雙向可控硅調(diào)光臺(tái)燈電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)課程名稱 功率電子學(xué)課程設(shè)計(jì)題目名稱雙向可控硅調(diào)光臺(tái)燈電路 _學(xué)生學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué) 號(hào)學(xué)生指導(dǎo)教師2012年6月8日目錄第一部分：摘要3第二部分：方案的選擇及改進(jìn) 4第三部分：電路工作原理及其原理圖 5電路工作原理 5電路原理圖 5第四部分：主要元件介紹 6第五部分：所用儀器及元件清單 7第六部分：電路波形及數(shù)據(jù)分析 8電源電壓8負(fù)載兩端 9可控硅兩端 11電容兩端14可控硅門極17波形處理及分析 19第七部分：總結(jié) 19第八部分：參考文獻(xiàn) 20一、摘要交流調(diào)壓電路是采用相位控制方式的交流電力控制電路， 通常是 將兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在每相交流電源與負(fù)載之間。 在電源的每 半個(gè)周期觸發(fā)

2、一次晶閘管，使之導(dǎo)通。與相控整流電路一樣，通過控 制晶閘管開通時(shí)所對(duì)應(yīng)的相位，可以方便的調(diào)節(jié)交流輸出電壓的有 值，從而達(dá)到交流調(diào)壓的目的。其晶閘管可以利用電源自然換相，無 需強(qiáng)迫關(guān)掉電路，并可實(shí)現(xiàn)電壓的平滑調(diào)節(jié)，系統(tǒng)響應(yīng)速度較快，但 它也存在深控時(shí)功率因數(shù)較低， 易產(chǎn)生高次諧波等缺點(diǎn)。 單相交流調(diào) 壓電路是對(duì)單相交流電的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的電路。 交流調(diào)壓電路主要應(yīng) 用在電熱控制、交流電動(dòng)機(jī)速度控制、交流穩(wěn)壓器等場(chǎng)合，主要有燈 光調(diào)節(jié)（如調(diào)光臺(tái)燈、舞臺(tái)燈光控制等） ，溫度調(diào)節(jié)（如工頻加熱、 感應(yīng)加熱、需控制的家用電器等） ，泵及風(fēng)機(jī)等異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)， 交流電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速（如紡織、造紙、冶金等領(lǐng)域

3、的調(diào)壓調(diào)速） ，隨 電機(jī)負(fù)載大小自動(dòng)調(diào)壓（對(duì)于起動(dòng)機(jī)等有較長(zhǎng)時(shí)間空載或輕載的負(fù) 荷，自動(dòng)調(diào)壓可以節(jié)省電能） ，變壓器初級(jí)調(diào)壓（在高壓小電流或低 壓大電流直流電源中， 如采用晶閘管相孔整流電路， 需要很多晶閘管 串聯(lián)或并聯(lián)， 若采用交流調(diào)壓電路在變壓器初級(jí)調(diào)壓。 其電壓電流值 都比較合理， 在變壓器次級(jí)只要用二極管整流即可， 從而達(dá)到減少體 積、減低成本的目的） 。與自耦變壓器調(diào)壓方法相比，交流調(diào)壓電路 控制方便，調(diào)節(jié)速度快，裝置的重量輕、 體積小，有色金屬消耗也少。二、方案的選擇及改進(jìn)初始電路原理圖：通過整流電路，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再通過 RC充電為單向晶閘管門極 提供觸發(fā)信號(hào)，從而控制晶

4、閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的作用，這可 以使燈泡的亮暗程度得到調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)RPI勺阻值，可以改變充放電時(shí)間，時(shí)間一改變，則晶閘管的觸發(fā)角也相 應(yīng)受到影響，如果F增大，則充電時(shí)間變長(zhǎng)，觸發(fā)角越大，導(dǎo)通角越小，輸出電 壓越小，燈泡越暗。反之，R越小，電容充電時(shí)間越快，觸發(fā)角變小，導(dǎo)通角越改進(jìn)方案：為了保護(hù)電路，我們?cè)陔娐分薪尤胍粋€(gè)電阻對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)， 同 時(shí)在電阻旁邊接入一個(gè)雙向觸發(fā)管，并且修改了部分器件的參數(shù)。三、電路工作原理圖及其原理圖電路名稱：雙向可控硅調(diào)光臺(tái)燈電路電路工作原理：當(dāng)接通電源，220V交流電壓通過燈泡、R1、R2對(duì)電容C充電，由于電容兩 端電壓時(shí)不能夠突變的，對(duì)電容充電需

