浅谈在逆变电路教学中引入电子镇流器的教学实践

电子镇流器是电力电子技术在日常生活中的一个应用,在电力电子学的逆变电路教学过程中引入电子镇流器原理的分析,其意义在于首先让学生了解电力电子技术应用的广泛性,使他们在学习该课程时有一定的动力;其次电力电子技术是一门理论性较强的课程,比较枯燥,引入一些应用实例可以丰富课堂教学,激发学生的学习兴趣;第三是电子镇流器由较为复杂的电子线路构成,通过分析其工作原理,能有助于加强电工班学生分析电子线路的能力。而且电子镇流器的实物很容易得到,教学会比较生动,直观。

在授课时,可以先分析教材中的单相半桥式无源逆变电路的工作原理,然后引出常用的电子镇流器的主电路是交—直—交变换电路,即先整流后逆变,而逆变部分就是单相半桥式无源逆变电路。

一、分析电子镇流器的工作原理

1.逆变电路分析

在分析电子镇流器工作原理时,可以先介绍该电路的主要部分:V1、V2和C7、C8构成的单相半桥式无源逆变电路(图2)。

通过V1和V2高频率交替导通,将直流电变成高频交流电。前面已经分析了教材中的单相半桥式无源逆变电路的工作原理,因此可以让学生试着在电子镇流器电路图上画出逆变电路的电流路径,使学生对无源逆变基本原理加深印象。

2.整机电路分析

市电经VD1～VD4整流,C3滤波,变成直流电,再经V1和V2交替导通,又将直流电变成高频交流电,再经过L2和C6谐振产生高压交流电,通过此高频高压交流电将日光灯点亮。

具体工作原理是:电流经R1对R5充电→VDB3击穿导通,有电流流过V2的基极→V2导通。

V2集电极电流的增长趋势在磁环变压器N3上产生感应电动势,在次级(N1、N2)也产生感应电动势,其极性是使各绕组上用·表示同名端为正,从而使V2基极电位升高,基极、集电极电流进一步加大,V2饱和导通。当V2电流增加使磁环趋向饱和,各绕组感应电动势急剧下降,V2基极电位也下降,在磁环变压器中将产生与V2集电极电流增加时相反极性的电动势,即各绕组中用·表示同名端电压为负。这样,V1基极电位增大,V1导通。

V1、V2交替通断,在两个半桥中点之间形成交变的方波电压,此交变电压经C6、L2串联谐振作用,其电流变为接近正弦波。

3.驱动电路分析

在教材中的逆变电路仅分析了主电路,未分析逆变元件的驱动电路,而在电子镇流器电路中有两个逆变管V1和V2的驱动电路,因此通过电子镇流器电路的分析可以让学生清楚得看到驱动电路是如何工作的,两个逆变管是如何交替通断的。

驱动电路主要由C5、VDB3和高频变压器(N1、N2、N3)构成,其中C5和VDB3是V2的启动电路,V1、V2的交替通断由高频变压器各绕组产生不同极性的感应电动势实现。

纵观整个电路,电子镇流器主要由三部分组成:整流部分、逆变部分和谐振部分。电路的主要过程即交—直—交变换。

二、故障分析及制作

在分析了电路的工作原理后,为了让学生进一步掌握电子镇流器的工作过程,可出一些故障。比如若高频磁环变压器的各绕组同名端接错会产生什么后果?磁环变压器的同名端接错则两个三极管无法正常工作,最终灯就不会亮。

三、介绍电子镇流器的优点

最后介绍电子镇流器与电感式镇流器的不同之处,即电子镇流器的优点,让学生了解为什么要推广电子镇流器,而淘汰电感式镇流器。电子镇流器内部由于通过逆变和谐振直接产生高频高压交流电,因此不需要启辉器。

电子镇流器与电感式镇流器比较最大的优势在于节能,据统计,照明用电占了全世界总发电量的1/4,如仅将现用的200亿只灯泡中的50亿只换成节能的电子镇流灯泡,每年可节省200GW的电能。这也是电力电子技术最大优点以及要普及这项技术的原因。

(作者单位:江苏省常州技师学院)