8-2 晶闸管整流电路

第 1 页 共 11页 §8-2 晶闸管整流电路 课程名称 电子技术基础 课程性质 专业基础课 授课专业 授课地点 授课班级 授课时数 6学时 授课内容分析 晶闸管组成的整流电路可以在交流电压不变的情况下，方便地改变直流输出电压的大小，即可控整流。可控整流是实现交流到可变直流之间的转换。晶闸管组成的可控整流电路具有体积小、质量轻、效率高以及控制灵敏等优点，目前已取代直流发电机组，用作直流拖动调速装置，广泛用于机床、轧钢、造纸、电解、电镀、光电、励磁等领域。 晶闸管整流电路按电源极性可以分为单相整流和三相整流；按整流方式可以分为半波可控整流和半控桥式整流。电感性负载与电阻性负载对晶闸管会产生一定的影响，易发生失控现象，解决的办法是常在负载两端并联一个续流二极管。在讲述整流时，同第四章二极管整流内容比较，突出本章的“可控”的特性。重点介绍单相可控整流电路和三相半波可控整流电路，三相半控桥整流电路是最大的难点，只需了解不同控制角时输出电压的波形特点。 教学目标 知识 目标 1. 掌握单相、三相可控整流电路的电路的结构特点； 2. 掌握单相可控整流电路的工作原理； 3. 了解三相可控整流电路的工作原理，了解不同控制角时输出电压的波形特点； 4. 了解电感负载时，可控整流电路的失控现象及消除方法。 能力 目标 1. 根据不同的单相可控整流电路，会绘制不同控制角下的输出电压和电流波形，会计算输出电压、电流，会选择晶闸管与整流二极管； 2. 可控整流电路电感性负载加续流二极管，会计算电路的有关参数；熟练查阅晶体管手册，能够正确选择晶闸管与整流二极管。 情感 目标 1．通过学生主动参与的教学活动，培养学生的学习兴趣； 2．通过积分奖励等环节的实施，使学生得成功的体验，增强学生学习自信心； 3．培养学生乐于探究的精神； 4．通过分组教学，培养学生小组合作的团队精神。 教学重点 1.单相和三相半波可控整流电路工作原理； 2.单相可控整流电路电感性负载时的失控现象的分析。

第 2 页 共 11页 教学难点 单相半控桥式整流电路、三相半控桥式整流电路工作原理 教学资源 及手段 一体化教室；“学习通”课程学习平台；网络视频资源；课前上传到学习通的教学课件；动终端（手机）；黑板及彩色粉笔。 教学方法 讲授法；讨论法；问题探究法；多媒体演示法；头脑风暴法。 教学环节 教学内容及教学过程 课前 1. 通过学习通平台，发布有关预习内容、晶闸管整流电路的相关视频测试题； 2. 通过学习通app布置任务，让学生明确教学目标，了解学习任务； 3. 完成课前数据的搜集工作，及时调整课堂内容； 4. 准备电子课件、电子教案、并上传学习通。 课中 新课 导入(15min) 准备上课： 学习通点名功能，进行签到；师生相互问好。 复习旧课： 二极管整流电路及其工作原理 复习提问： 晶闸管导通和关断的条件是什么？ 导入新课： 实际工作中，举电动机转速的调节，同步发电机励磁电流的变化等例子，说明都要求直流电源电压具有可控的特点，且希望调压方法经济而简便，但是，前面学习的二极管整流电路在交流电源电压一定时，输出的直流电压是固定的。利用晶闸管可控的单相导电性的特点可组成可控整流电路，不必改变交流电源电压就可以很方便地实现输出电压的调节。导入本节内容。 新课 讲解 (245min) 一、单相可控整流电路(120min) 1. 单相半波可控整流电路 复习旧课：单相半波整流电路 电路分析思路： 介绍晶闸管的控制角、导通角的概念，根据晶闸管的工作特性，分析单相半波可控整流电路的工作原理并画出不同控制角时的输出电压波形。 分析控制角的大小与输出电压大小、控制角与导通角之间的关系，介绍单相半波可控整流电路的移相范围。 课堂练习： 有一单相半波整流电路，交流电源电压U2＝220V，RL =5Ω，控制角＝60°，求输出电压平均值和负载中的平均电流。 电路特点： 优点：电路简单，只用一只晶闸管，调整方便

