小功率晶闸管整流电路要点Word格式文档下载.docx
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本文介绍了电力电子技术在发电环节中输
电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用。
二、电力电子技术的应用
电力电子技术的应用范围十分广泛．它不仅应用于一般工业．在交通运输、电力系统、计算机系统、通信系统、新能源系统等也有广泛的应用，在与我们生活息息相关的照明、家用电器领域中电力电子术也有广泛的应用。
1、电力电子技术在电力系统中的应用将电力电子技术引人电力系统并获得广泛应用的领域．首推应是同步发电机励磁系统，这种励磁系统由于动作迅速．容易设计出高顶值电压，并且控制功率小，因而，作为电压调节系统具有优越的性能：
另一领域是交流电动机的变频调速．它的应用，
节约了可观的电能近年来，国外还研究将电力电子技术引入抽水蓄能电站．以提高水泵水轮机的效率．并已取得成果在电力系统的发电、输电和配电环节中都离不开电力电子器件和电力电子技术。
电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备．电力电子技术的应用极大地改善这些设备的运行特性。
在输电环节中．电力电子器件大量应用于高压输电系统．被称为“硅片引起的第二次革命”大幅度改善了电力网的稳定运行特性配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和小对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。
电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用成功地解决了这些难题。
电力电子技术在一般工业中的应用在工业中大量应用交直流电动机进行电力拖动，直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。
近年来电力电子变频技术的迅速发展，使交流电机的调速性能可与直流电机媲美，
交流调速技术大量应用并占据主导地位。
电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。
电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
3、电力电子技术在家用电器中的应用照明在家用电器中有十分突出的地位。
由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，正逐步取代传统的白炽灯和日光灯空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子之一。
电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。
此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。
电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。
电力电子技术是以功率和变换为主要对象的现代工业电子技术，当代工、农业等各个领域都离不开电能，离不开表征电能的电压、电流、频率、波形和相位等基本参数的控制和转换，而电力电子技术可以对这些参数进行精确的控制和高效的处理，所以电子技术是实现电气工程现代化的重要基础。
电力电技术应用范围十分广泛，国防、工业、交通运输、能源、通信系统、电力系统、计算机系统、新能源系统以及家用电器等无不渗透着电力电子技术的成果。
下面简单的介绍几种：
1、一般工业电机调速
工业中大量应用各种交、直流电动机。
直流电动机具有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流折波电源都是电力电子装置。
近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电动机的调速性能可与直流电动机相媲美。
因此，交流调速技术得到了广泛的应用，并且占据主导地位。
2、交通运输
电气化铁道中广泛采用电力电子技术，电气机车中的直流机车采用整流装置供电，交流机车采用变频装置供电。
如直流折波器广泛应用与铁道车辆，磁悬浮列车中电力电子技术更是一项关键的技术。
新型环保绿色电动汽车和混合动力电动汽车正在积极发展中。
汽车是靠汽油引擎运行而发展起来的机械，它排出大量二氧化碳和其他废气，严重污染了环境。
绿色电动车的电机是以蓄电池为能源，靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子技术。
显然，未来电动车将取代燃油汽车。
船舶、飞机需要各种不同要求的电源，因此航海、航空都离不开电力电子技术。
3、电子装置用电源
在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，
现在已逐渐取代了线性电源。
通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。
因为各种信息技术装置都需要电力电子置提供电源，所以说信息电子技术离不开电力电子技。
5、新能源开发和利用
传统的发电方式是火力、水利以及后来兴起的核能发电。
能源危机后，各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重视。
其中太阳能发电、风能发电的发展较快、燃料电池更受关注。
太阳能、风能发电受到环境条件的制约，发出的电能质量较差。
利用电力电子技术可以进行能力储存和缓冲。
改善电能质量。
同时，采用变速恒频发电技术，可以将新能源发电与电力系统联网。
6、环境保护
随着工、农业迅速发展，特别是火力发电和水泥业的发展对自然环境的污染越来越严重，
未来净化环境，提高人们的生活质量，在某些行业采用高压静电除尘措施是十分有效的，
