《新能源汽車電力電子技術(shù)》 課件 3-1 ACDC變換電路認(rèn)知-課件

AC/DC變換電路認(rèn)知《新能源汽車電力電子技術(shù)》課堂導(dǎo)入01學(xué)習(xí)目標(biāo)02知識(shí)儲(chǔ)備03實(shí)驗(yàn)任務(wù)04課堂測評05課后作業(yè)0601課堂導(dǎo)入leading-inofaclassroom學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)儲(chǔ)備實(shí)驗(yàn)任務(wù)課堂測評課堂導(dǎo)入課后作業(yè)

整流電路是電子電路中出現(xiàn)最早的一種，整流電路的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。整流電路的應(yīng)用十分廣泛，例如直流電動(dòng)機(jī)，LED燈、通信系統(tǒng)電源等。整流電路可從各種角度進(jìn)行分類，按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸人相數(shù)分為單相電路和多相電路；按變壓器二次電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍。AC/DC變換電路認(rèn)知課堂導(dǎo)入02學(xué)習(xí)目標(biāo)learningobjectives學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)儲(chǔ)備技能訓(xùn)練課堂測評課堂導(dǎo)入課后作業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)01熟悉單相半波整流電路及其工作原理02熟悉單相半波可控整流電路及其工作原理03熟悉單相橋式可控整流電路及其工作原理04熟悉三相橋式整流電路及其工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)05熟悉脈寬調(diào)制原理06熟悉PWM整流電路及其工作原理AC/DC變換電路認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)07了解新能源汽車車載充電器08了解新能源汽車充電樁09能搭建和調(diào)試單相半波整流電路10能搭建和調(diào)試單結(jié)晶體管觸發(fā)電路學(xué)習(xí)目標(biāo)11能搭建和調(diào)試單相半波可控整流電路12能搭建和調(diào)試單相橋式可控整流電路AC/DC變換電路認(rèn)知03知識(shí)儲(chǔ)備accumulationofknowledge學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)儲(chǔ)備實(shí)驗(yàn)任務(wù)課堂測評課堂導(dǎo)入課后作業(yè)單相半波整流電路及其工作原理圖中T為電源變壓器，VD為整流二極管，RL代表需要用直流電源的負(fù)載。AC/DC變換電路認(rèn)知單相半波整流電路單相半波整流電路及其工作原理在變壓器的二次電壓的u2正半周，二極管導(dǎo)通，電流經(jīng)過二極管流向負(fù)載RL，在RL上得到一個(gè)極性為上正下負(fù)的電壓。在u2的負(fù)半周，二極管被反向偏置，電流基本上為0。所以，在負(fù)載電阻RL的兩端得到的電壓u0的極性是單方向的。AC/DC變換電路認(rèn)知u0電壓波形圖三相橋式整流電路及其工作原理三相交流電源經(jīng)二次側(cè)星形聯(lián)結(jié)的三相變壓器變壓后，接于三相橋式電路a、b、c端。圖中六個(gè)二極管分成兩組。第一組VD1、VD3、VD5為共負(fù)（陰）極連接，第二組VD2、VD4、VD6為共正（陽）極連接。每一組中三個(gè)二極管輪流導(dǎo)通。共負(fù)極組中，正極電位最高的那個(gè)二極管導(dǎo)通；共正極組中，負(fù)極電位最低的那個(gè)二極管導(dǎo)通。同一時(shí)刻，各組中只有一個(gè)二極管導(dǎo)通，其他的不導(dǎo)通。AC/DC變換電路認(rèn)知u0電壓波形圖晶閘管的基本特性以及工作原理晶閘管是用硅材料制成的半導(dǎo)體器件。普通晶閘管的外形有兩種形式：一種是螺栓式，一種是平板式。AC/DC變換電路認(rèn)知螺栓式晶閘管平板式晶閘管晶閘管的基本特性以及工作原理晶閘管內(nèi)部由P1、N1、P2、N2四層半導(dǎo)體和J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)組成。在最上一層N2引出陰極K，最下一層P1引出陽極A，中間P2引出控制極G。AC/DC變換電路認(rèn)知晶閘管的符號(hào)晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的基本特性以及工作原理為了說明晶閘管的工作原理，可以把它等效的看成一個(gè)由NPN型三極管和一個(gè)由PNP型三極管組合而成，如圖所示。陽極A，由VT2的發(fā)射極引出。陰極K由VT1為的發(fā)射及引出。VT1的基極和VT2的極電極連接在一起，并引出控制極G。AC/DC變換電路認(rèn)知晶閘管等效為兩個(gè)三極管單相半波可控整流電路及其工作原理如圖示為一個(gè)帶電阻負(fù)載的單項(xiàng)半波可控整流電路。電路中使用晶閘管VT代替單相半波整流電路中的二極管。AC/DC變換電路認(rèn)知單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路及其工作原理AC/DC變換電路認(rèn)知單相半波可控整流電路在u2的正半周，VT承受正向電壓，但若此時(shí)控制極不加觸發(fā)脈沖，VT仍不能導(dǎo)通。