第 3 页 共 11页 缺点：整流输出脉动大，设备利用率不高，适用对直流输出电压要求不高的小功率可控整流设备中。 引出问题： 由单相半波可控整流电路的缺点导入应用最广的单相半控桥式整流电路。 2. 单相半控桥式整流电路 复习旧课：单相桥式整流电路的电路 电路分析思路： 介绍单相半控桥式整流电路的电路组成特点，即晶闸管V1、V2组成共阴极连接形式，二极管V3、V4组成共阳极连接形式，分析单相半控桥式整流电路的工作原理并画出不同控制角时的输出电压波形，并分析控制角的大小与输出电压大小之间的关系，介绍单相半控桥式整流电路的移相范围。 讲解单相半控桥式整流电路的主要参数计算公式，即输出电压平均值LU,负载电流平均值LI,通过晶闸管的电流平均值TI，晶闸管承受的最大电压RMU,注意和单相半波可控整流电路的参数计算公式的区别。 例题8-2的讲解 课堂练习： 某单相半控桥式整流电路,负载LR＝５Ω，交流电源电压2U＝220V，控制角o60，求输出电压平均值LU和负载中平均电流LI。 电路特点： 优点：整流输出电压较大，脉动较小，设备利用率高 引入问题： 前面讨论的晶闸管可控整流电路的负载均为电阻性负载，如电解、电镀、电焊，这种负载的特点是输出电压与电流的波形相同。但在实际生产中，负载通常都是电感性的，如电机的激磁绕组，电感性负载对单相可控整流电路有什么影响呢？ 3. 电感性负载对晶闸管整流电路的影响 复习提问：变化的电流通过电感会发生什么现象？ 电路分析思路： (1) 正常工作情况 自然续流现象：由于负载中电感线圈的存在，当通过线圈的电流变化时，线圈产生感应电动势并阻碍电流变化，使流过线圈的电流不能突变，因此对于单相半控桥式整流电路，当电源过零时，晶闸管不会关断，晶闸管导通时间延长，通过二极管进行续流，输出uL为零，这种现象

第 4 页 共 11页 成为自然续流。整流和自然续流电流方向如下图所示。 整流电流方向 自然续流电流方向 提出问题：如果晶闸管的控制角增大到o180或者触发脉冲突然丢失时，电路会发生什么现象呢？ (2) 失控现象 对单相半控桥式整流电路，正常情况，由于电感的存在，当电源电压过零时，晶闸管无法关断，通过整流二极管进行续流。但是实际运行时，当突然把控制角增大到180或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通，两个整流二极管轮流导通的失控现象。其正常及失控两种情况下，管子的工作情况及输出波形如下图所示。 播放失控现象动画： 正在导通的一个晶闸管一直导通，另外两个二极管轮流导通现象。 问题导入：

第 5 页 共 11页 在生产实际中，一旦电路失控，导致导通的晶闸管过热损坏，负载电动机无法立即停车，应采取什么措施防止失控现象的发生？ （3）加续流二极管电路及工作情况 加装续流二极管后的电路 负载两端并联一只续流二极管，当电源电压降到零时，电感释放的电流能量通过续流二极管续流，由于流过晶闸管的电流小于其维持电流，晶闸管将自行关断，有效防止失控现象的发生。 加上续流二极管的电路，晶闸管、整流二极管及续流二极管选择时，通过管子的电流平均值计算方法：  通过晶闸管和整流管的电流平均值： 接上续流二极管后，同电阻性负载工作情况。晶闸管V1、V2的导通角为-，通过晶闸管和整流管的电流平均值： LLT(AV)22III  通过续流二极管的电流平均值： 晶闸管控制角范围内，续流二极管处于导通状态，每周续流两次。流过续流二极管V5的电流平均值： LLAVTIπαIπαI=22=′)( 例题8-3的讲解 问题导入： 当负载容量较大，若采用单相可控整流电路，将造成电网三相电压的不平衡，影响其它用电设备的正常运行，由此导入采用三相可控整流电路可解决问题。 二、三相可控整流电路(125min)

