项目六任务五单相可控整流电路.doc

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<UAB1+UD时（UD为PN结正向压降），E与B1之间不能导通。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时，单结晶体管由导通突跳到截止状态。
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R100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
① uG≤0 时，无论 uA＞0 或 uA＜0，晶闸管均截止。
② uA > 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1000 V以下的, 每100 V为一级; 1000 V到3000 V的每200 V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0.4～1.2 V的范围, 每隔0.1 V为一级。 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。

图6-5-15 KP系列参数表示方法
3CT系列表示参数的方式

图6-5-16 3CT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R100或R1k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R1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
~
*
u
2
＋
u
C
－
R1
V1
-
V4
V5
T
~
~
*
u
2
＋
u
C
－
C
C
R3
V1
-
V4
V5
T
u
2
w
t
O
u
2
w
t
O
u
z
O
w
t
U
Z
u
z
O
w
t
U
Z
w
t
a
u
G
a
a
u
G
a
u
C
O
w
t
u
C
O
w
t
U
Z
u
1
u
G
R4
RP
R5
V10
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
调大
RP
阻值，
C
充电速度
慢
，
第一个脉冲出现的时间
晚
，
输出脉冲电压
后移
。
a
a
u
z
O
w
t
u
z
O
w
t
u
C
O
w
t
u
C
O
w
t
u
G
O
w
t
u
G
O
w
t
U
Z
U
Z
a
a
a
a
u
z
O
w
t
u
z
O
w
t
U
Z
U
Z
u
C
O
w
t
u
C
O
w
t
u
G
O
w
t
u
G
O
w
t
a
a
a
a
a
a
调小
RP
阻值，
C
充电速度
快
，
第一个脉冲出现的时间
早
，
输出脉冲电压
提前
。
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
100 kΩ
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
t
o

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220 V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6-5-23 IGBT结构图
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，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？

16