額定電流的理解。
閘流體可能通過的最大電流有效值為150a，小於閘流體的額定電流有效值1.57×100＝157a，閘流體可能承受的最大電壓150v，小於閘流體的額定電壓300v，在不考慮電壓、電流裕量的前提下，可以正常工作，故合理。
例1－7 某閘流體元件測得udrm＝840v，urrm=980v，試確定此閘流體的額定電壓是多少？
解：根據將udrm和urrm中的較小值按百位取整後作為該閘流體的額定值，將兩者較小的840v按教材表1－2取整得800v，該閘流體的額定電壓為8級（800v）。
例1－8 有些閘流體觸發導通後，觸發脈衝結束時它又關斷是什麼原因？
解：閘流體的陽極加正向電壓，門极加正向觸發脈衝時，閘流體被觸發導通。此後陽極電流逐漸上公升到擎住電流後，去掉觸發脈衝，則管子繼續導通，知道電流公升到負載電流後，進入正常工作狀態。
如果陽極電流還沒有公升到擎住電流值就去掉門極脈衝，則閘流體就不能繼續導通而關斷。
例1－9 某電阻性負載要求0～24v直流電壓，最大負載電流id＝30a，如用220v交流直接供電與用變壓器降壓到60v供電，都採用單相半波整流電路，是否都能滿足要求？試比較兩種供電方案所選閘流體的導通角、額定電壓、額定電流值以及電源和變壓器二次側的功率因數和對電源的容量的要求有何不同、兩種方案哪種更合理（考慮2倍裕量）？
解：（1） 採用220v電源直接供電，當=0°時
ud0＝0.45u2=99v
採用整流變壓器降至60v供電，當=0°時
ud0＝0.45u2=27v
所以只要適當調節角，上述兩種方案均滿足輸出0～24v直流電壓的要求。
（2）採用220v電源直流供電，因為，其中在輸出最大時，u2＝220v，ud＝24v，則計算得≈121°，θt＝180°－121°＝59°
閘流體承受的最大電壓為utm＝u2＝311v
考慮2倍裕量，閘流體額定電壓utn=2utm=622v
流過閘流體的電流有效值是it＝，其中，≈121°，
則it＝84a
考慮2倍裕量，則閘流體額定電流應為
因此，所選閘流體的額定電壓要大於622v，額定電流要大於107a。
電源提供的有功功率
電源的視在功率
電源側功率因數
（3）採用整流變壓器降至60v供電，u2＝60v，ud＝24v，由計算得≈39°，θt＝180°－39°＝141°
閘流體承受的最大電壓為utm＝u2＝84.9v
考慮2倍裕量，閘流體額定電壓utn=2utm=169.8v
流過閘流體的電流有效值是it＝
考慮2倍裕量，則閘流體額定電流應為
因此，所選閘流體的額定電壓要大於169.8v ，額定電流要大於65.5a。
電源提供的有功功率
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