资源简介

任务46 认识单相桥式可控整流电路
课 时：2课时
一、教材分析与处理
本课题的教学内容选自由高等教育出版社出版、崔陵主编的浙江省电气技术应用专业课程改革成果教材《电子基本电路装接与调试》项目3——调光灯电路的装接与调试，任务3——认识单相桥式可控整流电路。
教材中将“认识单相全波可控整流”作为“调光灯电路的装接与调试”的知识与技能基础来处理，主要包括“单相全波可控整流结构、单相全波整流工作过程、负载上直流电压和电流的估算、晶闸管的选择”等内容。认识单相全波可控整流是学生该课程中第一次学习可控整流电路，教材中强调学生通过认识单相全波可控整流结构、单相全波整流工作过程、负载上直流电压和电流的估算、晶闸管的选择等基本知识的学习与掌握。因此，根据“做中学、做中教”的教学理念，围绕“认识单相全波可控整流”这一具体的工作任务，将教材中的教学内容划分为——“单相全波可控整流结构、单相全波整流工作过程、负载上直流电压和电流的估算、晶闸管的选择”等具体的任务。
二、学情分析
授课对象是电气技术应用、电气运行与控制等专业二年级学生，通过“电工基本电路安装与测试”等专业核心课程的学习，学生对电工电子基本元器件的认识已有一定的基础，掌握了一定的认识电工电子电路的基本方法与基本技能，有一定的电工电子常用仪器仪表及工具的使用技能。由于本课程为新开设课程，学生对常用装接工具认知缺乏系统性，但学生对学习本课程的知识、技能有很强烈的兴趣与愿望。
三、设计理念
电子基本电路的识图、安装、测试与应用是本课程的核心技能。基于现代教育思想和教学理论，充分利用信息化技术、数字化资源和理实一体教学环境，通过转换教师角色、优化教学内容、创新教学方法、加强师生互动、注重过程评价等手段，通过“单相全波可控整流电路结构、单相全波整流工作过程、负载上直流电压和电流的估算、晶闸管的选择”等具体的任务学习，引导学生主动探索、勤于动手、相互竞争学习，激发学生学习兴趣和参与意识，体验“学中做”、“做中学”的乐趣，引导学生通过学习检测二极管的过程，提高学习兴趣，激发学习动力，培养学生综合职业能力。
四、教学目标
1.知识目标
（1）熟悉单相全波可控整流电路结构。
（2）会分析单相全波可控整流电路工作原理。
2.技能目标
（1）会估算单相全波可控整流负载上直流电压和电流。
（2）会根据电路特点选择晶闸管。
3.情感目标
（1）感受学习电气技术的乐趣，激发学习兴趣。
（2）养成仔细观察、认真记录、规范操作和安全文明生产的职业素养。
五、教学重点与难点
1．教学重点：熟悉单相全波可控整流结构，会分析其工作原理。
2．教学难点：估算单相全波可控整流负载上直流电压和电流。
六、教法与学法
1.学法
建议根据学情设计任务书，学生根据任务书，通过小组合作学习，按步骤认识单相全波可控整流结构、单相全波整流工作过程、负载上直流电压和电流的估算、晶闸管的选择，养成仔细观察、认真记录、规范操作和安全文明生产的职业素养。
2.教法
主要采用任务驱动法，以“认识单相全波可控整流”为任务主线，利用信息技术，变抽象为直观，突出重点，突破难点；应用实践操作法，让学生做中学，达成教学目标。
七、教学准备
1.教师准备：多媒体课件、学习任务书、评价表、网络资源等相关教学资料；万用表及常见晶闸管等教学设备。
2.学生准备：按同组异质对学生进行分组，每组2人。
八、课时安排
共计2课时
九、教学资源
教学课件：可从高等教育出版社中职网站http://sve..cn下载，用于辅助教师教学。
十、教学实施建议
1．建议本课在具有理实一体教学功能的“电子基本电路安装与测试实训室”进行，要求实训室设置理论学习区和实践操作训练区，配备多媒体教学设备、计算机及互联网、参考资料柜、器材柜、工具柜等设施，使实训室具备知识讲授、实践操作、小组讨论、成果展示、资料检索等功能，保障学习性工作任务的实施，为完成课程设计目标提供有力支撑。
2．为了保证教学效果，建议课前培养“小导师”，作为课堂教学的助手。
3．建议为每组学生配备常用装接工具一套，以保证每位学生都能进行实践操作。
4．课堂教学组织建议采用“任务导入—任务实施—任务小结—任务拓展—评价反馈”的流程形式。
十一、教学过程
（一）任务导入
