《新能源汽车电力电子技术》教案第5课测试单相可控整流电路（一）.docx

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1、课题测试单相可控整流电路(一)课时2课时(90min)教学目标知识目标：(1)掌握整流电路的概念、分类及分析方法。(2)了解单相半波可控整流电路的组成及工作原理。技能目标：(1)能测试单相半波可控整流电路。(2)能用示波器检测整流前后电信号波形的变化情况。素质目标：(1)提升文化素养，坚定文化自信。(2)增强实现中华民族伟大复兴的历史使命感。(3)树立技能成才、技能报国的理想信念。教学重难点教学重点：整流电路的概念、分类及分析方法，单相半波可控整流电路的组成及工作原理教学难点：整流电路的分析方法，单相半波可控整流电路的工作原理教学方法讲授法、问答法、讨论法、实践教学法教学用具电脑、投影仪、多媒

2、体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤考勤【教师】使用APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因任务导入【教师】讲述“任务导入”的相关内容整流电路广泛应用于日常生活中,如手机充电器、电源适配器、稳压直流电源等，都是整流电路的应用实例。整流电路包括单相整流电路、三相整流电路等类型，而单相整流电路是组成三相整流电路的基础。典型的单相可控整流电路包括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、单相桥式半控整流电路等。【学生】聆听、理解、记忆传授新知【教师】讲解新知2.1.1整流电路概述1.整流电路的组成和基本参数1)整流电路的组成整流电路通常由变压器、整流主电路和滤波器等组成

3、，其作用是将交流电变换为直流电。在整流电路中，变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配，以及交流电网与整流电路之间的电气隔离；整流主电路主要由整流二极管或晶闸管组成；滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。2)整流电路的基本参数(1)输出电压(平均值)U。，它反映整流电路输出直流电压的大小。(2)输出电流(平均值)Iof它反映整流电路输出直流电流的大小。(3)整流器件承受的最大反向电压Utm(4)通过整流器件的正向电流(平均值)Id【教师】讲述“点拨”的相关内容采用整流二极管的整流电路故障发生率比较高，主要是整流二极管容易因过流而损坏,出现二极管开路或击穿故障

4、。常用的检修方法是测量整流二极管的正反向电阻。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】提出问题，随机邀请学生回答若测量出整流二极管的正反向电阻阻值相差不大，说明什么？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知为了更准确地描述整流电路的工作过程，人们还引入了以下几个参数。(I)控制角:晶闸管从开始承受正向阳极电压到触发开通之间的电角度，也称触发角或触发延迟角。(2)导通角6:晶闸管在一个周期内导通的电角度，其大小为=-(3)移相：通过改变的大小来改变触发脉冲在每个周期内出现的相位的操作。移相是为了改变晶闸管的导通时间,从而改变输出电压的大小。而a的变化范围称为移相范围。【教师】讲述“点

5、拨”的相关内容通过控制触发脉冲的相位来控制输出电压大小的方式称为相位控制，简称相控。【学生】聆听、思考、理解、记忆2.整流电路的分类1)按照组成器件分类按照组成器件的不同，整流电路可分为不可控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。(1)不可控整流电路完全由整流二极管构成，电路输出电压和输入交流电压(有效值)之比是固定不变的。(2)半控整流电路的整流器件由不可控器件和可控器件混合组成,在此类电路中，电路输出电压的极性不可改变，但电路输出电压的大小可以调节。(3)全控整流电路的整流器件由可控器件组成，电路输出电压的极性及大小都可以通过可控器件进行调节。【教师】提出问题，随机邀请学生回答总结三种电路

