用圖表法分析三相半波可控整流電路

福州市第一技工學(xué)校 黃麗輝

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用圖表法分析三相半波可控整流電路

福州市第一技工學(xué)校 黃麗輝

晶閘管系強(qiáng)弱電的重要接口，應(yīng)用廣泛，但由于它比二極管多了一個(gè)控制極，增加了理解的難度。該文化繁為簡(jiǎn)，以表格形式，直觀地分析三相半波可控整流電路的工作原理，并依此畫(huà)出整流輸出波形，簡(jiǎn)單、直觀、易懂。

晶閘管 三相 整流 圖表法

晶閘管整流電路是技校電工電子專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)《電子技術(shù)基礎(chǔ)》時(shí)必須掌握的知識(shí)點(diǎn)。教學(xué)大綱的要求是：掌握三相半波可控整流電路的工作原理和分析方法。教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)晶閘管整流電路的相關(guān)知識(shí)普遍掌握得不好。必須尋求一種有效的教學(xué)方法，以突破教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。在講授教材§5-3（晶閘管三相可控整流電路）的過(guò)程中，筆者嘗試用表格和波形圖相結(jié)合的方法，直觀地分析三相半波可控整流電路的工作原理，課堂效果較好。以下是教學(xué)實(shí)例。

1 復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)，做好分析準(zhǔn)備

晶閘管三相可控整流電路涉及的知識(shí)點(diǎn)很多，講授新課前先回顧一下。

圖1 三相半波二極管整流電路

1.3 晶閘管工作特點(diǎn)。我提出3個(gè)問(wèn)題，分別請(qǐng)3名學(xué)生回答。

晶閘管導(dǎo)通的條件：AK＞0且GK＞0。

晶閘管導(dǎo)通后的特點(diǎn)：導(dǎo)通后門極失去控制，管子維持導(dǎo)通。

晶閘管關(guān)斷的條件：AK≤0或A＜H。

2 列表分析原理，據(jù)表畫(huà)出波形

開(kāi)始上新課了。我給圖1的3只二極管各加上一個(gè)控制極（圖2），就變成三相半波可控整流電路。

2.1 簡(jiǎn)要介紹電路特點(diǎn)

V1、V2、V3共陰，只有當(dāng)陽(yáng)極電位A最高且門極加觸發(fā)脈沖G時(shí)，管子才導(dǎo)通。這時(shí)強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：V1、V2、V3的門極觸發(fā)脈沖不是同一個(gè)信號(hào)，而是依次加入，且其相序與三相交流電源的相序相同，兩兩相位差為120°；控制角α從自然換相點(diǎn)算起，其移相的最大范圍是0°～150°。

圖2 三相半波可控整流電路

緊接著，對(duì)照三相交流電的波形分析：在任一瞬間，U、V、W中只有一個(gè)相的電壓最大，如果接在這個(gè)相電壓上的晶閘管剛好有觸發(fā)脈沖G，則該管導(dǎo)通；若沒(méi)有則不導(dǎo)通，這時(shí)相電壓第二大的相所接晶閘管如果剛好有觸發(fā)信號(hào)，則導(dǎo)通。而一旦有一只管被觸發(fā)導(dǎo)通，其他管就不會(huì)導(dǎo)通或?qū)⒈魂P(guān)斷。在一個(gè)周期內(nèi)，三相電源輪流向負(fù)載供電，每相的晶閘管導(dǎo)通角θ=120°。

2.2 列表格分析電路工作原理

先分析α＝0°時(shí)的工作原理。畫(huà)出表1，填好表頭，對(duì)著圖2和三相交流電的波形，分析3只晶閘管在t1～t2時(shí)間內(nèi)的A、G和管子的狀態(tài)。此時(shí)U最大，V1剛好有觸發(fā)脈沖G1，則該管觸發(fā)導(dǎo)通，V2和V3截止。填完后，在表格的下方補(bǔ)上一行，填入此時(shí)的L值。由于V1導(dǎo)通，所以在t1～t2，L＝U。

示范完t1～t2后，讓學(xué)生分兩組分別分析t2～t3、t3～t4的情況，將結(jié)論填入表格的后兩列。從課堂實(shí)踐看，學(xué)生分析得不錯(cuò)。

