針對應(yīng)用型本科的三相橋式全控整流電路教學(xué)改革

王育飛 薛 花 王魯楊 楊興武 趙 玲

（上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院，上海 200090）

針對應(yīng)用型本科的三相橋式全控整流電路教學(xué)改革

王育飛 薛 花 王魯楊 楊興武 趙 玲

（上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院，上海 200090）

三相橋式全控整流電路晶閘管導(dǎo)通順序、電流流向、輸出波形分析是電力電子技術(shù)教學(xué)的重點與難點，傳統(tǒng)教學(xué)模式通常結(jié)合電路工作原理對工作過程逐步展開分析，但三相橋式全控整流電路開關(guān)數(shù)多，工作模態(tài)切換頻繁，常規(guī)教學(xué)方法不便于學(xué)生理解與應(yīng)用。為提高教學(xué)效率，針對應(yīng)用型本科開展三相橋式全控整流電路的教學(xué)改革，通過三相橋式全控整流電路和晶閘管多樣式實物展示，提升學(xué)生感性認知和學(xué)習興趣；摒棄從電路上下橋臂相電壓展開分析的傳統(tǒng)方式，直接從線電壓角度入手講解整流電路的工作過程，清晰明了，簡單易懂；運用MATLAB軟件對電路波形進行仿真分析與動畫演示，加深學(xué)生對電路性能的理解，為工程實踐奠定理論基礎(chǔ)。教學(xué)實踐表明，三相橋式全控整流電路的教學(xué)效果提升顯著。

應(yīng)用型本科；三相橋式全控整流電路；教學(xué)改革

引言

整流電路是電力電子技術(shù)中出現(xiàn)最早的一種電路形式，其主要功能是將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔埽蛑绷饔秒娫O(shè)備供電［1］。按照電路開關(guān)器件的可控性，整流電路可分為不可控、半控以及全控三種；按照電路結(jié)構(gòu)的不同又可分為單相電路和三相電路等。其中，三相橋式全控整流電路最為常見，廣泛應(yīng)用于電力牽引、電動機變頻調(diào)速以及高壓直流輸電系統(tǒng)等領(lǐng)域。

三相橋式全控整流電路晶閘管的導(dǎo)通順序、電流流向以及輸出電壓波形是電力電子技術(shù)教學(xué)的難點所在。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，通常按照教材內(nèi)容進行原理分析，學(xué)生理解起來比較困難。為便于學(xué)生理解，提高教學(xué)效率，在實踐中通過運用實物圖片給予學(xué)生感性認識、從線電壓角度分析電路工作過程、運用MATLAB軟件對整流電路進行仿真分析等措施加強三相橋式全控整流電路的教學(xué)［2］。

一、運用實物給予學(xué)生感性認識

通常，在電力電子技術(shù)教學(xué)過程中，缺乏對電力電子器件實物的介紹。因此，在分析三相橋式全控整流電路原理之前，首先給出晶閘管和整流電路模塊的實物圖片，讓學(xué)生能夠感性認識到三相橋式全控整流電路的硬件結(jié)構(gòu)。

二、從線電壓角度分析電路工作過程

三相橋式全控整流電路教學(xué)是電力電子技術(shù)的一個難點，其中晶閘管通斷順序、電路中電流流向以及波形分析都難以理解。在傳統(tǒng)教學(xué)方法中，通常將三相橋式全控整流電路分解成兩個三相半波整流，即共陰極接法和共陽極接法的三相半波可控整流電路，再串聯(lián)。因此可以先分析兩種三相半波整流電路，然后再綜合分析。

對于接電阻性負載的三相橋式全控整流電路，當導(dǎo)通角a≤30°時，采用傳統(tǒng)分析方法易于學(xué)生理解。但當a＞30°時，學(xué)生理解較為困難。當a=60°時，接電阻性負載共陰極接法三相半波整流電路，其輸出電壓不會出現(xiàn)負的部分；同理，接電阻性負載共陽極接法三相半波整流電路，其輸出電壓不會出現(xiàn)為正的部分。然而實際電路中ud1出現(xiàn)為負的部分，ud2出現(xiàn)為正的部分，如果此處不解釋清楚，很容易讓學(xué)生產(chǎn)生困惑。此外，當a=90°時，在ua的負半周，VT1導(dǎo)通，很難用三相半波整流電路分析方法來解釋清楚。

圖1 三相橋式全控整流電路仿真模型

對于上述問題，可以采用直接從兩個晶閘管承受的線電壓角度來分析。從變壓器二次繞組相電壓與線電壓波形的對應(yīng)關(guān)系可看出，三相橋式全控整流電路中各自然換相點既是相電壓的交點，同時也是線電壓在正半周的交點。因此，在分析ud波形時，既可從相電壓角度分析，也可以從線電壓角度分析。