6、的特点。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲述点拨”的相关内容在全控整流电路中，功率可由电源向负载传送，也可由负载反馈给电源，即有源逆变。【学生】聆听、思考、理解、记忆2)按照电路结构分类按照电路结构的不同，整流电路可分为半波整流电路和桥式整流电路。(1)半波整流电路又称零式整流电路。在此类电路中,整流器件的阳极(或阴极)全部连接在一起，并接到负载的一端，负载的另一端与电源相连，电路中的电流方向是单向的，负载上得到的只是电源电压波形的一半。(2)桥式整流电路是全波整流电路的一种，可以将其视为由两组半波整流电路并联而成，电路中的两组整流器件一组接成共阴极，一组接成共阳极，分别与负载两

7、端相连，此时的电流是交变的。桥式整流电路不需要变压器二次绕组的中心抽头，但比半波整流电路多用T音的功率器件。【教师】组织学生扫码观看“单相半波整流电路与单相全波整流电路的区别“微课视频(详见教材)，提出问题，随机邀请学生回答结合视频内容，说说单相半波整流电路与单相全波整流电路的区别有哪些。【学生】观看、聆听、思考、回答【教师】总结学生回答3)按照交流电源相数分类按照交流电源相数的不同，整流电路可分为单相整流电路、三相整流电路和多相整流电路。(1)单相整流电路的交流侧由单相电源供电，带负载能力一般较小，适用于小功率整流装置。(2)三相整流电路的交流侧由三相电源供电,带负载能力较大,输出直流电的脉

8、动小，对电网影响较小，且控制的滞后时间短，适用于大功率整流装置。(3)多相整流电路能改善功率因数，提高输出直流电的脉动频率，使变压器一次电流的波形更接近正弦波，从而显著减少高次谐波对电网的影响，适用于大功率整流领域，最常用的有带平衡电抗器的双反星形可控整流电路和三相桥式整流电路两种类型。【教师】组织课堂讨论除上述分类方式外,整流电路还有哪些分类方式？【学生】聆听、思考、讨论、回答【教师】总结学生回答3.整流电路的分析通常采用波形分析法对整流电路进行分析。该方法主要根据电路结构和负载特性,分析电路中各整流器件开通和关断的物理过程，从而在一系列的电压和电流波形中得出整流电路的基本数学关系。【教师】

9、讲述“点拨”的相关内容整流电路的工作波形主要包括：整流电路输出电压和输出电流的波形；整流电路整流器件电压和电流的波形；交流侧电流的波形。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】提出问题，随机邀请学生回答对电路进行分析时,除了工作波形，还要分析电路的哪些数学关系？经常会用到哪些参数？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答整流电路的基本数学关系具体包括以下几方面。(1)整流电路输出电压与输入交流电压之比与控制角之间的关系.(2)整流电路输出电流的分析与计算。(3)通过分析整流器件的工作情况，确定各整流器件承受的最大正、反向电压和通过的最大电流，从而合理地选择整流器件的额定电压和额定电流，最大限

10、度地发挥整流器件的作用。(4)整流电路中常用基本参数的计算方法，这些参数有功率、功率因数、效率、相位移系数、波形畸变系数、纹波系数等，它们是评价整流电路具体技术性能的指标。2.1.2单相半波可控整流电路在分析单相半波可控整流电路时，需要研究电路带不同负载时的工作特性。可控整流电路常带的负载有电阻性负载、阻感性负载和反电动势负载三种。【教师】讲述“点拨”的相关内容要特别注意电路结构和负载类型对整流电路的影响，带不同负载时整流电路输出电压和输出电流的波形差别很大。【学生】聆听、思考、理解、记忆1 .带电阻性负载【教师】提出问题，随机邀请学生回答什么是电阻性负载？有何特点？【学生】聆听、思考、回答【

11、教师】总结学生回答，展示“带电阻性负爹的单相半波可控整流电路”图片(详见教材)，讲解新知带电阻性负载的单相半波可控整流电路是结构最简单的整流电路，主要由晶闸管VT、整流变压器T及负载电阻R组成。其中，整流变压器负责将外部输入的高压交流电变换为电路所需要的低压交流电，起变压和电气隔离的作用；山和S分别表示整流变压器的一次、二次电压的瞬时值，其有效值用5和5表示。【教师】讲述“注意”的相关内容在分析整流电路时，一般将电路中的整流器件看作理想器件，即整流器件的通态电压降为零，且动态响应是瞬时的，并且也不考虑整流变压器漏阻抗对电路的影响。【学生】聆听、思考、理解、记忆2)电路的工作波形【教师】展示“带

