用圖表法分析三相半波可控整流電路

福州市第一技工學校 黃麗輝

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用圖表法分析三相半波可控整流電路

福州市第一技工學校 黃麗輝

晶閘管系強弱電的重要接口，應用廣泛，但由于它比二極管多了一個控制極，增加了理解的難度。該文化繁為簡，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，并依此畫出整流輸出波形，簡單、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)學生學習《電子技術基礎》時必須掌握的知識點。教學大綱的要求是：掌握三相半波可控整流電路的工作原理和分析方法。教學實踐中發(fā)現(xiàn)，學生對晶閘管整流電路的相關知識普遍掌握得不好。必須尋求一種有效的教學方法，以突破教學重點和難點。在講授教材§5-3（晶閘管三相可控整流電路）的過程中，筆者嘗試用表格和波形圖相結合的方法，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。以下是教學實例。

1 復習相關知識，做好分析準備

晶閘管三相可控整流電路涉及的知識點很多，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。我提出3個問題，分別請3名學生回答。

晶閘管導通的條件：AK＞0且GK＞0。

晶閘管導通后的特點：導通后門極失去控制，管子維持導通。

晶閘管關斷的條件：AK≤0或A＜H。

2 列表分析原理，據表畫出波形

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

2.1 簡要介紹電路特點

V1、V2、V3共陰，只有當陽極電位A最高且門極加觸發(fā)脈沖G時，管子才導通。這時強調兩點：V1、V2、V3的門極觸發(fā)脈沖不是同一個信號，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，對照三相交流電的波形分析：在任一瞬間，U、V、W中只有一個相的電壓最大，如果接在這個相電壓上的晶閘管剛好有觸發(fā)脈沖G，則該管導通；若沒有則不導通，這時相電壓第二大的相所接晶閘管如果剛好有觸發(fā)信號，則導通。而一旦有一只管被觸發(fā)導通，其他管就不會導通或將被關斷。在一個周期內，三相電源輪流向負載供電，每相的晶閘管導通角θ=120°。

2.2 列表格分析電路工作原理

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

示范完t1～t2后，讓學生分兩組分別分析t2～t3、t3～t4的情況，將結論填入表格的后兩列。從課堂實踐看，學生分析得不錯。

表1 α＝0°時各晶閘管的狀態(tài)和輸出電壓

注：×表示該相電壓不是最大值，下同。

2.3 根據表格畫出輸出電壓波形

表1的最后一行寫出了輸出電壓L在不同時段的值，據此，用紅筆將三相交流電的相應波形段描粗，這就是輸出電壓L的波形（見圖3）。

圖3 三相半波可控整流電路波形（α＝0°）

3 依葫蘆畫瓢，逐步深入剖析

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

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（150°、270°、390°）將每個時間段各分為兩個部分。先示范分析第一個時間段t1’～t2’的狀態(tài)，然后把學生分成4組，每組分析一個部分，并各派一名代表將結論填入表2。由于是集體分析，學生可以取長補短。

輸出波形的畫法與α＝0°時的畫法一樣（圖4）。由圖可見，此時波形仍然是連續(xù)的。這里提醒學生注意：波形處于連續(xù)和不連續(xù)的臨界點，如果α值繼續(xù)加大，波形將不連續(xù)。即在0°≤α≤30°范圍內，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°時各晶閘管的狀態(tài)和輸出電壓

可用積分推導出當α≤30°時的輸出電壓計算公式：

3.2 α＝60°

α＝60°比α＝30°復雜。在90°～210°之間，U相經歷了三種狀態(tài)：電位最高、電位非最高、電位為負值。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將每個時間段分開，還要在相電壓由正變負的點將時間段再分開，所以，每個時間段都要分別切割成三個部分。

引導學生先畫表頭，把每個時間段的ωt分成三個部分，依次填入表3。接著，我提問9名學生，引導他們分析t1’’～t2’’的狀態(tài)。這時強調一點：這里跟前面有一個不一樣的地方，t1’’～t2’’時刻的輸出電壓L并非只有一個值，因為ωt=180°～210°時，V1、V2、V3全部截止，這時L=0。

然后，我讓學生自由組合成6組，分別分析t2’’～t3’’和t3’’～t4’’時刻共6個時段管子的狀態(tài)，并開展競賽。雖然學生水平有參差，但總體情況還不錯。

表3 α＝60°時各晶閘管的狀態(tài)和輸出電壓

4 及時歸納總結，加強鞏固練習

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

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

為了檢驗學生的實際掌握情況，第二次上課時，我提問了這部分內容，多數(shù)學生能正確回答。單元測驗顯示，學生對這部分內容的掌握情況良好?？梢?，用圖表法分析三相半波可控整流電路，可以引導學生有效掌握教學重點，突破教學難點。