電力電子技術(shù)是20世紀(jì)后半葉發(fā)展起來(lái)的對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。它已成為電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)重要的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。面對(duì)大學(xué)課程的增加、專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)學(xué)時(shí)的減少,改革教學(xué)內(nèi)容、方法、手段與實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件,對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有重要意義。
一、電力電子技術(shù)的應(yīng)用
電力電子技術(shù)是一門(mén)新興技術(shù),它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而成的,在電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中已成為一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)性強(qiáng)且與生產(chǎn)緊密聯(lián)系的不可缺少的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。本課程體現(xiàn)了弱電對(duì)強(qiáng)電的控制,又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。能夠理論聯(lián)系實(shí)際,在培養(yǎng)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才中占有重要地位。它包括了晶閘管的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)、晶閘管的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)方法、可控整流電路、晶閘管有源逆變電路、晶閘管無(wú)源逆變電路、PWM控制技術(shù)、交流調(diào)壓、直流斬波以及變頻電路的工作原理。
在電力電子技術(shù)中,可控整流電路是非常重要的章節(jié),整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐罚鋺?yīng)用非常廣泛。工業(yè)中大量應(yīng)用的各種直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速均采用電力電子裝置;電氣化鐵道(電氣機(jī)車(chē)、磁懸浮列車(chē)等)、電動(dòng)汽車(chē)、飛機(jī)、船舶、電梯等交通運(yùn)輸工具中也廣泛采用整流電力電子技術(shù);各種電子裝置如通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源、大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源都可以利用整流電路構(gòu)成的直流電源供電,可以說(shuō)有電源的地方就有電力電子技術(shù)的設(shè)備。
二、電力電子技術(shù)課程中的整流電路
整流電路按組成的器件不同,可分為不可控、半控與全控三種,利用晶閘管半導(dǎo)體器件構(gòu)成的主要有半控和全控整流電路;按電路接線(xiàn)方式可分為橋式和零式整流電路;按交流輸入相數(shù)又可分為單相、多相(主要是三相)整流電路。
根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)接受知識(shí)的規(guī)律,將知識(shí)點(diǎn)完整、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)明的表述出來(lái)、將原理知識(shí)盡可能簡(jiǎn)單化、通俗化、直觀化,筆者在教學(xué)中進(jìn)行了探討和研究,依照整流電路三種形式的電路特性,負(fù)載形式,將主要的參數(shù)計(jì)算及主要特點(diǎn)分別制作成單相整流電路歸納表(見(jiàn)表1)和三相整流電路歸納表(見(jiàn)表2)。
表中,α——整流電路控制角,UFM、UKM——晶閘管承受最大正反向電壓,U2——變壓器付邊電壓有效值,U4——輸出電壓均值,I4——輸出電流均位,IT——晶閘管電流仃效值,Cosθ——電路輸輸出功率因數(shù)。
三、電力電子技術(shù)中整流電路的總結(jié)歸納
通過(guò)歸納表,可以讓學(xué)生通過(guò)對(duì)比的學(xué)習(xí)方法,掌握整流電路以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
(一)各種電路對(duì)脈沖的安排要求
這是最重要的一點(diǎn),因?yàn)橐粋(gè)整流電路能否正常工作,其脈沖安排是否正確尤為重要。對(duì)于單相電路按一周期360°,如電路為半波即由一個(gè)晶閘管構(gòu)成,隔360°發(fā)一個(gè)脈沖;如電路為半控橋時(shí),即由兩個(gè)晶閘管和兩個(gè)二極管構(gòu)成,隔180°(360°÷2=180°)發(fā)一個(gè)脈沖;電路為全控橋時(shí),由四個(gè)晶閘管組成,分兩組工作,與半控橋一樣,隔180°發(fā)一次脈沖(注意此處“一次”是指同時(shí)給兩個(gè)晶閘管發(fā)脈沖);而對(duì)于三相整流電路,其供電相數(shù)為單相的3倍,所以脈沖安排為單相的1/3倍,如三相半波是隔120°(360°÷3=120)發(fā)一個(gè)脈沖;三相全控橋是由6個(gè)晶閘管組成,輪流導(dǎo)通,需保證同一時(shí)間兩個(gè)晶閘管一起導(dǎo)通,所以隔60°(360°÷6=60°)發(fā)一次脈沖,同時(shí)發(fā)給兩個(gè)晶閘管。
表中,α——整流電路控制角,UFM、UKM——晶體管承受最大正反向電壓,U2——變壓器付邊電壓有效值,I2——變壓器付邊電流有效值,Ud——輸出電壓平均值,Id——輸出電流平均值。IT——晶體管電流有效值,θ——晶體管的導(dǎo)通角。
(二)整流電路輸出電壓平均值的計(jì)算
整流電路輸出電壓是指電路輸出的平均電壓,該參數(shù)反映了電路輸出的大小,通常我們是以此選擇整流電路,因此是一個(gè)很重要的參數(shù)。要讓學(xué)生記住輸出整流電壓的計(jì)算公式,從表中可發(fā)現(xiàn),對(duì)于單相整流電路無(wú)論是電阻性負(fù)載還是電感性負(fù)載,其輸出電壓均可表示為Ud=AU2(1+Cosα)/2,其中A為系數(shù),若是單相半波,A=0.45,若是單相橋式,A=0.9(為半波的兩倍),只有單相全控橋電感性負(fù)載是特殊情況,其輸出電壓為Ud=0.9u2Cosα。同樣對(duì)于三相整流電路,在Ud波形連續(xù)(Ud波形連續(xù)是指在一個(gè)周期內(nèi)均有整流電壓輸出,未出現(xiàn)Ud=0)時(shí),輸出電壓Ud=AU2Cosα