12、电阻性负爹的单相半波可控整流电路的工作波形”图片(详见教材)，讲解新知(a)为经过变压器降压后的电源电压U2的波形；(b)为施加在晶闸管门极的触发脉冲Ug的波形；为电路输出电压Uo的波形；(d)为晶闸管电压UVT的波形。(1三0t1区间，门极没有施加触发脉冲，在正向电压下V处于断态。此时电路中无电流通过,Uo=O,UVT=U2O(2)-(6)详见教材。【教师】提出问题，随机邀请学生回答试画出电路输出电流的i。波形。【学生】聆听、思考、绘图【教师】点评学生的图片，讲述“注意”的相关内容一般电阻性负载的最大特点是负载上的电压、电流同相位,且波形相同。因此，由欧姆定律可知，i=UR,其波形与图(C)

13、相同。【学生】聆听、思考、理解、记忆通过对带电阻性负载的单相半波可控整流电路工作波形的分析，可得到以下结论.(1)在02的工作周期内，电路只在正半周期进行整流，因此称为半波整流。(2)负载上得到的整流电压是一个极性不变、幅值变化的脉动直流电压，其脉动频率与电源电压频率一致。(3)晶闸管只有在承受正向电压和有门极触发脉冲这两个条件都满足时才会导通,因此必须根据被触发晶闸管的阳极电位提供相应触发电路的同步信号，以确保能够在准确的时刻送出晶闸管所需要的触发脉冲。(4)带电阻性负载的单相半波可控整流电路的移相范围为0。180。3)电路的输出【教师】提出问题，随机邀请学生回答试根据输出电压波形图，推导输

14、出电压的计算公式。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知以下为带电阻性负载的单相半波可控整流电路基本参数的计算公式。(1)电路输出电压U9=y-f,42U2sintdt(1+cosa)=0.45%1+；Sa(2)电路输出电流/0=三H.45%f0RR2(3)晶闸管承受的最大反向电压(4)通过晶闸管电流的平均值IVr=1。(5)通过晶闸菅电流的有效值ZL生一+国TAV24【教师】讲解例2，演示公式的用法假设有一个单相半波可控整流电路对电阻性负载供电,整流元器件为一个晶闸管。已知电源电压为AC220V,电路输出电压为80V,输出电流为50A,那么请问此时晶闸管的控制角为多少?请选择

15、适合的晶闸管型号。解题过程详见教材【学生】聆听、思考、理解、记忆2 .带阻感性负载【教师】提出问题，随机邀请学生回答什么是带阻感性负载？有何特点?【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，展示“无续流二极管时带阻感性负载的单相半波可控整流电路及其工作波形”图片(详见教材)，讲解新知1)无续流二极管时的工作波形当负载的感抗3L与电阻R相比不可忽略时，这种负载称为阻感性负载。【教师】提出问题，随机邀请学生回答仔细观察图片，说出带阻感性负载和带电阻性负载时，电路的工作波形有何不同？输出电压如何变化？【学生】聆听、观察、思考、回答【教师】总结学生回答2)有续流二极管时的工作波形【教师】展示“有续流

16、二极管时带阻感性负载的单相半波可控整流电路及其工作波形”图片(详见教材)，提出问题，随机邀请学生回答图2-5中的电路与图2-4中的电路有何变化？【学生】聆听、观察、思考、回答【教师】总结学生回答，再次提出问题，随机邀请学生回答图2-5与图2-4相比，工作波形发生了哪些变化？【学生】聆听、观察、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知通过对图2-4和图2-5的分析，可得到以下结论。(1)在2区间，L释放其储存的电能，电流通过VD构成回路，此过程称为“续流。(2)电路输出电压的波形与带电阻性负载的单相半波可控整流电路相同，且只受0(影响，与L的大小无关。(3)当3LR,即L足够大时，VD一直导通到