5、要一定的時(shí)間，充電時(shí)間由R1和R2決定, 越小充電越快，反之則充電越慢。當(dāng)C上電壓充電到一定電壓時(shí)雙向觸發(fā)二極管 DB3導(dǎo)通，雙向可控硅也導(dǎo)通，其導(dǎo)通之后，燈泡中有電流通過同時(shí)發(fā)光。隨著 DB3的導(dǎo)通，C上的電壓被完全放掉，DB3又截止，可控硅也隨之截止，燈泡熄 滅，C又開始進(jìn)行充電，照此循環(huán)。因?yàn)榇诉^程時(shí)間短且人眼有短暫停留的現(xiàn)象， 所以燈泡看起來是一直亮著的。充電時(shí)間越短，燈泡就越亮，反之則越暗。如果用在電感性負(fù)載上時(shí)，需要加載R C串聯(lián)回路，起到保護(hù)可控硅的作用。K1220 V220 Vrms,50 Hz27U1DB31_D3X£BT13631000C1±1伽F四、主

6、要元件介紹雙向觸發(fā)二極管雙向可控硅可控硅一旦被觸發(fā)導(dǎo)通后，將持續(xù)導(dǎo)通到交流電壓過零時(shí)才會(huì)截止。 可控硅承擔(dān)著流過白熾燈的工作電流，由于白熾燈在冷態(tài)時(shí)的電阻值非常低， 再 考慮到交流電壓的峰值，為避免開機(jī)時(shí)的大電流沖擊，選用可控硅時(shí)要留有較大 的電流余量。觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖應(yīng)該有足夠的幅度和寬度才能使可控硅完全導(dǎo)通，為了保證 可控硅在各種條件下均能可靠觸發(fā)，觸發(fā)電路所送出的觸發(fā)電壓和電流必須大于 可控硅的觸發(fā)電壓UGT與觸發(fā)電流IGT的最小值，并且觸發(fā)脈沖的最小寬度要持 續(xù)到陽(yáng)極電流上升到維持電流（即擎住電流IL）以上，否則可控硅會(huì)因?yàn)闆]有完 全導(dǎo)通而重新關(guān)斷。保護(hù)電阻R3是保護(hù)電阻，用來防止R2

7、調(diào)整到零電阻時(shí)，過大的電流造成半導(dǎo)體器件的損壞。R1太大又會(huì)造成可調(diào)光圍變小，所以應(yīng)適當(dāng)選擇。功率調(diào)整電阻R1決定白熾燈可調(diào)節(jié)到的最小功率，若不接入 R1,則在R2調(diào)整 到最大值時(shí)，白熾燈將完全熄滅，這在家庭應(yīng)用中會(huì)造成一定不便。 接入R1后, 當(dāng)R2調(diào)整到最大值時(shí)，由于R1的并聯(lián)分流作用，仍有一定電流給C充電，實(shí)現(xiàn) 白熾燈的最小功率可以調(diào)節(jié)，若將R1換為可變電阻器，則可實(shí)現(xiàn)更精確的調(diào)節(jié)， 以確保量產(chǎn)的一致性。同時(shí)R1還有改善電位器線性的作用，使燈光變化更適合 人眼的感光特性。電位器小功率調(diào)光器一般都選擇帶開關(guān)的電位器，在調(diào)光至最小時(shí)可以聯(lián)動(dòng)切 斷電源，這種電位器通常分為推動(dòng)式（PUSH和旋轉(zhuǎn)