教师结合课件或实物讲解认识单相全波可控整流的应用实例，激发学生学习兴趣，明确本次课的学习任务。
（二）任务实施
教师讲解：单相全波可控整流结构、单相全波整流工作过程、负载上直流电压和电流的估算、晶闸管的选择。
学生小组合作，根据任务书，对照需求正确认识单相全波可控整流，并将相关记录填入任务书中。
教师巡视、指导、答疑，并根据学生操作情况解疑，点评学生学习情况。
任务1 认识单相全波可控整流结构
单相半控桥式整流电路如图3-8所示。其主电路与单相桥式整流电路相比，只是其中两个桥臂中的二极管被晶闸管VT1、VT2所取代。
图3-8 单相半控桥式整流电路图 图3-9单相半控桥式整流波形图
任务2 认识单相半控桥式整流工作过程
单相半控桥式整流电路工作波形如图3-9所示。
①晶闸管的控制极上未加触发电压，不论在正弦交流电压u2正半周还是负半周，晶闸管都不会导通。这时负载电阻RL两端电压uO＝0，负载电流id＝0。
②在u2正半周(上正下负)，晶闸管VT1、二极管VD1处于正向电压作用下，若在ωt＝α时，在控制极加上适当的触发脉冲电压ug，晶闸管将立即导通。电路中电流流向为a/u2（+）→VT1→RL→VD1→b/u2（-）。晶闸管导通后，忽略管压降，电源电压全部加在负载RL上，即uO＝u2。
③在电源电压u2从正半周转入负半周过零的时候，晶闸管自行关断。
④在u2负半周(上负下正)，晶闸管VT2、二极管VD2处于正向电压作用下，在控制极加上适当的触发脉冲电压ug，晶闸管将立即导通。电路中电流流向为b/u2（+）→VT2→RL→VD2→a/u2（-）。晶闸管导通后，忽略管压降，电源电压全部加在负载RL上，即uO＝u2。
⑤在电源电压u2从负半周转入正半周过零的时候，晶闸管自行关断。
在以后各个周期，均重复上述过程。由图3-9可见，无论u2在正或负半周内，流过负载RL的电流方向是相同的。
任务3 估算负载上直流电压和电流
①负载直流平均电压Ud和平均电流Id
变压器次级电压，Ud是负载电压ud波形在一个周期内面积的平均值。由图3- (b)可知，输出电压平均值比单相半波可控整流大一倍。即
根据欧姆定律，负载电阻RL中的直流平均电流为：
在单相半控桥式可控整流电路中，触发脉冲的移相范围为0 ~180 。当α＝0 ，θ＝180 时，晶闸管在半周内全导通，输出电压平均值最高，即Ud＝0.9U2；当α＝180 ，θ＝0 时，晶闸管全关断，输出电压、电流都为零。可见，输出电压的可控范围为(0~0.9U2)。负载上的电压与电流均为缺角的正弦波。
流经晶闸管和二极管的平均电流为
②负载电压有效值U和电流有效值I
电压有效值U是ud的均方根值：
电流有效值为：
③功率因数cosφ
式中 P——变压器次级供给的有功功率，P= I2RL=UI；
S——变压器次级供给的视在功率，S=U2I。
任务4 选择晶闸管
①晶闸管电流有效值IT
在单相半控桥式可控整流电路中，由于晶闸管VT1、二极管VD1和晶闸管VT2、二极管VD2在一个周期中轮流导通，故流过每个晶闸管的平均电流为负载电流I的一半，即
IT=I/2
②晶闸管承受的最大正反向电压UTM
从图3-9的uT波形图可以看出，晶闸管承受的最大反向电压就是变压器次级相电压的峰值电压，即：
UTM=
根据晶闸管电流有效值I和最大正反向电压UTM的计算值，查阅有关半导体器件手册，选用合适的晶闸管型号，使其额定值大于计算值。
（三）任务小结
由学生小结本次课知识要点，并完成任务评价表。
教师通过点评、分析学生学习情况，总结认识单相全波可控整流。
表2 认识单相全波可控整流
任务名称 认识单相全波可控整流
班级 姓名 学号 日期
实训 结果 记录 单相半控桥式可控整流结构 电路工作过程
实训 收获
实训 体会
实训评价 评定人 评　　　　语 等级 签名
自 评
互 评
师 评
综合 评定
（四）任务拓展
本内容视教学情况，可安排为学生课后延伸拓展作业。
学习单相全控桥式整流电路电路参数选择方法相关知识。
十二、作业布置
1.过网络查找有关常用半波整流电路应用实例，并简述晶闸管参数选择方法。
2.完成任务评价表相关内容。
十三、教学反思
1．学生学习情况反馈：
2．教学特色、亮点、不足及改进策略：
教学附件：
课后拓展材料
2.单相全控桥式整流电路