假設(shè)當(dāng)wt=α?xí)r，在VT的控制極加上觸發(fā)脈沖uG，則VT突然導(dǎo)通，電流從u2的1端出發(fā)，經(jīng)過VT、RL流向2端。由于晶閘管導(dǎo)通時(shí)降壓很小，此時(shí)可以認(rèn)為u0約等于u2,當(dāng)wt=180°時(shí)，u2將為0，VT又變?yōu)樽钄?。在u2的負(fù)半周，VT無論是否加上觸發(fā)脈沖，晶閘管截止。此時(shí)，負(fù)載上的輸出電壓等于0，而晶閘管兩端承受一個(gè)反向電壓，其值就是變壓器二次電壓。即uL=0，uT=u2。單相半波可控整流電路及其工作原理AC/DC變換電路認(rèn)知單相半波可控整流電路中的各處波形如圖所示。由于晶閘管的單向?qū)щ娮饔?，使變壓器的二次交流電壓變換成負(fù)載兩端的單向脈動(dòng)電壓，達(dá)到了整流目的。因?yàn)檫@種電路只有在交流電壓的半個(gè)周期內(nèi)才有電流流過負(fù)載，且可以根據(jù)給定輸入電壓調(diào)節(jié)輸出電壓，所以稱為單相半波可控整流電路。單相半波可控整流電路波形單相橋式可控整流電路及其工作原理AC/DC變換電路認(rèn)知針對半波整流電路的缺點(diǎn)，提出了單向橋式可控整流電路。在圖中的電路采用2個(gè)二極管和2個(gè)晶閘管接成電橋形式，故稱為單相橋式可控整流電路。單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路及其工作原理AC/DC變換電路認(rèn)知在u2的正半周，VT1和，VD2承受正向電壓，但若控制極不加觸發(fā)脈沖，VT1仍不能導(dǎo)通。假設(shè)當(dāng)wt=α?xí)r，VT1的控制極加上觸發(fā)脈沖uG則VT1突然導(dǎo)通,電流從u2的+端出發(fā),經(jīng)VT1、RL和VD2,流向一段。由于晶閘管導(dǎo)通時(shí)管壓降很小,u2基本上都降落在RL上,因此可以認(rèn)為u0≈u2。此時(shí)VT2和VD1承受反向電壓，所以均不導(dǎo)通。當(dāng)wt=180°時(shí)，u2降為零,VT1又變?yōu)樽钄?。單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路及其工作原理AC/DC變換電路認(rèn)知在u2的負(fù)半周，VT2和VD1承受正向電壓,當(dāng)VT2的控制極加上觸發(fā)脈沖時(shí),VT2導(dǎo)通，電流從u2的一端出發(fā)，經(jīng)VT2、RL和VD1流向+端，直到wt=60°時(shí)，VT2恢復(fù)阻斷狀態(tài)。電路中各處波形如圖所示。圖中w稱為控制角，θ為導(dǎo)電角，α和之間滿足關(guān)系α+θ=180°。顯然，當(dāng)α愈小，即θ愈大時(shí),輸出電壓的平均值愈大。單相橋式可控整流電路波形圖（a）（b）三相橋式全控整流電路及其工作原理AC/DC變換電路認(rèn)知使三相全控橋的六個(gè)晶閘管觸發(fā)的順序是1-2-3-4-5-6，晶閘管是這樣編號(hào)的：晶閘管KP1和KP4接a相，晶閘管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。晶閘管KP1、KP3、KP5組成共陰極組，而晶閘管KP2、KP4、KP6組成共陽極組，如圖所示。三相橋式可控整流電路三相橋式可控整流電路波形脈寬調(diào)制（PWM）原理AC/DC變換電路認(rèn)知PWM控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可以改變逆變電路輸出電壓的大小，又可以改變輸出電壓的頻率。PWM調(diào)制原理波形圖PWM整流電路及其工作原理AC/DC變換電路認(rèn)知對于全橋電路來說，直流側(cè)電容只需要一個(gè)即可。交流側(cè)電感L、包括外接電抗器的電感和交流電源內(nèi)部電感，是電路正常工作所必需的。電阻R包括外接電抗器中的電阻和交流電源的內(nèi)阻。單相全橋PWM整流電路整流電路在新能源汽車中的應(yīng)用AC/DC變換電路認(rèn)知交流充電樁其原理是將市電通過變壓向汽車輸出交流電能。通俗一點(diǎn)的理解類似于手機(jī)電腦等其他家電的配套的交流充電器，通過內(nèi)部變壓向用電設(shè)備傳輸指定參數(shù)的交流電能源。然后在汽車內(nèi)部，將變壓過后交流電通過整流、濾波、穩(wěn)壓之后變成直流電，并且存儲(chǔ)在新能源汽車的蓄電池中。新能源汽車充電樁示意圖整流電路在新能源汽車中的應(yīng)用AC/DC變換電路認(rèn)知直流充電樁，即向汽車輸出直流電能。設(shè)備外端引入市電，交流電在充電樁內(nèi)部做整流濾波處理，將交流電處理成需要的直流電，再通過樁體向汽車電池傳輸指定大小和功率的直流電，右圖為充電樁的整體電氣控制原理圖：充電樁的整體電氣控制原理圖04實(shí)驗(yàn)任務(wù)ProficiencyExercises學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)儲(chǔ)備實(shí)驗(yàn)任務(wù)課堂測評課堂導(dǎo)入課后作業(yè)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1.工具：電阻、變壓器、二極管、示波器、導(dǎo)線、三相電源等；2.設(shè)備：電器實(shí)驗(yàn)設(shè)施、實(shí)訓(xùn)工作臺(tái)；3.資料及耗材：《電子實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)》教材、抹布等。AC/DC變換電路認(rèn)知電阻示波器實(shí)驗(yàn)步驟（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