表1 α＝0°時(shí)各晶閘管的狀態(tài)和輸出電壓

注：×表示該相電壓不是最大值，下同。

2.3 根據(jù)表格畫(huà)出輸出電壓波形

表1的最后一行寫(xiě)出了輸出電壓L在不同時(shí)段的值，據(jù)此，用紅筆將三相交流電的相應(yīng)波形段描粗，這就是輸出電壓L的波形（見(jiàn)圖3）。

圖3 三相半波可控整流電路波形（α＝0°）

3 依葫蘆畫(huà)瓢，逐步深入剖析

以下深入剖析α≠0°時(shí)電路的工作原理。為了便于理解，分別取兩個(gè)有代表性的α值（30°和60°）進(jìn)行分析。

3.1 α＝30°

分析方法與α＝0°一樣，只是表頭ωt一行必須在自然換相點(diǎn)（150°、270°、390°）將每個(gè)時(shí)間段各分為兩個(gè)部分。先示范分析第一個(gè)時(shí)間段t1’～t2’的狀態(tài)，然后把學(xué)生分成4組，每組分析一個(gè)部分，并各派一名代表將結(jié)論填入表2。由于是集體分析，學(xué)生可以取長(zhǎng)補(bǔ)短。

輸出波形的畫(huà)法與α＝0°時(shí)的畫(huà)法一樣（圖4）。由圖可見(jiàn)，此時(shí)波形仍然是連續(xù)的。這里提醒學(xué)生注意：波形處于連續(xù)和不連續(xù)的臨界點(diǎn)，如果α值繼續(xù)加大，波形將不連續(xù)。即在0°≤α≤30°范圍內(nèi)，波形是連續(xù)的。

圖4 三相半波可控整流電路波形（α＝30°）

表2 α＝30°時(shí)各晶閘管的狀態(tài)和輸出電壓

可用積分推導(dǎo)出當(dāng)α≤30°時(shí)的輸出電壓計(jì)算公式：

3.2 α＝60°

α＝60°比α＝30°復(fù)雜。在90°～210°之間，U相經(jīng)歷了三種狀態(tài)：電位最高、電位非最高、電位為負(fù)值。V相和W相也一樣。這樣，在表頭ωt一行，除了要在自然換相點(diǎn)將每個(gè)時(shí)間段分開(kāi)，還要在相電壓由正變負(fù)的點(diǎn)將時(shí)間段再分開(kāi)，所以，每個(gè)時(shí)間段都要分別切割成三個(gè)部分。

引導(dǎo)學(xué)生先畫(huà)表頭，把每個(gè)時(shí)間段的ωt分成三個(gè)部分，依次填入表3。接著，我提問(wèn)9名學(xué)生，引導(dǎo)他們分析t1’’～t2’’的狀態(tài)。這時(shí)強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：這里跟前面有一個(gè)不一樣的地方，t1’’～t2’’時(shí)刻的輸出電壓L并非只有一個(gè)值，因?yàn)棣豻=180°～210°時(shí)，V1、V2、V3全部截止，這時(shí)L=0。

然后，我讓學(xué)生自由組合成6組，分別分析t2’’～t3’’和t3’’～t4’’時(shí)刻共6個(gè)時(shí)段管子的狀態(tài)，并開(kāi)展競(jìng)賽。雖然學(xué)生水平有參差，但總體情況還不錯(cuò)。

表3 α＝60°時(shí)各晶閘管的狀態(tài)和輸出電壓

4 及時(shí)歸納總結(jié)，加強(qiáng)鞏固練習(xí)

結(jié)束這次課之前，我把α值分為兩部分（0°≤α≤30°，30°＜α≤150°），以口述形式分別總結(jié)其工作原理、波形特點(diǎn)、輸出電壓計(jì)算公式。

為了鞏固課堂知識(shí)，我讓1組、3組和2組、4組的學(xué)生分別分析α＝15°、α＝90°的工作原理，要求學(xué)生自己畫(huà)表格、填狀態(tài)、畫(huà)波形、寫(xiě)輸出電壓公式。課堂上，由于有集體合作也有競(jìng)賽，課堂氣氛熱烈。

為了檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)際掌握情況，第二次上課時(shí)，我提問(wèn)了這部分內(nèi)容，多數(shù)學(xué)生能正確回答。單元測(cè)驗(yàn)顯示，學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容的掌握情況良好。可見(jiàn)，用圖表法分析三相半波可控整流電路，可以引導(dǎo)學(xué)生有效掌握教學(xué)重點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)。