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1、力电子教案设计1电力电子技术教案教学内容： 第 3 章 整流电路3.1.1单相半波可控整流电路授 课 人： 李婧工作单位：北京交通大学海滨学院工作部门：机械与电气工程系 专业方向： 电气工程及其自动化授课年级：2012级学生人数：80 人/班，共4 个教学班3 整流电路3.1 单相可控整流电路3.1.1 单相半波可控整流电路【课时】1 课时 /45 分钟【教材分析与学情分析】电力电子技术是用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，其中电力变换分为四大类：交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流。在电力电子技术这门课程中，绪论是对这门课程的入门介绍，第 2 章电力电子器件作为电力
2、电子技术的基础，第 3 章整流电路是电力电子技术主体内容的第一种变换：交流变直流也就是整流电路。整流电路的理论基础是电路理论，整章内容由浅入深、实用性强。第 1 节单相可控整流电路主要分为：单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路以及单相桥式半控整流电路，本次课主要讲述第 1 小节单相半波可控整流电路的内容。授课对象是大学三年级学生，此阶段学生已经基本适应了大学的生活，由于大一、大二已经学习过先修的专业基础课，故对这门课的基本学习方式有一定的了解课堂纪律较好，学生能够集中精力听课，自我控制力较好，具备一定的逻辑思维能力；大部分同学能够积极与教师进行互动，课堂气氛良好，但
3、有时在课堂上也有个别同学开小差，容易走神或做与课堂教学内容不相关的其他事情，此时要及时提醒，有时也需要课下与其进行单独交流，力图保证全班同学的学习效果。【教学目标】1 . 掌握整流电路的基本概念，了解整流电路的分类。2 .掌握单相半波可控整流电路中，电阻负载、阻感负载时，控制角a的移相范围；能够画出输出电压、晶闸管承受的电压以及流过电流的波形，并能结合波形对工作原理进行分析，掌握单相半波可控整流电路基本数量关系的公式推导。【教学重点、难点】1 .教学重点：单相半波可控整流电路电阻负载、阻感时输出电压波形分析，晶闸管承受电压以及流过电流的分析，以及相应的基本数量关系的公式推导。2 .教学难点：单
4、相半波可控整流电路中，电阻负载、阻感负载时，控制角a的移相范围；晶闸管承受电压以及流过电流的波形分析，以及相应的基本数量关系的公式推导。【教学方法】讲授法、谈话法、演示法、讨论法【教具及课前准备】多媒体设备、PPT课件、激光笔、扩音器设备、教案资料、教学大纲、教学日历【教学过程】教学内容时间教师组织和引导学生活动设计意图导入（5分钟）【讲述】整流电路（Rectifier）是电力电子 电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能 变为直流电能供给直流用电设备。整流电路的分类：按组成的器件可分为/、可 控、半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电 路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路和 多相电路。
5、按变压器二次侧电流的方向是单向或 双向，分为单拍电路和双拍电路。本章主要研究的是晶闸管组成的相控整流电 路。【提问】回顾品闸管开通和关断的条件？【思考】整 流电路 的特点 和品闸 管的特 性提问导 入启发 学生回 顾之前 学过的 知识讲授新 课（总 述本节 框架）（2分 钟）本节单相可控整流电路的分类，和本次课主要 研究的内容，单相半波可控整流电路是整流电路 中最基本的拓扑结构，我们分别对电阻负裁、阻 感负裁时的波形进行分析，电力电子电路的基本 分析方法，以及带肩续流二极管的单相半波电路 的分析思路。通过总 体框架 的介 绍，让 学生从 整体上 了解本 节知识 的结构【讲述】-、带电阻负载的工
6、作情况讲授新 课（分 述知识 点）（35分钟）VT图3-1单相半波可控整流电路及波形变压器T起变换电压和隔离的作用，具一次 侧和二次侧电压瞬时值分别用 U1和U2表示，有效 值分别用U1和U2表示，其中U2的大小根据需要 的直流输出电压ud的平均值Ud确定。电阻负载特点是电压与电流成正比，两者波 形相同。在分析整流电路工作时，认为品闸管（开关 器件）为理想器件，即品闸管导通时其管压降等 于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零，除非特意 研究品闸管的开通、关断过程，一般认为晶闸管 的开通与关断过程瞬时完成。改变触发时刻，Ud和id波形随之改变，直流 输出电压Ud为极性不变，但瞬时值变化的脉动直 流，其