了解單相半波整流電路及其工作原理。了解單相半波整流電路及其工作原理。了解整流二極管在在單相半波整流電路中的作用；并學(xué)會(huì)對試驗(yàn)中的問題加以分析和解決。（2）實(shí)驗(yàn)原理：

實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，二極管具有單向?qū)щ娦?，因此可以利用二極管的這一特性組成半波整流電路，將交流電變換成單向脈動(dòng)電壓。AC/DC變換電路認(rèn)知實(shí)驗(yàn)一單相半波整流電路電路圖01單相半波整流電路的搭建與測試實(shí)驗(yàn)步驟（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：

按照圖示搭建電路，并檢查電子元件外觀是否正常。閉合實(shí)驗(yàn)臺(tái)開關(guān),把實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板上交流電源調(diào)到220v作為電路電源，調(diào)完后關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源開關(guān)。把電路電源端子插入實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電源插孔，再次閉合實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源開關(guān)。用示波器觀察變壓器次級(jí)電壓u2及負(fù)載電壓機(jī)波形uL，并記錄下來。使用萬用表交流200V擋，測量變壓器次級(jí)電壓u2，用萬用表直流20V檔，測量負(fù)載電壓uL。（4）實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：由于部分與電網(wǎng)相連，因此部分電路將帶有較高的電壓。在實(shí)驗(yàn)過程中需要注意安全。在實(shí)驗(yàn)完成后需將實(shí)驗(yàn)設(shè)備回歸原位，并清潔實(shí)驗(yàn)臺(tái)。AC/DC變換電路認(rèn)知01單相半波整流電路的搭建與測試實(shí)驗(yàn)步驟AC/DC變換電路認(rèn)知單相橋式整流電路圖（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

