单相半控桥整流电路实验报告Word格式.docx

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当wt=π时，电源电压u2经零变负，由于电感的存在，VT1将继续导通，此时a点电位较b点电位低，二极管自然换相，从VD4换至VD2,这样电流不再经过变压器绕组，而由VT1,VD2续流，忽略器件导通压降，ud=0，整流电路不会输出负电压。

电源电压u2的负半周，wt=π+α时刻触发VT3，则VT3,VD2导通，使VT1承受反向电压关断，电源通过VT3和VD2又向负载供电，ud=-u2。

U2从负半周过零变正时，电流从VD2换流至VD4,电感通过VT3,VD4续流，ud又为零。

以后，VT1再次触发导通，重复上诉过程。

3.实验完成目标：

（1）实现控制触发脉冲与晶闸管同步。

（2）观测单相半控桥在纯阻性负载时Ud，UVT波形，测量最大移相范围及输入-输

出特性。

（3）单相半控桥在阻-感性负载时，测量最大移相范围，观察失控现象并讨论解决方案。

二、实验条件描述

1、主要设备仪器

设备名称

型号

主要参数

电力电子及电气传动教学试验台

MCL-III型

包括降压变压器、MCL-35、两只晶闸管、两只电力二极管、大功

率滑动变压器、可调电阻、导线若干

整机容量≤1.5kVA

工作电源：

3N/380V/50Hz/3A

尺寸：

1.60m*0.75m*1.50m

重量：

300Kg

数字万用表

GDM-8145

直流电压精度：

0.03%

最高分辩率10μV,10Nv,10mΩ

最高电压档：

1200V

电流档：

20A

Tektronic

TDS2012

带宽：

100MHz

最高采样频率：

1Gs/s

2个独立通道，8位垂直分辨率，11种自动测试功能，可选4种参数实显示

2、小组人员分工

姓名

学号

实验操作分工

实验报告分工

连接实验线路

实验仿真

总体指挥

数据处理

拍照记录

思考讨论

测量数据

实验仪器

调试仪器

整理汇总

记录数据

实验原理

实验内容

三、实验过程描述

1、实现同步：

①从三相交流电源进端取线电压Uuw（约230v）到降压变压器（MCL-35）,输出单相电压（约120v）作为整流输入电压u2。

②在（MCL-33）两组基于三相全控整流桥的晶闸管阵列（共12只）中,选定两只晶

闸管,与整流二极管阵列（共6只）中的两只二极管组成共阴极方式的半控整流桥,保证控制同步,并外接纯阻性负载。

2、半控桥纯阻性负载试验：

①连续改变控制角α，测量并记录电路实际的最大移相范围,用数码相机记录α最小、最大和90o时的输出电压Ud波形（注意：

负载电阻不宜过小，确保当输出电压较大时，Id不超过0.6A）。

A.调节移相可调电位器RP，观察当晶闸管触发脉冲的触发角α最小时输出电压Ud波形，并拍摄此时数字示波器显示波形如下图。

B．调节移相可调电位器RP，观察当晶闸管触发脉冲的触发角α为90o时输出电压Ud波形并拍摄此时数字示波器显示波形如下图。

C．调节移相可调电位器RP，观察当晶闸管触发脉冲的触发角α最大时输出电压Ud波形􀈰

并拍摄此时数字示波器显示波形如下图。

②在最大移相范围内，调节不同的控制量，测量控制角α、输入交流电压u2、控制信Uct和整流输出Ud的大小，要求不低于8组数据。

α

U2（V）

Uct（V）

Ud（V）

0°

126.12

9.21

110

36°

126.31

3.35

100

63°

126.64

1.82

85

72°

127.18

1.20

70

90°

127.57

0.82

55

108°

128.36

0.54

40

126°

129.20

0.30

25

144°

129.70

0.10

10

（3）半控桥阻-感性负载（串联L=200mH）实验：

①断开总电源，将负载电感串入负载回路。

②连续改变触发角α，记录α最小、最大和90o时的输出电压Ud波形，观察其特点（Id不超过0.6A）。

A.调节移相可调电位器RP，观察接入阻感性负载情况下，当晶闸管触发脉冲的触发角α最小时输出电压Ud波形􀈰

拍摄双踪示波器显示波形如下图。

B.调节移相可调电位器RP，观察接入阻感性负载情况下，当晶闸管触发脉冲的触发角α为90o时输出电压Ud波形，拍摄双踪示波器显示波形如下图。

C．调节移相可调电位器RP，观察接入阻感性负载情况下，当晶闸管触发脉冲的触发角α最

大时输出电压Ud波形。

③固定触发角α在较大值，调节负载电阻由最大逐步减小（分别达到电流断续、临界连续和连续0.5A三种情况测量。

注意Id≤0.6A），并记录电流Id波形，观察负载阻抗角的变化对电流Id的滤波效果。

A.调节触发角α在较大值（便于观察到电流断续），保持α不变，调节负载电阻值由最大逐步减小，同时观察电流表指针，直到输出波形出现明显电流断续时，停止调节电阻。

拍摄输出电压波形图如下图。

B.继续减小负载电阻值，直到观测到输出波形出现临界断续时，停止调节电阻。

拍摄输出电压波形图如下图所示。

C.继续减小负载电阻值，直到读出电流表显示连续0.5A的电流值时，停止调节电阻。

拍摄输出波形图如下图所示。

④调整控制角调整控制角α或负载电阻，使Id≈0.6A，突然断掉两路晶闸管的脉冲信号（模拟将控制角α快速推到180o），制造失控现象，记录失控前后的Ud波形。

A.调整控制角α或负载电阻，使Id≈0.6A，拍摄晶闸管失控前波形图如下图所示。

B.断掉两路晶闸管的脉冲信号拍摄晶闸管失控后波形图如下图所示。

四、实验仿真

一、当带阻性负载时的电路如图1

图1

（1）当α=90°

，R450Ω时所得图形如图2

图2

从图形中可以看出在导通角还未到180°

