晶閘管整流電路教學(xué)策略

劉福祥

電力電子技術(shù)在電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論等學(xué)科中都占有重要地位，是電類專業(yè)人才必須掌握的知識(shí)。就寧波技工學(xué)校而言，電氣工程、工業(yè)機(jī)器人、軌道機(jī)電等專業(yè)均對此技術(shù)有較高的要求。晶閘管整流電路是中職教材電子技術(shù)基礎(chǔ)中的重點(diǎn)內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容為學(xué)生打開了電力電子技術(shù)的大門，其中可控的概念、波形的分析、參數(shù)的計(jì)算等內(nèi)容均會(huì)對后續(xù)專業(yè)課程進(jìn)展有較為深遠(yuǎn)的影響。但相對而言，本課概念抽象、電路靈活、分析復(fù)雜，加之中職學(xué)生理解能力不足、數(shù)學(xué)功底較弱的影響，大大增加了教學(xué)難度。

一、教材與學(xué)情分析

1.教材分析

晶閘管整流電路是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程第六章第2節(jié)內(nèi)容。本章主要內(nèi)容是在第五章直流穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上，使用晶閘管等可控元件取代整流二極管來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。本章的教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容是晶閘管的工作特性、晶閘管的可控整流電路、晶閘管觸發(fā)電路及晶閘管的選用與保護(hù)。以晶閘管為代表的電力電子元器件使電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域由弱電進(jìn)入到強(qiáng)電領(lǐng)域，而且晶閘管調(diào)壓電路將在下一步的電工實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)上大量的應(yīng)用，因此無論在知識(shí)上還是方法上本節(jié)都有著關(guān)鍵的意義。

2.學(xué)情分析

本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生學(xué)習(xí)了第五章整流電路之后進(jìn)行教學(xué)的，從前面學(xué)習(xí)情況來看，學(xué)生對于二極管整流電路的原理及二極管的選擇等內(nèi)容掌握情況良好，對于本節(jié)單相整流電路內(nèi)容，學(xué)生可以通過復(fù)習(xí)、對照不可控整流電路快速理解和掌握。在講授新課時(shí)，注意理論部分與仿真軟件、課件、電路板等教學(xué)輔助工具密切配合，并且可以通過教學(xué)引導(dǎo)、分組討論，讓學(xué)生主動(dòng)、積極地掌握晶閘管整流相關(guān)知識(shí)，同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新意識(shí)。

二、教學(xué)目標(biāo)確定

1.知識(shí)與能力

使學(xué)生掌握可控整流的基本概念和基本形式。

讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析單相可控整流電路的工作原理，并能畫出相應(yīng)的波形。

使學(xué)生初步學(xué)會(huì)使用PSIM仿真軟件，為下一步學(xué)習(xí)、分析打下基礎(chǔ)。

通過對電壓、電流等參數(shù)的計(jì)算，使學(xué)生掌握晶閘管調(diào)壓方式，并能在一定程度上排除可控整流電路的故障。

2.情感態(tài)度

通過對問題的分析、討論、解決等過程，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和相互溝通、協(xié)作能力。

通過對實(shí)驗(yàn)室的正確使用和整理，培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)素養(yǎng)。

三、教學(xué)法選擇策略

參數(shù)計(jì)算和波形分析是本次課重點(diǎn)內(nèi)容，比較枯燥。為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，本節(jié)課采用“啟發(fā)式”問題教學(xué)法，創(chuàng)設(shè)實(shí)際問題的情境，用環(huán)環(huán)相扣的問題將探究活動(dòng)層層深入，使教師總是站在學(xué)生思維的最近發(fā)展區(qū)上。另外恰當(dāng)?shù)乩谜n件，尤其是仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，既能夠?qū)χR(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效的驗(yàn)證，又可直觀地引導(dǎo)學(xué)生建模的過程，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。這一系列過程都在教師的指導(dǎo)下通過分組討論、演示操作、合作學(xué)習(xí)等方式逐步完成。第一節(jié)課內(nèi)容為講授單相半波可控整流電路的工作原理，可先用動(dòng)畫演示，后仿真，設(shè)置分組討論環(huán)節(jié)，配合仿真軟件，直觀展示知識(shí)點(diǎn)，探討各元件的電壓波形。第二節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容為單相半控橋整流電路，內(nèi)容難度稍大，可先進(jìn)行仿真，后進(jìn)行動(dòng)畫分析，在第一節(jié)課基礎(chǔ)上，以引導(dǎo)講授配合限時(shí)討論，找到波形來源，總結(jié)計(jì)算方法，并且分析故障波形。

四、教學(xué)過程安排策略

1.課前準(zhǔn)備

要求學(xué)生在課前復(fù)習(xí)上節(jié)重點(diǎn)晶閘管的特性和上一章橋式整流電路知識(shí)，建議學(xué)生尋找生活中有哪些設(shè)備設(shè)施需要電壓調(diào)節(jié)，以便于在課上交流。