7、波形只在U2正半周内出现，故称“半波”整 流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流 输入为单相，故该电路称为单相半波可控整流电【思考并提问】触发角a的概念，阻性负载a的移相范围？通过提 问问题 使学生 思考并 集中注 意力， 增加知 识的领 会。通过让 学生自 己推到 输出电 压的公 式，培 养学生 的动手 能力。让学生自己画路。整流电压ud波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为单脉波整流电路。基本数量关系:从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称为触发延迟角，也称触发角或控制角。【课堂:品闸管在一个电源周期中处于通态的电互动】角度称为导通角。直流输出电压平均值：Ud 工
8、疯 2 sin td( t)l2(3-1)V2u 21 cos-2(1 cos ) 0.45U222随着 增大，Ud减小，该电路中VT的 移相范围为180。通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。二、带阻感负载的工作情况阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作 用，使得流过电感的电流不能发生突变。电路分析晶闸管VT处于断态,id=0,Ud=0,UVT=U2o在t1 时刻，即触发角处，Ud=U2o L的存在使id不能 突变，id从0开始增加。U2由正变负的过零点 处，id已经处于减小的过程中，但尚未降到零， 因此VT仍处于通态。t2时刻，电感能量释放完 毕
9、，id降至零，VT关断并立即承受反压。由于电图3-2带阻感负载的单相半波电路及其波形 电力电子电路的一种基本分析方法图3-3单相半波可控整流电路的分段线性等效电路 a)VT处于关断状态 b)VT处于导通状态 以前述单相半波电路为例：出带阻 感负载 的单相 半波电 路及其 波形， 提高学 生参与 课堂教 学的积 极性和 主动 性，提 高教学 质量。【提问 并回 答】如 果电感 非常大 的话，a 为固定 值，输 出电压 平均值感的存在延迟了 VT的关断时刻，使ud波形出现 负的部分，与带电阻负载时相比其平均值 Ud下 降。把器件理想化，将电路简化为分段线性电 路。器件的每种状态组合对应一种线性电路
10、拓 扑，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变当VT处于断态时，相当于电路在VT处断 开，id=0。当VT处于通时，相当于 VT短路。两 种情况的等效电路如上图所示。VT处于通态时，如下方程成立：Ldd Rid司2 sin t (3-2)dt在VT导通时刻，有t= , id=0,这是式(3-2)的初始条件。求解式(3-2)并将初始条件代入可得：怎么变化？id2U2 Zsin(2U2Zsin( t(3-3)其中,Z ,R2一L)2arctan通过提 问问题 使学生 思考， 提高逻 辑思维 能力当t=E+a时，id=0,代入式(3-3)并整理sin( )e tg sin( )(34)若 为定值，角大
11、，越小。若 为定值， 越大，越大，且平均值Ud越接近零。为解决上 述矛盾，在整流电路的负载两端并联一个二极 管，称为续流二极管，用 VDr表示。 三、有续流二极管的电路 电路分析图2-4单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形U2正半周时，与没有续流二极管时的情况是 一样的。当U2过零变负时,VDR导通，Ud为零， 止匕时为负的U2通过VDr向VT施加反压使其关 断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDr回路 中流通，此过程通常称为续流。若 L足够大，id 连续，且id波形接条水平线。基本数量关系流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值It分 别为：IdT -Id(3-5)2It ,2- I
12、(2d ( t) 2Id(3-6)续流一极管的电流平均值IdDR和有效值IDR 分别为：I dDRI d( 3-7)2，i 221Idr JIdd( t) 1 Id(32 22 2-8)其移相范围为180 ,其承受的最大正反向电 压均为U2的峰值即。续流二极管承受的电压为- Ud,其最大反向电压为 瓜2 ,亦为U2的峰值。单相半波可控整流电路的特点是简单，但输 出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造 成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁芯不饱 和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。电路晶 闸管关 断时承 受的正 压和反 压？通过提 问问题 使学生 思考， 增强学 生对知 识的领 会力。总结开布置 作业和 预习内 容（3 分钟）【归纳总结】这T课，我们主要学习了三个基 本内容。 单相半波可控整流电路是整流电路中 最基本的拓扑结构，我们分别对电阻负裁、阻感 负裁时的波形进行分析以及带有续流二极管的单 相半波电路的分析思路。归纳出单相半波可控整流电路的特点。【预习】单相单相桥式全控电路的知识，与单相 半波可控整流电路进行比较。通过总 结及思 考练 习，巩 固本节 课内 容，并 为卜节 课内容 做好铺 垫。