三、運用MATLAB軟件對整流電路進行仿真分析

為了加深學(xué)生對三相橋式全控整流電路工作原理的理解，運用MATLAB/Simulink軟件，對整流電路進行仿真，并詳細分析實驗波形，仿真模型如圖1所示。變壓器一次側(cè)為三角形連接方式，二次側(cè)為星型連接方式，三相橋式全控整流電路開關(guān)器件為晶閘管，直流側(cè)分別接電阻性負載、阻感性負載和反電動勢阻感負載。

（一）阻性負載

對整流電路直流側(cè)負載仿真參數(shù)進行設(shè)置：R=50Ω，L=0。分別對導(dǎo)通角a=0°、30°、60°、90°時的ud波形、id波形、變壓器二次側(cè)線電壓、晶閘管端電壓以及負載電流波形情況進行仿真分析。

（二）阻感性負載

對整流電路直流側(cè)負載仿真參數(shù)進行設(shè)置：R=5Ω，L= 10H。當a≤60°時，負載電壓ud波形連續(xù)，電路工作情況與接電阻性負載時基本相同，輸出負載電壓ud、晶閘管承受電壓等波形相同。

當a＞60°時，阻感性負載的工作情況與電阻負載時不同。例如當a=90°，電阻負載時，負載端電壓ud波形不會出現(xiàn)負的部分，并且電流波形不連續(xù)；當負載呈阻感性且電感足夠大時，a=900時，負載電壓ud由于電感L的作用出現(xiàn)負值且平均值為零，同時負載電流id波形連續(xù)。

（三）反電動勢阻感負載

對整流電路直流側(cè)負載仿真參數(shù)進行設(shè)置：R=2Ω，L= 10H，反電動勢E=80V。三相橋式全控整流電路接反電動勢阻感負載，并且在負載電感L足夠大時，負載電流id波形連續(xù)。同時，電路工作情況與阻感負載時基本相同，并且晶閘管端電壓、負載電壓ud以及負載電流id波形均相同。由于反電動勢的存在，負載電流id幅值與反電動勢大小有關(guān)

通過仿真分析可知，三相橋式全控整流電路在分別接三種負載情況下可正常工作。通過仿真波形對比，并結(jié)合提出的整流電路分析方法，加深學(xué)生對電路性能的理解。在實際教學(xué)過程中可以根據(jù)仿真波形制作動畫演示，從而為學(xué)生的工程實踐奠定理論基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語

在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，按照教材內(nèi)容進行原理分析的教學(xué)方法效率較低。為了方便學(xué)生學(xué)習，提高教學(xué)效率，通過實物展示讓學(xué)生對三相橋式整流電路具有感性認識。在理論分析上，從線電壓角度出發(fā)，詳細講解整流電路的工作過程，該方法相對從三相半波整流電路角度的分析方法更容易讓學(xué)生接受，同時運用MATLAB軟件對三相橋式全控整流電路進行仿真分析，加深學(xué)生對該分析方法的理解。實踐表明，運用上述方法，教學(xué)效果得到明顯提升。

［1］黃海宏，王海欣，張毅，等.PWM整流電路的原理分析［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2007，29（4）：28-32.

［2］謝華博，張俊民.基于Matlab/Simulink的電力變換電路仿真［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2007，29（4）：72-75.

［3］V.G.Nikolaevich，M.S.Vladimirovich，C.O.Viktorovna，et al.The Electro-Magnetic Thyristor Converter of the Numbers of Phases and of Frequency for a Supply of the Powerful Single-Phase Electro-Consumer［C］.The 4th Korea-Russia International Symposium，2000，2（2）：295-299.

［4］王曉剛，王佳慶.Matlab/Simulink在電力電子交互式教學(xué)中的應(yīng)用［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2004，26（5）：104-108.

［5］譚漢洪，李莉.三相橋式全控整流電路電阻性負載的MATLAB仿真研究［J］.信息技術(shù)與信息化，2015，9（73）：208-209.

The orist conduction sequence，current flow and output waveform analysis of the three-phase full bridge controlled rectifier circuit are the key and difficult points in the teaching of power electronic technology.Combined with the working principle of circuit，traditional teaching mode gradually analyzes its working process.However，there are multiple switches in this circuit and working modes need to be switched frequently，so traditional teaching methods can not make students understand and apply it.Teaching reform of three-phase full bridge controlled rectifier circuit for application-oriented undergraduate is carried out to improve the efficiency of teaching.Through the multiple physical display of three-phase full bridge controlled rectifier circuit and theorists，students' perceptual cognition and learning interest are enhanced.The traditional way which analyzes the phase voltage between the circuit's upper and lower bridge arms is abandoned.Instead，the working process of the rectifier circuit is explained directly from the line voltage，which is clear and easy to understand.Simulation analysis and animation demonstration of the circuit waveform with application of MAT LAB are adopted to deepen students' understanding of the function of the circuit，which lays the theoretical foundation for engineering practice.Teaching practice shows that the teaching effect has been significantly improved.

application-oriented undergraduate；three-phase full-bridge controlled rectifier；teaching reform

G642

A

2096-000X（2016）20-0151-02