其关键也是微机和电力电子技术。
现代电力电子技术是以高新技术知识为基础的一种知识密集型技术综合，是强弱电相结合的新学科，一方面它是电子学在高电压、大电流等强电或电工领域的一个分支，另一方面它也是电工学在低电压、
大电流等电流弱电或电子领域的一个分支。
当前，电力电子技术与微电子技术的结合已成为当今技术发展的主流电力电子技术的应用，贯穿在电能的获取、传输、变换和利用的几乎每个环节，使用电效率、节能效益、供电质量大大提高。
电力电子技术的应用在电气自动化中发挥越来越重要的作用，
为电能的产生和利用搭起了桥梁，为电能的输出、应用提供了更好的方式和平台，从根本上提高了电能的应用效率。
电力电子技术正在不断发展，新材料、新结构器件的陆续诞生，计算机技术的进步为现代控制技的实际应用提供了有力的支持．在各行各业中的应用越来越广泛，从人类对宇宙和大自然的探索．到同民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。
第一章结论
1.1电路基本知识
在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电，小功率的稳压电源是由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成。
功率较小的直流电源大多数都是将50Hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。
整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；
滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；
稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。
1．电路的组成
一个正确的电路应该有下列基本组成部分组成。
电源、用电器、开关和导线。
电源起着把其他形式的能量转化为电能并提供电能的作用；
导线起着连接电路元件和把电能输送给用电器的作用；
开关控制电能的输送（电流的通断）；
用电器将电能转化为其他形式的能量。
如果一个电路缺少了这四个基本组成部分中的一部分，这个电路就不能工作或错误或存在危险（短路）。
2．电路的三种状态
（1）通路：
接通的电路。
特征：
电路中有电流而且用电器正常工作。
（2）开路：
断开的电路。
电路中无电流，用电器不能工作。
（3）短路：
定义：
电源两端或用电器两端直接用导线连接起来（电流不经过用电器）。
电源短路，电路中有很大的电流，可能烧坏电源或烧坏导线的绝缘皮，很容易引起火灾。
并联电路中，一旦一个支路发生短路，整个电路就短路了。
开路和通路是电路的常见状态，比如，电灯的亮和灭。
而短路是错误的危险状态，是绝对应该避免的。
3．串联电路中的局部短路
在串联电路中，由于某种原因或实际需要，使电路中的某个用电器发生短路，而其它用电器仍然工作的电路。
如图所示电路中，当开关S闭合时，L1发生短路，L2仍有电流通过，可以发光。
4．电路的连接方式
电路的串联和并联是初中阶段必须掌握的电学知识，是进行电路分析和计算的基础。
（1）电路连接方式
（2）判断电路串联、并联的常用方法。
基于初中阶段的学习要求，仅介绍以下常用的判断方法，在实践中可选择适合自己的方法熟练掌握。
①定义法：
将用电器接线柱编号，电流流入端为“首”，电流流出端为“尾”。
观察各用电器，若“首→尾→首→尾”连接为串联；
若“首→首”、“尾→尾”相连，为并联。
②结构特征分析法：
在有电路图或实物连接图的情况下，识别电路时，可沿着电流方向分析：
电源正极→各用电器→电源负极。
若途中无节点（分叉点），电流沿着一条路径前进不分流，该电路中用电器是串联关系；
若电路有节点，电流在某一处分开，在另一处又合在一起，这些用电器就是并联关系。
③工作特征分析法：
去掉任意一个用电器，若另一个用电器也不工作，则这两个用电器串联；
若另一个用电器不受影响仍然工作，则这两个用电器为并联。
在看不到电路图或电路实物图情况下（如路灯、家庭电路），可根据用电器的工作特征判断连接情况。
1.2电源变压器
1.2.1电路源变压器概述
过整流电将交流变为脉动的直流电压。
由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。
电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后同样的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。
1.2.2电源变压器功能
电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。
变压器的功能主要有：
电压变换；
阻抗变换；
隔离；
稳压（磁饱和变压器）等。
1.2.3电源变压器的分类
根据传送功率的大小，电源变压器可以分为几档：
10kVA以上为大功率，10kVA～0.5kVA为中功率，0.5kVA～25VA为小功率，25VA以下为微功率。
1.2.4变压器的型式
变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。
当一交流电流（具有某一已知频率）流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。
一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」（Primarycoil）;
而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。
在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈问的「匝数比」所决定的。
因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。