2.引入新課

本課由第五章中的整流電路引入，輔之以可調(diào)壓電子產(chǎn)品圖片，自然過渡到調(diào)壓電路。

（1）上課之前，投影本課學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)生明確學(xué)習(xí)內(nèi)容，思量學(xué)習(xí)方法。

（2）通過舊課復(fù)習(xí)，做好新課鋪墊。尤其可以通過列表比較的方法，提問與講解配合，使學(xué)生快速回憶所學(xué)知識(shí)，并打下伏筆。

（3）分析整流電路的優(yōu)缺點(diǎn)，請學(xué)生說出課前準(zhǔn)備的可調(diào)節(jié)電壓的設(shè)備設(shè)施，結(jié)合教師提供的一些可直流調(diào)壓的設(shè)備圖片，比較異同，從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、調(diào)壓平順性等角度分析電阻分壓或者變壓器分壓的優(yōu)缺點(diǎn)，引出晶閘管整流的概念，同時(shí)強(qiáng)調(diào)晶閘管特點(diǎn)。

3.新課講授

（1）強(qiáng)化本課題目。通過新課引入已經(jīng)討論晶閘管整流電路的一些特點(diǎn)，在此進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)“可控”的概念，務(wù)求直觀。采用課件展示的方法，投影半波整流與半波可控整流電路，通過課件演示觸發(fā)脈沖與輸出波形的關(guān)系，使學(xué)生直觀認(rèn)知不同的觸發(fā)脈沖角度對輸出電壓值的影響，并通過引導(dǎo)問題“如何改變輸出電壓”促使學(xué)生之間討論，引出控制角、導(dǎo)通角概念。

（2）以輸出電壓波形分析為重點(diǎn)，分五個(gè)階段展開分析。第一階段，教師30。觸發(fā)角為例演示PSIM軟件的使用和原理圖，之后提出引導(dǎo)問題“控制角與輸出電壓的關(guān)系”；第二階段，每組學(xué)生通過對30°、60°、90°觸發(fā)角進(jìn)行仿真，直觀感受、分析控制角與輸出電壓的關(guān)系，并進(jìn)行組內(nèi)討論；第三階段，教師在請每組學(xué)生代表陳述問題之后，進(jìn)行點(diǎn)評，與學(xué)生共同驗(yàn)證輸出電壓公式，并進(jìn)一步對輸出電流、晶閘管承受電壓等參數(shù)進(jìn)行仿真、驗(yàn)證；第四階段，參照上述過程，講解單相半控橋式整流電路，對其參數(shù)進(jìn)行分組仿真、討論、陳述、總結(jié)和公式驗(yàn)證，并比較兩種可控電路的優(yōu)缺點(diǎn)；第五階段，通過“某晶閘管斷路時(shí)輸出電壓波形”“某二極管斷路時(shí)輸出電壓波形”“某晶閘管短路時(shí)輸出電壓波形”“某二極管短路時(shí)輸出電壓波形”“兩只晶閘管觸發(fā)不同步時(shí)的輸出電壓波形”“為什么不需要四只全部為晶閘管”等六個(gè)引導(dǎo)問題，完成對電路故障分析的講解。

（3）有效布置課堂練習(xí)，提升對重點(diǎn)內(nèi)容的理解。課堂練習(xí)將注意力主要集中在單相可控整流的參數(shù)計(jì)算和故障分析上，總體分兩步走。第一步，請學(xué)生利用軟件仿真、分析、強(qiáng)化故障電路的波形，教師負(fù)責(zé)巡回指導(dǎo)；第二步，請學(xué)生分組討論、計(jì)算以下問題，“一單相半控橋式整流電路，輸入電壓U=220V，RL=5 ，當(dāng)觸發(fā)角分別為0°、60°、90°、120°、180。時(shí)，負(fù)載上的平均電壓分別是多少？若要求輸出電壓的范圍為0～150 v，試求輸出的最大電流和晶閘管的導(dǎo)通角范圍？若無論控制角如何調(diào)節(jié)，輸出電壓均不能上升到110 v，可能是什么原因造成的？”

五、作業(yè)布置

本課波形分析、參數(shù)計(jì)算均通過仿真軟件總結(jié)、驗(yàn)證，對于學(xué)生而言印象新鮮且深刻，但是理論分析較為薄弱，尤其對于理論功底較為深厚的學(xué)生更是如此。故此，可設(shè)置分層作業(yè)，鼓勵(lì)學(xué)主動(dòng)分析計(jì)算，并通過仿真軟件嘗試解決未學(xué)知識(shí)。

第一層次：鞏固型作業(yè)——選取習(xí)題冊中三個(gè)重點(diǎn)題目。

第二層次：研究型作業(yè)——三相橋式整流電路輸出電壓的波形的繪制及參數(shù)計(jì)算。

（作者單位：寧波技工學(xué)校）