了解單相橋式可控整流電路及其工作原理。了解整流晶閘管在在單相橋式可控整流電路中的作用；并學(xué)會(huì)對試驗(yàn)中的問題加以分析和解決。（2）實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，晶閘管具有可控制開關(guān)的特性，因此利用2個(gè)二極管和2個(gè)晶閘管組成橋式可控整流電路，將交流電變換成單向脈動(dòng)電壓。02單相橋式可控整流電路的搭建與測試實(shí)驗(yàn)步驟AC/DC變換電路認(rèn)知（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：

按照圖示搭建電路，并檢查連接是否正常。閉合實(shí)驗(yàn)臺(tái)開關(guān),把實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板上交流電源調(diào)到220v作為電路電源，調(diào)完后關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源開關(guān)。把電路電源端子插入實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電源插孔，再次閉合實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源開關(guān)。用示波器觀察變壓器次級(jí)電壓及負(fù)載電壓機(jī)波形，并記錄下來。多次調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間，并觀察波形，并記錄。使用萬用表交流200V擋，測量變壓器次級(jí)電壓，用萬用表直流20V檔，測量負(fù)載電壓。（4）實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：由于部分與電網(wǎng)相連，因此部分電路將帶有較高的電壓。在實(shí)驗(yàn)過程中需要注意安全。在實(shí)驗(yàn)完成后需將實(shí)驗(yàn)設(shè)備回歸原位，并清潔實(shí)驗(yàn)臺(tái)。02單相橋式可控整流電路的搭建與測試實(shí)驗(yàn)步驟AC/DC變換電路認(rèn)知實(shí)驗(yàn)三三相橋式整流電路圖03三相橋式整流電路的搭建與測試（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

了解三相橋式整流電路及其工作原理。了解整流二極管在三相橋式整流電路中的作用；并學(xué)會(huì)對試驗(yàn)中的問題加以分析和解決。（2）實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，二極管具有單向?qū)ǖ奶匦?，因此利?個(gè)二極管組成的橋式整流電路，將三相交流電變換成單向脈動(dòng)電壓。實(shí)驗(yàn)步驟(3)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟:按照圖示搭建電路，并檢查連接是否正常。接通電源，使用示波器觀察輸入端三相交流電波形，并記錄。使用示波器觀察輸出端波形，并記錄。使用萬用表測試電阻R兩端電壓。對比輸入波形和輸出波形。(4)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng):由于部分與電網(wǎng)相連，因此部分電路將帶有較高的電壓。在實(shí)驗(yàn)過程中需要注意安全。在實(shí)驗(yàn)完成后需將實(shí)驗(yàn)設(shè)備回歸原位，并清潔實(shí)驗(yàn)臺(tái)。AC/DC變換電路認(rèn)知實(shí)驗(yàn)三三相橋式整流電路圖03三相橋式整流電路的搭建與測試分組實(shí)訓(xùn)請各小組按照擬定的小組分工及實(shí)驗(yàn)步驟，完成“AC/DC變換電路認(rèn)知”實(shí)驗(yàn)，并完成工作頁中實(shí)訓(xùn)報(bào)告的填寫。AC/DC變換電路認(rèn)知總結(jié)評價(jià)請結(jié)合各自實(shí)驗(yàn)的完成情況，實(shí)事求是的完成實(shí)驗(yàn)自評與互評。并將填寫完整的工作頁提交給老師進(jìn)行檢查和評價(jià)。AC/DC變換電路認(rèn)知05課堂測評Classroomtest學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)儲(chǔ)備實(shí)驗(yàn)任務(wù)課堂測評課堂導(dǎo)入課后作業(yè)判斷題1.單相半波整流電路缺點(diǎn)是輸出波形脈動(dòng)大；直流成分小；變壓器利用率低。（

）2.由半導(dǎo)體二極管組成的整流電路中，當(dāng)輸入的交流電壓不變時(shí)，整流輸出的直流電壓也是固定的，可任意控