（1）单相全控桥式整流电路结构
电阻性负载单相全控桥式整流电路如图3-10所示。其主电路与单相桥式整流电路相比，只是其中四个桥臂中的二极管被可控硅VT1、VT2、VT3、VT4所取代。
图3-10 电阻性负载单相全控桥式整流电路
（2）单相全控桥式整流电路工作过程
单相全控桥式整流波形如图3-11所示。
①可控硅的控制极上未加触发电压，不论在正弦交流电压u2正半周还是负半周，可控硅都不会导通。这时负载电阻RL两端电压uO＝0，负载电流id＝0。
②在u2的正半周（上正下负），可控硅VT2、VT4承受反向电压而关断，VT1、VT3承受正向电压，若在ωt＝α时，给其控制极加上触发脉冲电压ug，可控硅VT1、VT3立即导通，负载RL上得到一个上正下负的电压，电路中电流流向为a/u2（+）→VT1→RL→VT3→b/u2（-）。可控硅导通后，忽略管压降，电源电压全部加在负载RL上，即uO＝u2。
③在电源电压u2从正半周转入负半周过零的时候，可控硅自行关断。
④在u2负半周(上负下正)，可控硅VT2、VT4处于正向电压作用下，在控制极加上适当的触发脉冲电压ug，可控硅VT2、VT4立即导通，负载RL上得到一个上正下负的电压，电路中电流流向为b/u2（+）→VT2→RL→VT4→a/u2（-）。可控硅导通后，忽略管压降，电源电压全部加在负载RL上，即uO＝u2。
⑤在电源电压u2从负半周转入正半周过零的时候，可控硅自行关断。
在以后各个周期，均重复上述过程。由图3-11可见，无论u2在正或负半周内，流过负载RL的电流方向是相同的。
图3-11 单相全控桥式整流波形图
（3）负载上直流电压和电流的估算
①负载直流平均电压Ud和平均电流Id
变压器次级电压，Ud是负载电压ud波形在一个周期内面积的平均值。由图3- (b)可知，输出电压平均值比单相半波可控整流大一倍。即
根据欧姆定律，负载电阻RL中的直流平均电流为：
在单相全控桥式可控整流电路中，触发脉冲的移相范围为0 ~180 。当α＝0 ，θ＝180 时，可控硅在半周内全导通，输出电压平均值最高，即Ud＝0.9U2；当α＝180 ，θ＝0 时，可控硅全关断，输出电压、电流都为零。可见，输出电压的可控范围为(0~0.9U2)。负载上的电压与电流均为缺角的正弦波。
流经可控硅的平均电流为：
②负载电压有效值U和电流有效值I
电压有效值U是ud的均方根值：
电流有效值为：
③功率因数cosφ
式中 P——变压器次级供给的有功功率，P= I2RL=UI；
S——变压器次级供给的视在功率，S=U2I。
（3）可控硅的选择
①可控硅电流有效值IT
在单相全控桥式可控整流电路中，由于可控硅VT1、VT3和VT2、VT4在一个周期中轮流导通，故流过每个可控硅的平均电流为负载电流I的一半，即
IT=I/2
②可控硅承受的最大正反向电压UTM
从图3-11的uT波形图可以看出，可控硅承受的最大反向电压就是变压器次级相电压的峰值电压，即：
UTM=
根据可控硅电流有效值I和最大正反向电压UTM的计算值，查阅有关半导体器件手册，选用合适的可控硅型号，使其额定值大于计算值。
附件 综合职业能力评估表
综合职业能力评估表
任务 评价标准 配分 扣分
着装及仪表仪容 （1）按规范穿工作服 不穿工作服不得进入实训室 （2）仪表仪容整洁 3分 3
人际交往与团队合作 （1）能与师生进行良好的交流沟通 2分 （2）能与同伴良好的合作 2分 4
工作责任感与自主学习 （1）有强烈的工作责任感 2分 （2）能较好地开展自主学习 2分 4
工作态度与吃苦耐劳 （1）工作态度认真 2分 （2）能吃苦耐劳 2分 4
运用7S管理能力 （1）工器具、器材整理到位 1分 （2）实训工位清洁 1分 （3）节约实训材料 1分 （4）实训安全等 1分 （5）技术资料归档 1分 5
备注 各项目的最高扣分不应超过配分数 成绩
学生自评： 学生签名： 年 月 日
教师评语： 教师签名： 年 月 日
评价反馈汇总表
序号 评价项目 得分 总分
1 任务完成评价（占30%）
2 任务评价表（占50%）
3 综合职业能力评估（占20%）

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