8、式（ROTARY兩種。對(duì)于 功率較大的調(diào)光器，由于開關(guān)觸點(diǎn)通過的電流太大，一般將電位器和開關(guān)分開安裝， 以節(jié)省材料成本。考慮到調(diào)光特性曲線的要求，一般都選擇線性電位器，這種電 位器的電阻帶是均勻分布的，單位長(zhǎng)度的阻值相等，其阻值變化與滑動(dòng)距離或轉(zhuǎn) 角成直線關(guān)系。溫度保險(xiǎn)絲對(duì)于大功率的調(diào)光器或用于組群安裝的調(diào)光器，部溫升比平時(shí)要高，在電路中安裝一只溫度保險(xiǎn)，可以在異常溫升時(shí)切斷電路，防止災(zāi)害事 故的五、所用儀器及元件清單所用儀器：示波器（帶衰減的測(cè)試線纜）、萬用表元件清單：白熾燈DS:額定電壓220V額定功率40W電阻：R1=1© R2=500KQ R3=100Q電容 C: 100 n

9、F雙向觸發(fā)二極管Q1: DB3雙向可控硅Q2 BT136六、電路波形及數(shù)據(jù)分析電路波形（1）電源電壓U2波形負(fù)載（燈泡）兩端電壓波形:a =0°a =901.41.2Ul/V 1220/20.80.60.40.20.50.20.40.6-220 20.8_1.1.2-1.4 -0.5101.522.520 t/ms可控硅兩端電壓波形:a =7°1.41.2UT/V1220 28f0.6 _0.40.21.50.500.20.40.510 10.4 卜I20.41.5220 t/ms_0.4_0.6-220 2 o.81.21.41.41.2Ut/V1220 2 "

10、80.60.40.210 11.6a =90°0.40.6+44_I0* 1.60.2-220 寸 2 0.8 十.14-1.2 F-1.4.1.6 雙向可控硅兩端UT波形a=30°2101520 21.6t/ms20I I6t/ms電容兩端電壓波形:a =7°1.61.41.2UC1 / V135080.60.40.210.420.40.50二0.40.5101.5MH-2202.5t/ms_0.4 a=7.2_0.6十-3&°.8 十_1.2亠a =30°a =180a =301.4亠1.2亠1Ug/V0.7 a80.6 0.4十0

11、.2十11111I11I1I I-HI1|1|HH-Ir2J.5_1_0.50-0.2 -0.4 亠-0.6 亠-0.708亠a =180°1.41.21U gN 0.80.60.40.21.5-0.50 -0.2 -0.5101.520 t/ms-0.4 -0.6 -0.8 -1-1.2-1.4波形分析：當(dāng)燈泡（40W最亮?xí)r，觸發(fā)角最小，導(dǎo)通角最大，由分析可知，由于可控 硅在觸發(fā)角a =7°時(shí)被觸發(fā)，所以，在0-7。之間可控硅不導(dǎo)通，可控硅承受壓 降，燈泡不承受壓降。在a >7°時(shí)，可控硅導(dǎo)通，承受壓降為 0,燈泡開始承受 電源電壓從7°以后的正弦波電壓，此時(shí)根據(jù)上面敘述公式計(jì)算出理論輸出電壓 有效值為228.9V，實(shí)測(cè)得交流輸入電壓有效值為 231V,測(cè)得燈泡兩端電壓有效 值為230V,通過燈泡的電流為0.2A。計(jì)算得輸出功率為230Vx0.2A=46W，可知 電路能正常工作，符合設(shè)計(jì)要求當(dāng)燈泡熄滅時(shí)，觸發(fā)角最最大，達(dá)到 180°，此時(shí)導(dǎo)通角為 0。由于可控硅 不導(dǎo)通，則其兩端承受電壓為電源所加的整個(gè)正弦波電壓， 此時(shí)燈泡不承受電壓， 燈泡兩端電壓壓降為 0，輸出電壓波形為一條幅值為 0 的直線燈泡處于中間狀態(tài)時(shí)，波形為最亮和最暗的過渡波形。七：