1.3整流电路的基本知识
1.3.1单相桥式整流电路的工作原理
单相桥式整流电路如图1.3.1（a）所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压vI变成整流电路要求的交流电压，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。
单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。
为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。
在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。
其电流通路可用图1.3.1（a）中实线箭头表示。
在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。
电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。
其电流通路如图1.3.1（a）中虚线箭头所示。
综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如1.3.1（c）。
由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。
桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。
因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。
电路的缺点是二极管用得较多，但目前市场上已有整流桥堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的额定电流为2A，最大反向电压为25V～1000V。
故单相桥式整流电路常画成图1.3.1（b）所示的简化形式。
图1.3.1（a）图1.3.1（b）
图1.3.1（c）
1.4直流稳压电路工作的原理
实用的串联型稳压电源至少包含调整管、基准电压电路、取样电路和比较放大电路四个部分组成。
此外，为使电路安全工作，还常在电路中加保护电路，如图所示。
图1.4串联型稳压电路方框图
1.4.1串联型稳压电路的工作原理
基本调整管电路：
如下图1.4.1（a）所示为稳压管稳压电路，负载电流最大变化范围等于稳压管的最大稳定电流和最小稳定电流之差，即（IZM-IZ）。
扩大负载电流的最简单方法是：
利用晶体管的电流放大作用，将稳压管稳定电路的输出电流放大后，再作为负载电流。
电路采用射极输出形式，因而引入了电压负反馈，可以稳定输出电压，如图1.4.1（b）所示，常见画法如图1.4.1（c）所示。
（a）稳压管稳压电路（b）加晶体管扩大负载电流的变化范围（c）常见画法
图1.4.1基本调整管稳压电路
电路采用射极输出形式，因而引入了电压负反馈，可以稳定输出电压，如图（b）所示，常见画法如图（c）所示。
调整管：
晶体管的调节作用使UO稳定，晶体管称为调整管。
要使调整管起到调整作用，必须使它工作在放大状态。
串联稳压电源：
由于调整管与负载相串联，故称这类电路为串联型稳压电源。
线性稳压电源：
由于调整管工作在线性区，故称这类电路为线性稳压电源。
1.4.2具有放大环节的串联稳压电路
电路构成
基本调整管稳压电路的输出电压不可调，且输出电压因UBE的变化而变，稳定性较差。
为了使输出电压可调，加深电压负反馈，可在基本调整管稳压电路的基础上引入放大环节。
电路如下图所示，由调整管、基准电压电路、取样电路和比较放大电路组成。
图1.4.2具有放大环节的串联稳压电路
稳压原理
当电网电压波动（或负载电阻的变化）使输出电压UO上升时，取样电压UN增大，由于稳压管的电压UZ不变，运放的输入电压UNP（=UN-UP=UN-UZ）增大，使A的输出减小（即调整管的基极电位降低），而使调整管T的c-e压降低增大，从而调节输出电压UO（=UI-Uce）减小。
使输出电压得到稳定。
可见，电路是靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压
★输出电压的可调范围
当电位器R2的滑动端在最上端时，输出电压最小为
当电位器R2的滑动端在最下端时，输出电压最大为
若R1=R2=R3=300Ω，UZ=6V，则输出电压9V≤UO≤18V。
★调整管的选择
在串联型稳压电路中，调整管是核心元件，它的安全工作是电路正常工作的保证。
调整管一般为大功率管，因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极限参数ICM、U（BR）CEO和PCM。
◆ICM的选取
调整管中流过的最大集电极电流为
ICmax=ILmax+IR1
其中ILmax为负载电流最大额定值，IR1为取样、比较放大和基准环节所消耗的电流，通常R1上的电流可忽略，所以
ICMILmax
◆击穿电压的选取
当电网电压波动±
10%时，稳压电路输入电压UI到最大值UImax，同时输出电压又最低时，调整管承受的管压降最大，所以要求调整管击穿电压为
U（BR）CEOUImax-UOmin
◆功率PCM的选取
调整管可能承受的最大集电极功耗为。
PCmax=UCEmaxICmax=（UImax-UOmin）ICmax
UImax是考虑到电网电压波动±
10%时，稳压电路输入电压的最大值，UOmin是输出电压的最小额定值。
所以要求
PCM（UImax-UOmin）ILmax第三章元器件介绍
2.1三段可调稳压器
三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，机成片的输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的组成机密可调的稳压电路，应用更为灵活。
