學習指導書
編寫：徐立娟雷翔霄
長沙民政職業技術學院
前言《電力電子裝置的安裝與除錯》是高等職業技術院校電類和機類專業的一門非常重要的專業基礎課。但學生在學習本課程的過程中，普遍反映該課程的練習題求解較困難。因此編此學習指導書，以幫助學生牢固掌握基礎知識，同時提高分析問題和解決問題的能力。
本指導書是與該課程教材配套的，共六個模組，包括調光燈、三相可控整流電源、開關電源、中頻感應加熱電源、變頻器。每模組又由六部分組成：
1． 本模組學習目標與要求——對學生學習本模組所提出的要求，哪些知識要理解或掌握、哪些能分析計算、哪些會正確應用、哪些是一般了解，讓學生在學習時能有的放矢。
2． 主要概念提示及難點釋疑——概括本模組的主要概念、難點問題的解決、突出重點，便於學生了解和掌握本課題主要內容，幫助學生解釋難點。
3． 學習方法——是對學生學習提出的學習意見。
4． 典型題解析——通過對本模組典型立體的分析、計算，給學生以結題的啟示，引導和擴充套件解題的思路，培養和提高學生分析和解決問題的能力。
5． 自我檢測題——鞏固重點內容，突破疑難問題，加深對基本概念、基本電路的理解，有利於學生從中歸納總結分析和計算的思路、方法以及規律。
6． 自我檢測題答案——給出答案，有利學生自學、自練和自查，提高對課程基本內容的掌握程度。
編者2023年11月
模組一調光燈4
模組二三相整流電源34
模組三開關電源51
模組四中頻感應加熱電源58
模組五變頻器63
模組一調光燈
調光燈在日常生活中的應用非常廣泛，本模組通過對調光燈電路相關的知識：閘流體、雙向閘流體、單相半波可控整流電路、單相交流調壓、單結電晶體觸發電路等內容的介紹和分析。使學生能夠理解電路的工作原理，掌握電路原理圖的繪製、電路分析的方法和電路的基本除錯技能。
一、學習目標與要求
1． 認識普通閘流體、雙向閘流體、可關斷閘流體和單結電晶體器件。
2． 會選用和檢測普通閘流體、雙向閘流體、可關斷閘流體和單結電晶體。
3． 能分析普通閘流體、雙向閘流體、可關斷閘流體和單結電晶體的工作原理。
4． 能分析單相半波整流電路和單結電晶體觸發電路的工作原理。
5． 能了解觸發電路與主電路電壓同步的基本概念。
6． 學會調光燈電路的安裝與除錯技能。
7． 在小組合作實施專案過程中培養與人合作的精神。
二、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
4．雙向閘流體的觸發方式
雙向閘流體正反兩個方向都能導通，門极加正負電壓都能觸發。主電壓與觸發電壓相互配合，可以得到四種觸發方式：
1）ⅰ+觸發方式主極t1為正，t2為負；門極電壓g為正，t2為負。
2）ⅰ-觸發方式主極t1為正，t2為負；門極電壓g為負，t2為正。
3）ⅲ+觸發方式主極t1為負，t2為正；門極電壓g為正，t2為負。
4）ⅲ-觸發方式主極t1為負，t2為正；門極電壓g為負，t2為正。
5．雙向閘流體的引數
1）雙向閘流體額定通態電流不同於普通閘流體的額定通態電流。前者用交流有效值標定，後者用正弦半波平均值標定，選擇閘流體時不能混淆。例如雙向閘流體額定通態電流為100a，若用兩個反併聯的普通閘流體代替，按有效相等的原則，得，所以，。
因此乙個100a的雙向閘流體與兩個45a反併聯的普通閘流體等效。
2）在選擇雙向閘流體的額定通態電流時，要考慮到電動機的啟動電流的影響，在交流開關的主電流中串入空心電抗器，可抑制換向電壓上網率，降低對雙向閘流體換向能力的要求。
6．交流調壓電路
（1）單相交流調壓電路電感性負載時，要用寬脈衝觸發閘流體，否則在＜（負載功率因數角）時，會使乙個閘流體不能導通，負載波形只有半周，出現很大的直流分量，電路不能正常工作。
（2）單相交流調壓電路電阻性負載時，移相範圍是=0°~180°，而電感性負載時，移相範圍是=~180°
（3）交流功率調節容量較大時，應採用三相交流調壓。三相交流調壓電路接線方式及效能特點見教材。
（4）交流調壓可以採用移相觸發也可以採用過零觸發來實現。過零觸發就是在電壓為零附近觸發閘流體導通，在設定的週期內改變閘流體導通的頻率樹來實現交流調壓或調功率。
7．單相橋式全控整流電路
1）電路使用了四個閘流體，觸發電路需發出在相位上相差180°的兩組觸發脈衝。
2）電阻性負載時，在電源電壓正負半周內，兩組閘流體vt1、vt4和vt2、vt3輪流導通向負載供電，使得輸出電壓波形為單相半波電路輸出電壓波形的兩倍。
單相全控橋式整流電路帶電阻性負載電路引數的計算：
①．輸出電壓平均值的計算公式：
②．負載電流平均值的計算公式：
③．輸出電壓的有效值的計算公式：
④．負載電流有效值的計算公式：
⑤．流過每只閘流體的電流的平均值的計算公式：
⑥．流過每只閘流體的電流的有效值的計算公式：
⑦．閘流體可能承受的最大電壓為：
3）電感性負載時，如電感足夠大，輸出電壓波形出現負值。α＜90°時，電流連續，ud=0~0.9u2；α＞90°時，電流斷續，ud≈0。
4）單相全控橋式整流電路帶電感性負載電路引數的計算：
①．輸出電壓平均值的計算公式：
②．負載電流平均值的計算公式：
③．流過乙隻閘流體的電流的平均值和有效值的計算公式：
④．閘流體可能承受的最大電壓為：
8．單相橋式半控整流電路
1）電路是用兩隻二極體代替了單相橋式全控整流電路種的兩隻閘流體，只能用於整流而不能用於逆變。
2）大電感負載時存在自然續流和失控現象
3）單相全控橋式整流電路帶電阻性負載電路引數的計算：
①．輸出電壓平均值的計算公式：
的移相範圍是0°～180°。
②．負載電流平均值的計算公式：
③．流過乙隻閘流體和整流二極體的電流的平均值和有效值的計算公式：
④．閘流體可能承受的最大電壓為：
4）加了續流二極體後，單相全控橋式整流電路帶電感性負載電路引數的計算如下：
①．輸出電壓平均值的計算公式：
的移相範圍是0°～180°。
②．負載電流平均值的計算公式：
③．流過乙隻閘流體和整流二極體的電流的平均值和有效值的計算公式：
④．流過續流二極體的電流的平均值和有效值分別為：
⑤．閘流體可能承受的最大電壓為：
三、學習方法
1．對比法：雙向閘流體的學習與普通閘流體對比，找出他們的異同；移相觸發與過零觸發比較，找出各自優缺點。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。
2．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。
3．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。
4．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。
5．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。
四、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。
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