针对应用型本科的三相桥式全控整流电路教学改革

王育飞 薛 花 王鲁杨 杨兴武 赵 玲

（上海电力学院 电气工程学院，上海 200090）

针对应用型本科的三相桥式全控整流电路教学改革

王育飞 薛 花 王鲁杨 杨兴武 赵 玲

（上海电力学院 电气工程学院，上海 200090）

三相桥式全控整流电路晶闸管导通顺序、电流流向、输出波形分析是电力电子技术教学的重点与难点，传统教学模式通常结合电路工作原理对工作过程逐步展开分析，但三相桥式全控整流电路开关数多，工作模态切换频繁，常规教学方法不便于学生理解与应用。为提高教学效率，针对应用型本科开展三相桥式全控整流电路的教学改革，通过三相桥式全控整流电路和晶闸管多样式实物展示，提升学生感性认知和学习兴趣；摒弃从电路上下桥臂相电压展开分析的传统方式，直接从线电压角度入手讲解整流电路的工作过程，清晰明了，简单易懂；运用MATLAB软件对电路波形进行仿真分析与动画演示，加深学生对电路性能的理解，为工程实践奠定理论基础。教学实践表明，三相桥式全控整流电路的教学效果提升显著。

应用型本科；三相桥式全控整流电路；教学改革

引言

整流电路是电力电子技术中出现最早的一种电路形式，其主要功能是将交流电能转变为直流电能，向直流用电设备供电［1］。按照电路开关器件的可控性，整流电路可分为不可控、半控以及全控三种；按照电路结构的不同又可分为单相电路和三相电路等。其中，三相桥式全控整流电路最为常见，广泛应用于电力牵引、电动机变频调速以及高压直流输电系统等领域。

三相桥式全控整流电路晶闸管的导通顺序、电流流向以及输出电压波形是电力电子技术教学的难点所在。在传统教学过程中，通常按照教材内容进行原理分析，学生理解起来比较困难。为便于学生理解，提高教学效率，在实践中通过运用实物图片给予学生感性认识、从线电压角度分析电路工作过程、运用MATLAB软件对整流电路进行仿真分析等措施加强三相桥式全控整流电路的教学［2］。

一、运用实物给予学生感性认识

通常，在电力电子技术教学过程中，缺乏对电力电子器件实物的介绍。因此，在分析三相桥式全控整流电路原理之前，首先给出晶闸管和整流电路模块的实物图片，让学生能够感性认识到三相桥式全控整流电路的硬件结构。

二、从线电压角度分析电路工作过程

三相桥式全控整流电路教学是电力电子技术的一个难点，其中晶闸管通断顺序、电路中电流流向以及波形分析都难以理解。在传统教学方法中，通常将三相桥式全控整流电路分解成两个三相半波整流，即共阴极接法和共阳极接法的三相半波可控整流电路，再串联。因此可以先分析两种三相半波整流电路，然后再综合分析。

对于接电阻性负载的三相桥式全控整流电路，当导通角a≤30°时，采用传统分析方法易于学生理解。但当a＞30°时，学生理解较为困难。当a=60°时，接电阻性负载共阴极接法三相半波整流电路，其输出电压不会出现负的部分；同理，接电阻性负载共阳极接法三相半波整流电路，其输出电压不会出现为正的部分。然而实际电路中ud1出现为负的部分，ud2出现为正的部分，如果此处不解释清楚，很容易让学生产生困惑。此外，当a=90°时，在ua的负半周，VT1导通，很难用三相半波整流电路分析方法来解释清楚。

图1 三相桥式全控整流电路仿真模型

对于上述问题，可以采用直接从两个晶闸管承受的线电压角度来分析。从变压器二次绕组相电压与线电压波形的对应关系可看出，三相桥式全控整流电路中各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压在正半周的交点。因此，在分析ud波形时，既可从相电压角度分析，也可以从线电压角度分析。

三、运用MATLAB软件对整流电路进行仿真分析

为了加深学生对三相桥式全控整流电路工作原理的理解，运用MATLAB/Simulink软件，对整流电路进行仿真，并详细分析实验波形，仿真模型如图1所示。变压器一次侧为三角形连接方式，二次侧为星型连接方式，三相桥式全控整流电路开关器件为晶闸管，直流侧分别接电阻性负载、阻感性负载和反电动势阻感负载。

（一）阻性负载

对整流电路直流侧负载仿真参数进行设置：R=50Ω，L=0。分别对导通角a=0°、30°、60°、90°时的ud波形、id波形、变压器二次侧线电压、晶闸管端电压以及负载电流波形情况进行仿真分析。

（二）阻感性负载

对整流电路直流侧负载仿真参数进行设置：R=5Ω，L= 10H。当a≤60°时，负载电压ud波形连续，电路工作情况与接电阻性负载时基本相同，输出负载电压ud、晶闸管承受电压等波形相同。

当a＞60°时，阻感性负载的工作情况与电阻负载时不同。例如当a=90°，电阻负载时，负载端电压ud波形不会出现负的部分，并且电流波形不连续；当负载呈阻感性且电感足够大时，a=900时，负载电压ud由于电感L的作用出现负值且平均值为零，同时负载电流id波形连续。

（三）反电动势阻感负载

对整流电路直流侧负载仿真参数进行设置：R=2Ω，L= 10H，反电动势E=80V。三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载，并且在负载电感L足够大时，负载电流id波形连续。同时，电路工作情况与阻感负载时基本相同，并且晶闸管端电压、负载电压ud以及负载电流id波形均相同。由于反电动势的存在，负载电流id幅值与反电动势大小有关

通过仿真分析可知，三相桥式全控整流电路在分别接三种负载情况下可正常工作。通过仿真波形对比，并结合提出的整流电路分析方法，加深学生对电路性能的理解。在实际教学过程中可以根据仿真波形制作动画演示，从而为学生的工程实践奠定理论基础。

四、结束语

在传统教学过程中，按照教材内容进行原理分析的教学方法效率较低。为了方便学生学习，提高教学效率，通过实物展示让学生对三相桥式整流电路具有感性认识。在理论分析上，从线电压角度出发，详细讲解整流电路的工作过程，该方法相对从三相半波整流电路角度的分析方法更容易让学生接受，同时运用MATLAB软件对三相桥式全控整流电路进行仿真分析，加深学生对该分析方法的理解。实践表明，运用上述方法，教学效果得到明显提升。

［1］黄海宏，王海欣，张毅，等.PWM整流电路的原理分析［J］.电气电子教学学报，2007，29（4）：28-32.

［2］谢华博，张俊民.基于Matlab/Simulink的电力变换电路仿真［J］.电气电子教学学报，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］王晓刚，王佳庆.Matlab/Simulink在电力电子交互式教学中的应用［J］.电气电子教学学报，2004，26（5）：104-108.

［5］谭汉洪，李莉.三相桥式全控整流电路电阻性负载的MATLAB仿真研究［J］.信息技术与信息化，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