《新能源汽车电力电子技术》教案第9课测试有源逆变电路.docx

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1、课题测试有源逆变电路课时2课时(90min)教学目标知识目标：(1)掌握单相有源逆变电路的结构和工作原理。(2)掌握三相有源逆变电路的结构和工作原理。(3)了解逆变失败的原因及逆变角的限制方法。技能目标：能测试有源逆变电路.素质目标：(1)增强实现中华民族伟大复兴的历史使命感。(2)能养成安全、规范、高效完成工作的思考习惯。教学重难点教学重点：单相有源逆变电路的结构和工作原理，三相有源逆变电路的结构和工作原理教学难点：单相有源逆变电路的工作原理，三相有源逆变电路的工作原理教学方法讲授法、问答法、讨论法、实践教学法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤考勤【教师】使用A

2、PP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因任务导入【教师】讲述“任务导入”的相关内容有源逆变是整流的逆变过程，在不同的条件下，两种过程可以用同一套变流装置来实现，只不过能量的传递方向相反。有源逆变电路主要应用于直流电机的可逆调速、绕线型三相异步电机的串级调速、高压直流输电等方面。(详见教材)【学生】聆听、理解、记忆传授新知【教师】讲解新知3.2.1单相有源逆变电路1.单相半桥有源逆变电路【教师】展示“整流状态下的单相半桥有源逆变电路及其工作波形”图片(详见教材)，讲解新知VTi在I1时刻开通，并在电感的影响下一直持续至12时刻。当Em,直流电机工作在电动状态，电流自1点出发，流过v、L、R和M

3、之后回到。点，Uo=U!O,io=iv!同理，VT2的工作过程也是如此，两个晶闸管交替开通。2)逆变状态【教师】展示逆变状态下的单相半桥有源逆变电路及其工作波形”图片(详见教材)，提出问题，随机邀请学生回答试参照整流状态下单相半桥有源逆变电路的工作波形分析过程，分析整流状态下单相半桥有源逆变电路的工作波形。【学生】聆听、观察、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知VTi在t时刻开通，并在电感的影响下一直持续至12时刻。当90时，UsUs,这是实现有源逆变的外部条件。(2)晶闸管必须工作在90的情况下，使U00,这是实现有源逆变的内部条件。(3)为了保证电路中的电流连续，在逆变电路中一定要串接

4、大电感。【教师】讲述“注意”的相关内容在各种整流电路中，对于带有半控整流桥或续流二极管的电路来说，因为其整流电路输出电压不存在负值，也不允许输入端接上反极性的直流电源，所以不能实现有源逆变.因此，想要实现有源逆变，必须采用全控电路。【学生】聆听、思考、理解、记忆2.单相全桥有源逆变电路【教师】展示“直流卷扬系统的电路结构”图片(详见教材)，提出问题，随机邀请学生回答在重物的上提和下放过程中，直流电机的运行状态是否相同？若不同，有哪些区别？【学生】聆听、观察、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知直流卷扬系统是单相全桥有源逆变电路的典型应用，常用于重物的上提和下放。与单相半桥有源逆变电路的工作

5、过程类似，当0,直流电机开始转动，实现重物的上提，此时EmUs,电路工作在整流状态。而当下放重物时，由于重力对重物的作用，使电机跟随重力方向转动，因此EM的极性反向。如果此时单相全桥有源逆变电路的控制角继续保持在a90。范围，这样才能使UoUo由于电流从M的正极流出，从Uo的正极传送回交流电网中，L的方向未发生改变，因此电路工作在有源逆变状态。【教师】讲述“点拨”的相关内容在直流卷扬系统中，当重物下降时，直流电机反转并进入发电状态运行，此时反电动势实际上成了使晶闸菅正向导通的电源。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】展示“直流卷扬系统在a=90。时工作电压与工作电流的波形”图片(详见教材)，

6、讲解新知单相全桥有源逆变电路不管是处于整流状态还是处于逆变状态，其工作波形与单相半桥有源逆变电路的基本相同。下面仅针对a=90。这种特殊情况进行说明。当重物提升至某一高度时，要求重物保持固定状态,此时就可以将控制角调至a=90,Uo波形的正负面积相等，U=O,因此EM=0.由于电路中电感的存在，电路中仍然有微小的直流电流存在，此时直流卷场系统处于动态平衡状态，与电路切断、直流电机停转的状态具有本质的不同。【教师】讲述“注意”的相关内容有源逆变状态描述的是电路的整个工作过程，而并不是特别针对某一时刻。例如，在还未经过电源电压的过零点时，Uo的极性为上负下正，与Em反极性相连，两个电源均向外输出能