17、下一周期VT开通时，io不但连续，并且近似于一条水平除(4)沁由VT和VD分担，通过二者的电流基本上是矩形波。3)电路的输出以下为带阻感性负载的单相半波可控整流电路基本参数的计算公式。(1)通过晶闸管电流的平均值和有效值分别为4二启:标I层(2)通过续流二极管电流的平均值和有效值分别为T2D(VD)2a2O(3)晶闸菅和续流二极管承受的最大正、反向电压为UTM=UvDM=血【教师】讲述“注意”的相关内容电路中大电感的存在,使晶闸管的正向电流缓慢增长。若门极触发脉冲宽度不够，可能会出现正向电流还未上升到晶闸管的繁住电流时触发脉冲便已消失的情况，此时的晶闸管仍处于断态。【学生】聆听、思考、理解、记

18、忆【学生】聆听、思考、理解、记忆知识准备【教师】提出问题，随机邀请学生回答单相半波可控整流电路的优点有哪些？缺点有哪些？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答单相半波可控整流电路的优点是结构简单，所使用的整流器件较少，调控方便。但该电路只对交流信号的正半周期进行了整流，变换效率低且输出电压脉动大.此外，变压器二次侧电流中含有直流分量，容易使变压器铁芯产生直流磁化现象。为了避免这种情况，就需要使变压器铁芯工作在不顺口状态。常采用的方法是降低磁感应强度或增大铁芯横截面积，但这就会使搭载电路的设备体积增大。因此，单相半波可控整流电路在实际中只适用于一些容量小、质量小、对波形要求不高的场合。【学

19、生】聆听、思考、理解、记忆任务实训【教师】布置实训任务：测试单相半波可控整流电路。将全班学生以35人为一组进行分组【学生】各组选出组长并进行任务分工，准备任务实施所需的工具和器材，井补全表2-2(详见教材)【教师】指导学生以小组为单位，按照以下活动步骤，完成“测试单相半波可控整流电路”实训任务1)连接试验电路【教师】展示“带电阻性负载的单相半波可控整流电路”图片(详见教材)，指导学生按照图片连接试验电路【学生】对照图片连接试验电路2)检测电路的基本参数(1)在电源输入端接入220V的工频交流电，在操作中要注意个人及设备安全，在连接或拆除电路时应断开电源，不能带电操作.(2)将RP调至最大阻值处

20、，调节电路触发脉冲，慢慢增加移相电压，使保持在30。150。范围内，然后用示波器观察当a分别为30、60、90、120、150时，U2、UVt、u。的波形。(3)请用万用表检测U2、Uvt(即G、K两点间电压)、U。的值，并将测量和计算结果填入表2-3中(详见教材)。(4)清结合表2-3中的数据(详见教材)，绘制出UVT.u。的波形曲线。【学生】分组、分工协作完成实训任务，各组展示任务完成情况，组长配合教师填写考核评价表(详见教材)【教师】巡回指导，根据学生的实际表现进行评价，填写考核评价表(详见教材)课堂小结【教师】简要总结本节课的要点1.整流电路概述(I)整流电路的组成和基本参数(2)整流电路的分类(3)整流电路的分析2.单相半波可控整流电路(1)带电阻性负载(2)带阻感性负载【学生】总结回顾知识点作业布置【教师】布置课后作业1 .完成课后综合测试的相关内容。2 .完成“创想天地”的内容：除了带电阻性负载外,单相半波可控整流电路在使用中还有可能带其他特性的负载，如阻感性负载、反电动势负载等。请结合本工单内容，讨论在带阻感负载的情况下，单相半波磁整流电路的工作情况3 .登录APP频他学习平台杳看相若职簸。【学生】完成课后任务教学反思