第 6 页 共 11页 1.三相半波可控整流电路 (1) 电路组成及工作原理 以共阴极电路为例，阳极电位最高的晶闸管，受到触发才能导通。分析三相半波可控整流电路控制角分别为o0、o30、o60、o90情况下电路的工作波形。

第 7 页 共 11页 归纳总结： 1) 自然换相点是各相晶闸管触发导通的最早时刻，是控制角α的起点； 2) 触发脉冲的相序与交流电源相序相同，触发脉冲间隔为120°； 3) 当α=0°时，输出波形同三相半波整流电路，输出电压最大；当α=150°时，uL=0。三相半波可控整流电路的移相范围是α=0°～150°； 4) 当α≤30°时，uL波形连续，晶闸管关断点在下一只晶闸管被触发导通时，晶闸管的导通角θ=120°； 5) 当α>30°时，uL波形断续，晶闸管关断点在各自相电压过零处，晶闸管的导通角θ<120°； 6) 任一相对应晶闸管导通期间，其他晶闸管承受相应的线电压。 (2) 主要参数计算

第 8 页 共 11页  输出电压平均值LU：  负载电流平均值：符合电路的欧姆定律  通过晶闸管的电流平均值：LT31II  晶闸管承受的最大电压：22RM45.232UUU (3) 电路特点 优点：较单相整流输出电压大小增大，脉动性减小，电源平衡性较好。 缺点：如直接接电网，会造成电网损耗；如由变压器供电，铁芯易发生直流磁化，使变压器效率降低。 问题导入： 能克服铁芯直流磁化和变压器效率低问题，输出电压高、脉动性小应用广泛的三相半控桥式整流电路。 2.三相半控桥式整流电路 (1) 电路组成及工作原理 由共阳极的三相半波整流电路与共阴极的三相半波可控整流电路串联而成。 分析三相半控桥整流电路控制角分别为o0、o30、o60、o90情况下电路的工作波形。对中级工来说，只要求学生了解，不需会分析过程。

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第 10 页 共 11页 归纳总结： 1）改变触发脉冲的时间，就能改变整流电路输出电压uL的大小：当α=0°时，输出波形同三相桥式整流电路，输出电压最大； 2）当α=180°时，uL=0； 3）移相范围为α=0°～180°； 4）三相半控桥式整流电路中，当α≤60°时波形连续，晶闸管导通角θ=120°； 5）当α>60°时波形断续，晶闸管关断点均在各自相电压过零处，晶闸管导通角θ<120°； 6）任一相对应晶闸管导通期间，其他晶闸管都承受相应的线电压。 (2) 主要参数计算

第 11 页 共 11页  输出电压平均值：2cos134.22LUU  负载电流平均值：符合电路的欧姆定律  通过晶闸管的电流平均值：LT31II  晶闸管承受的最大电压：22RM45.232UUU (3) 电路特点 优点：输出电压较高，脉动性较小，输出电压连续可调范围宽。 缺点：需用三只晶闸管，需三套触发电路。 归纳 总结 (8min) 1.单相可控整流电路的工作原理是什么？ 2.单相可控整流电路在不同的控制角下的输出电压、电流波形如何？输出电压、电流的计算公式是什么？ 3.单相可控整流电路纯电阻负载对整流电路有何影响？ 4.三相可控整流电路的工作原理是什么？ 5.三相可控整流电路在不同的控制角下的输出电压、电流波形如何？输出电压、电流的计算公式是什么？ 布置 作业 (2min) 作业：习题册8-2 课后 学业 评价 由学习通平台系统过程性评价和期末考试评价构成。学习通平台过程性评价主要包括：课前测试、课前讨论、资源学习、课堂签到、课堂活动、课堂考核、课后测试、课后拓展等要素。课前、课后测试、课堂签到、课堂活动参与情况等由学习通平台自动记录并打分，课堂考核由学生和老师共同评价，课后拓展主要由教师评价。 采用小组自评、互评和教师评价相结合的多元化评价方式，评价内容贯穿整个学习过程，多方面考核学生的学习效果，全面培养学生综合职业能力。 教学 反思 一、教学效果及创新 二、诊断与改进