7、量，但这段时间较短，且L会对电流进行限制，避免电流过大而损坏电路。【学生】聆听、思考、理解、记忆3.2.2三相有源逆变电路1 .三相半波有源逆变电路2 ）整流状态【教师】展示“三相半波有源逆变电路及其在=30。时的工作波形”图片（详见教材），讲解新知当a=30时，VTi在t时刻开通，uo为正。当30oa0,极性为上正下负，Em的极性也为上正下负，且UsEm,故直流电机吸收交流电网传出的能量,以电动状态运行.同理，VT2、VT,也依次开通，i。由各阶段的ivr共同组成【教师】提出问题，随机邀请学生回答参考VT1的开通过程，分析VT2和VT3的开通过程。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答

8、2）逆变状态假设电路中Em的极性为上负下正。当a=150。时,VTl在t时刻开通，w为正。当90oa180时，尽管Uo有正有负，但U。Us,因此直流电机向外输出能量，以发电状态运行。【教师】组织课堂讨论请结合三相半波有源逆变电路在a=30。时的工作波形分析晶闸管之间的换流过程。【学生】聆听、思考、讨论、回答【教师】总结学生回答，展示“三相半波有源逆变电路的工作波形”图片（详见教材），讲述“知识链接整流状态与逆变状态对触发脉冲的要求”的相关内容工作在整流状态的三相半波有源逆变电路的工作波形，当a=60。，在3tl时刻，u。应该从U相换到V相，此时V相电压最高，可保证顺利换流。由于U相与W相电压均

9、低于V相，因此即使同时给电路中相应的晶闸管提供触发脉冲，它们也不会导通，不存在相位关系的混乱。（详见教材）【学生】聆听、思考、理解、记忆3 .三相桥式有源逆变电路1）逆变角逆变角用表示，令=-a0逆变角的方向是由右向左,规定以a=作为计算的起点,当电路工作在整流状态时，90ol当电路工作在逆变状态时，UoI通过对工作波形分析得到以下结论。（1）当B从90逐渐减小时，UO为负，但U。的值逐渐增大。（2）在逆变电路中,晶闸管之间的换流完全由触发脉冲控制，其换流总是从低电压到高电压。这样，对触发脉冲就提出了格外严格的要求，其脉冲必须严格按照规定的顺序发出，而且要保证触发可靠，否则极容易产生因晶闸管之

10、间换流失败而导致的逆变失败。（3）在整流状态下，晶闸管在阻断时主要承受反向电压，而在逆变状态工作中，晶闸管在阻断时主要承受正向电压。无论在整流状态还是逆变状态，晶闸管在阻断时承受正向或反向电压的峰值均应为线电压的峰值，在选择晶闸管的额定参数时应以此为依据。【教师】提出问题，随机邀请学生回答晶闸管在整流状态和逆变状态时，承受的电压有何区别?【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答3）电路的输出逆变电路参数的计算与整流电路相似,由于电路中存在大电感,因此电路中的电流连续。（1）电路输出电压为C7=-2.34C72cos-1.352icos（2）电路输出电流为1.T（3）晶闸管电流的有效值a3.

11、2.3逆变失败与逆变角的限制1 .逆变失败的原因【教师】展示“两个直流电源间的功率传输”图片（详见教材），讲解新知当电路工作在逆变状态时，如果出现晶闸管换流失败，则Ul与U2将顺向串联并相互加强。由于逆变电路总电阻很小，因此必将产生很大的短路电流，以至可能将晶闸管和变压器烧毁，上述情况称为逆变失败（或逆变颠覆）。造成逆变失败的原因，可归纳为以下四个方面。2 ）触发电路工作不可靠2）晶闸管出现故障3）交流电源出现异常4）电路换流时间不足（详见教材）【教师】播放“如何防止逆变失败”微课视频（详见教材），提出问题，随机邀请学生回答根据视频内容，总结防止逆变失败的方法。【学生】聆听、观看、思考、回答【

12、教师】总结学生回答3 .逆变角的限制1）重叠角在三相整流电路中，晶闸管的换流并不是瞬时完成的，而是持续一段时间，这段换流持续的时间就称为重叠角，用Y表示。重叠角的存在是由于变压器漏感抗对电路的影响，从而造麒流过程中电路的电流不能发生突变。2）最小逆变角逆变角太小就会造成换流失败，从而导致逆变失败。【教师】展示“三相半波有源逆变电路及其工作波形”图片（详见教材），以三相半波有源逆变电路为例进彳锄解说明当Uo第一次从W相换到U相时，重叠角为,逆变角为,V相对应的晶闸管VTl导通，此时,上一个导通的晶闸管VT3因承受反向电压而关断.而当Uo第二次从W相换到U相（即自然换流P）时，Uu,使VTl因承受