典型产品CW117、CW217、CW317系列为正电压输出，负电源系列有CW117、CW217、CW317等。
2.1.1LM317的介绍
LM317
是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。
我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。
LM317
的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。
它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。
此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。
内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
通常
不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM317
输入端的连线超过
6
英寸（约
15
厘米）。
使用输出电容能改变瞬态响应。
调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。
LM317系列由于其输出电压可调，同时其有较高的稳压精度、较高的纹波抑制比和较好的输出电压温度特性，而得到了广泛的应用。
特性简介：
*可调整输出电压1.2V~37V
*最大输出电流1.5A
*典型线性调整率
0.01%。
*典型负载调整率
0.1%。
*80dB
纹波抑制比。
*输出短路保护。
*过流、过热保护。
*调整管安全工作区保护。
*标准三端晶体管封装。
图2.1.1（a）引脚的分布
1，2脚之间为1.25V电压基准。
保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。
改变R2阻值即可调整稳压电压值。
D1，D2用于保护LM317。
电源板尺寸:
10CM*5.5CM
电压范围:
LM317可
1.25V
至
37V
连续高精度微调
变压器要求:
12V~24V
AC
电路应用
对电源要求实现高精度供电的电路，其内阻小，电压稳定，噪音极低，输出纹波小（输出端仅用100uf），能有效的保证NE5532、NE5535等音响电路的高度稳定工作，提高瞬态特性和高频特性。
图2.1.1（b）LM317内部结构示意图
2.1.2LM317的测试方法
在直流稳压电源通电测试之前，必须认真对安装电路进行下列事项的检查。
（1）在电源变压器的绝缘电阻进行检测，以防止变压器漏电，危及人身和设备的安全。
一般采用兆欧表测量一，二次绕线组之间，各绕组与接地屏蔽层之间，以及绕组与铁心之间的绝缘电阻，其值不应小于1000M欧，如果用万用表高电阻挡检测，则其指示电阻均应为无穷大。
（2）电源变压器的一次和二次绕组不能搞错，否则将会造成变压器的损坏和电源故障。
（3）二极管的引脚（或整流硅管的引脚）和滤波电容器的极性不能接反，否则将会损坏元器件。
（4）三端稳压器的输入，输出和公共端一定要识别清楚，不能接错。
特别是公共端不能开路，一旦开路。
输出端U。
很可能接近U1，导致负载损坏。
（5）检查负载端不应该有短路现象。
直流稳压电源的调整测试一般分三步进行，即空载检查测试，外载检查测试和质量指标测量。
下面以图2.1.2所示电路为例说明如下。
图2.1.2固定输出集成电路直流稳压电源电路
2.1.3空载检查测试
将图2.2.1中的A点断开。
接通220V交流电压，用万用表交流电压挡测量变压器两次交流电压值，其值符合设计值。
若偏高或偏低，则可通过改变电源变压器的二次绕组的抽头进行调整。
然后检查变压器的温升，若变压器短期通电后温度明显升高，甚至发烫，则说明变压器质量较差，不能使用。
这是由于一次侧绕组过少（或铁心叠厚不够）致使变压器一次侧空在电流过大而引起的。
若变压器性能正常，则可以进行下一步测试。
将图2.2.1中的A点接通，B点断开，并接通220V交流电压，观察电路有无异常现象（如整流二极管是否发烫等），然后用万用表直流电压挡测整流滤波电路输出的直流电压U1，其值应接近于1。
4U2（U2为电源变压器二次测交流电压的有效值）。
否则应断开220V交流电压，检查电路，消除故障后再进行通电测试。
电压测量正常后，应断开负载RL，，接通B点后再接通220V交流电压，测量集成稳压器的输出电压U。
，其值应为设计值。
若集成稳压电路采用三端固定输出集成稳压器，则U。
应为集成稳压器的额定输出电压；
若采用三端可调输出集成稳压器，则调节取样电路可变电阻时，U。
应跟随变化，且其变化范围应符合设计值。
否则应切断电源进行检查，消除故障后再进行测试。
最后检查稳压器输入，输出端之间的电压差，其（a）直接测量法：
将次级所有绕组全部开路，把万用表置于交流电流挡（500mA，串入初级绕组。
当初级绕组的插头插入220V交流市电时，万用表所指示的便是空载电流值。
此值不应大于变压器满载电流的10％～20％。
一般常见电子设备电源变压器的正常空载电流应在100mA左右。
如果超出太多，则说明变压器有短路性故障。
（b）间接测量法：
在变压器的初级绕组中串联一个10/5W的电阻，次级仍全部空载。
把万用表拨至交流电压挡。
加电后，用两表笔测出电阻R两端的电压降U，然后用欧姆定律算出空载电流I空，即I空=U/R。
空载电压的检测：
将电源变压器的初级接220V市电，用万用表交流电压接依次测出各绕组的空载电压值（U21、U22、U23、U24）应符合要求值，允许误差范围一般为：
高压绕组≤±
10％，低压绕组≤±
5％，带中心抽头的两组对称绕组的电压差应≤±
2％。
A、通过观察变压器的外貌来检查其是否有明显异常现象：
如线圈引线是否断裂，脱焊，绝缘材料是否有烧焦痕迹，铁心紧固螺杆是否有松动，硅钢
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