时晶闸管就已经关断，这与理论分析在180°

时断开有所不同。

从晶闸管的特性分析原因可能为负载的电阻较大在电压较小时电路的电流太小不足以维持晶闸管的导通，故其提前关断。

为证明分析是否正确，将负载电阻改为100Ω时，所得波形图如图3

图3α=90°

R=100Ω

从图形中可以看出改变负载后其晶闸管能在180°

时才断开。

（2）当α=0时R=100Ω仿真波形图如图4

图4

（3）当α=36°

R=100Ω时如图5

图5

（4）当α=63°

R=100Ω时波形如图6

图6

（5）当α=72°

R=100Ω时波形如图7

图7

（5）当α=90°

R=100Ω时波形如图8

图8

（7）当α=108°

R=100Ω时的波形如图9

图9

（8）当α=126°

R=100Ω时波形如图10

图10

（9）当α=144°

R=100Ω时波形如图11

图11

二、当带阻感负载L=200mHR=450Ω时测Id的波形电路如图12

图12

（1）当α=0°

时电路如图13

图13

（2）当α=90°

时电路如图14

图14

三、当带阻感负载L=200mHR=450Ω时测ud的波形电路如图15

图15

（1）当α=0°

时电路如图16

图16

时电路如图17

图17

五、实验数据处理及讨论

（1）两只晶闸管只有满足导通角相差180°

，才能保证移相控制同步，因此晶闸管选择，如右图所示。

其次要判断移相控制是否同步，要实现同步，即是在每一次触发脉冲来时，触发角α不变。

对于单相半控桥式整流电路来说，一个周期内会有两次触发脉冲。

因此，只要保证这两次触发脉冲到来时，即由VT1和VT3导通的波形一致，就能认为移相控制是同步的。

（2）

理论推算曲线：

由图像看出，实验数据曲线与理论推算曲线基本上吻合，

0<

α<

1.5时，理论推算曲线略高于实验数据曲线，1.5<

3时，理论推算曲线略低于实验数据曲线。

存在误差的原因：

①在进行理论计算时，

公式中，

=124，而从实验测得的数据分析，数据值在126到127之间，所以理论计算曲线跟实验曲线有点误差。

②理论计算时一切器件都是在理想条件下工作的，而实际电路中，二极管，晶闸管，导线等都有一定的阻抗，所以跟理想下的理论值都一定的差异。

（3）分析阻-感性负载时，为什么电流波形与教材上的有差异？

电路能否接纯感性负载（如果有较大的感抗值）工作，为什么？

阻感性负载时，课本上的电流波形是数值相等的直线，而实验中的电流波形不可能为直线，因为课本上的电感假设的是无穷大，对电流的变化有很强的阻碍作用，可以使大小变化的电流通过电感时限成大小不变的直流，而现实实验中，电感不可能取到无穷大，对电流的限制达不到大电感的效果，所以电流波形不可能为直线。

电路不能直接接纯感性负载，因为交流通过整流后得到的是具有一定纹波的直流电压，电路中的电阻分担直流压降，如果不加电阻直接加纯感性负载的话，因为电感隔交通直的特性，电路有可能发生短路，造成过热烧毁。

（4）分析同样的阻感负载时，本电路与单相全控桥电路的输出电压ud特征差异，说明原因。

单相桥式半控整流电路，相对于全控桥而言少了一个控制器件，用二极管代替，有利于降低损耗！

如果不加续流二极管，当α突然增大至180°

或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期为ud为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控。

所以必须加续流二极管，以免发生失控现象。

单相桥式全控整流电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。

变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。

原因：

因为在全控整流电路中，ud过零后触发脉冲来临之前，由于大电感的存在，仍有电流流过晶闸管，使ud出现负值，知道下一个触发脉冲来临，下一组晶闸管导通。

半控时，ud过零后，二极管截止，将没有负的ud出现。

（5）若以ud=f（uct）的实验特性曲线为该直流控制电源的静态模型建模——直流电压放大器，试提出建模算法，并计算该电源的近似放大系数Ks≈？

的大小加

后再与3v比较得到控制脉冲，也即

角的大小，继而影响

的大小，控制Ks≈

/

拟合

与

曲线后，用matlab自动生成

的数量关系：

=1.1380

-17.1747

+73.1188

+4.3885

在0v到5v变化，在误差允许范围内，将

1.1380

三项之和近似看成零，得

=73.1188

，

将一次加权系数近似的认为是放大系数Ks，即Ks≈73.1188

舍去

>

2的点之后的拟合曲线

六、实验思考

（1）思考：

接通电源和控制信号后，如何判断移相是否同步？

答：

首先来说，要在（MCL-33）两组基于三相全控整流桥的晶闸管阵列（共12只）中，选定两只晶闸管，与整流二极管阵列（共6只）中的两只二极管组成共阴极方式的半控整流桥。

那么这两只晶闸管的选择有什么要求呢，这两只晶闸管只有满足导通角相差180°

（2）思考：

如何利用示波器测量移相控制角的大小？

测量移相控制角α，可以在示波器上读出电阻两端电压Ud为零的这段时间的时间△t（单位:

s），由公式α=180°

△t/0.01,便可求出移相控制角α的大小。

（3）思考：

如何在负载回路获取负载电流的波形？

由于示波器为高组态，只能测量电压波形。

若将示波器串联于电路中相当于串了一个大的阻抗。

又因为id=ud/r。

故电阻两端电压的波形于电阻上电流波形相同。

只要测得示波器两端电压波形，再除以电阻值，即可得电流波形。