13、反向电压而重新关断，而应该关断的VT3却继续开通。之后UW会随着时间不断增大，使电路从逆变状态过渡到整流状态，Em与Uo顺向串联，造成逆变失败。因此，在设计逆变电路时，必须考虑到电路的最小逆变角mi11,一般Bmin受到以下因素的影响。(1)电路中重叠角Y的取值为150250(2)晶闸管的关断时间对应的电角度的取值为4。5。.(3)电路中的安全裕量角,的取值为10左右。综上所述，最小逆变角Bmin为nun=Y+,3035【教师】展示“汪植生”图片，讲述“时代楷模：我国电力电子专业奠基人一汪楠生”的相关内容汪楣生是中国工程院院士，电力电子及控制设备专家，长期从事电机工程的教学和科研工作。1928

14、年8月27日，汪楣生出生于浙江省杭州市。1950年，汪楠生毕业于浙江大学电机系。毕业后，汪植生在前往东北工作单位报到的途中接到系主任王国松先生的电话，通知他返校任教，从此他便与浙江大学和电力电子技术结缘.(详见教材)【学生】聆听、思考、体会【学生】聆听、思考、理解、记忆知识准备【教师】提出问题，随机邀请学生回答有源逆变与无源逆变有哪些区别？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知对于可控整流电路来说，满足一定条件就可使电路工作于有源逆变状态，其电路的结构形式未变，只是电路的工作条件发生了改变。而整流与有源逆变的根本区别是两者的能量传送方向不同。【教师】展示“两个直流电源间的功率传

15、输”图片(详见教材)，以图片所示电路为例，通过分析两个直流电源间的功率传输情况，来说明有源逆变电路的工作原理1 )电源逆串：两个直流电源同极性相连，这种连接方式称为电源逆串。2 )电源JlI页串：两个直流电源反极性相连，这种连接方式称为电源三串。.(详见教材)通过上述分析可得到以下结论。(1)电流从电源的正极流出，该电源就输出功率；电流从电源的负极流出,该电源就吸收功率。而电源输出或吸收功率的大小由电源电压与电流的乘积来决定，若电源电压或电流方向改变，则电能的传输方向也随之改变。(2)当两电源同极性相连时，电流总是从高电压电源流向低电压电源，回路电流的大小取决于两个电源电压之差与回路总电阻的比

16、值。如果回路总电阻很小，即使两个电源电压之差不大，也可以产生足够大的回路电流，使两个电源间发生较大的能量交换。(3)当两个电源反极性相连时，相当于将两个电源电压相加后通过电阻短路。如果电阻很小，则回路电流会非常大，在实际应用中应避免出现这种情况。【学生】聆听、思考、理解、记忆任务实训【教师】布置实训任务：测试有源逆变电路。将全班学生以35人为一组进行分组【学生】各组选出组长并进行任务分工，准备任务实施所需的工具和器材，井补全表3-7(详见教材)【教师】指导学生以小组为单位，按照以下活动步骤，完成“测试有源逆变电路”实训任务1)测试单相全桥有源逆变电路(1)连接电路。【教师】展示“单相全桥有源逆

17、变电路”图片(详见教材)，指导学生选取相应的器材，按照图片连接电路【学生】选取相应的器材,对照图片连接电路(2)检测电路技术参数。将电位器调至最大阻值处，随后启动电源。保持偏移电压不变逐渐增加移相电压在逆变角分别为30、60、90时检测并记录Ii、UVTL4、Uo的数值，并将其填入表3-8中(详见教材)o2)测试三相桥式有源逆变电路(1)连接测试电路。【教师】展示“三相桥式有源逆变电路”图片(详见教材)，指导学生选取相应的器材，按照图片分别连接电路【学生】选取相应的器材,对照图片连接电路(2)检测电路技术参数。将电阻器放在最大阻值处，随后启动电源。保持偏移电压不变逐渐增加移相电压在逆变角分别为

18、30、60、90时检测并记录L、U6、Uuv的数值，并将其填入表3-9中(详见教材)当为60时,将触发电路旋钮拨至断开位置,模拟晶闸管失去脉冲时的故障,观察并记录此时的Uuv和UVTL6的变化情况。【学生】分组、分工协作完成实训任务，各组展示任务完成情况，组长配合教师填写考核评价表(详见教材)【教师】巡回指导，根据学生的实际表现迸行评价，填写考核评价表(详见教材)课堂小结【教师】简要总结本节课的要点一、单相有源逆变电路(I)单相半桥有源逆变电路(2)单相全桥有源逆变电路二、三相有源逆变电路(I)三相半波有源逆变电路(2)三相桥式有源逆变电路三、逆变失败与逆变角的限制(1)逆变失败的原因(2)逆变角的限制【学生】总结回顾知识点作业布置【教师】布置课后作业1 .完成课后综合测试的相关内容。2 .完成“思维延伸”的内容：采用了有源逆变技术的充电产品相较于传统充电产品具有明显的技术优势,其智能充电过程可以延长动力蓄电池的使用寿命、缩短充电时间，使新能源:气车充电更加高效、便捷。那么请问你知道有源逆变技术还应用于哪些领域吗？3 .登录APP或其他学习平台杳看相关知识链接。【学生】完成课后任务教学反思