单相半控桥整流电路实验.doc

目录：一、 实验内容 2二、实验环境 2三、实验原理 21.器件选择原理 22.电路整流原理 3四、实验过程 31.实现同步 32.半控桥纯阻性负载实验 43.半控桥阻-感负载实验 8五、综合评估 131.实验方案可信度分析 132.实验结果可信度分析 133.优化改进方案 14六、实验思考及总结 15参考资料一、 实验内容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. 单相半控桥在阻性感性负载时，测量最大移相范围，观察失控现象并讨论解决方案。二、 实验环境1. 电力电子及电气传动教学实验台：MCL型；2. 数字存储示波器：TDS 1012,100MHz，1Gs/s；3. 台式万用表：GDM8145；三、 实验原理 1. 器材选择原理： 本实验是单相半控桥整流电路，但是却不是直接利用单相半控桥整流电路， 而是利用三相全控桥整流电路和整流二极管改造的，因此我们需要选出两只晶闸管和两只的整流二极管来组成我们的实验电路。又因为本实验三相全控桥整流电路的触发信号是固定的（相差60度）是不能改变的，因此在连接电路前我们需要考虑选取三相全控桥的12只晶闸管（两个三相全控桥整流电路每个6只晶闸管，为了方便接线所以需要用到两个电路）的两只晶闸管（12只晶闸管中有两对）。首先单相桥半控桥的两个晶闸管各自导通半个周期所以选择的两个晶闸管的触发信号必须要差180度，又因为只是单相整流所以需要有一相在两个晶闸管导通时分别为正负值，根据以上原则所以尽1号与4号和2号于5号管可以满足条件；对于二极管来说，因为整流二极管是不可控元件，所以不需要选择。 2. 电路的整流原理： 在u2正半周，触发角处给晶闸管vt1加触发脉冲，u2经vt1和和vd4向负载供电。u2过零变负时，因电感作用使电流连续，vt1继续导通。但因a点电位低于b点电位，使得电流从vd4转移至vd2，vd4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由vt1和vd2续流。此阶段忽略器件的通态压降，则ud=0,不像全控桥电路那样出现ud为负的情况。 在u2负半周触发角时刻触发vt3，vt3导通，则向vt1加反压使之关断，u2经vt3和vd2向负载供电。U2过零变正时，vd4导通，vd2关断。Vt3和vd4续流，ud又为零。四、实验过程实验分工：实验主要操作人辅助操作人数据记录人报告完成人王飞鹏郭焱林杜越孟庆伦 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124V）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（约12只），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孔整流桥，保证控制同步，并外接纯阻性负载；3) 把负载电阻调到最大，检查电路接线正确后，打开电源开关。 思考：接通电源和控制信号后，如何判断移相控制是否同步？ 答：用双踪示波器观察示波器 ud 波形，在同步的时候，会产生稳定的频率为正弦波频率的两倍的锯齿波，并且波形随控制信号的连续改变稳定变化。2.半控桥纯阻性负载实验： 1) 连续改变控制角，测量并记录电路实际的最大移相范围，用数码相机记 录最小、最大和90时的输出电压ud波形（注意：负载电阻不宜过小，确保当输出电压过大时，Id不超过0.6A）； 2) 在最大移相范围内，调节不同的控制量，测量控制角、输入交流电压u2、 控制信号Uct和整流输出ud的大小，要求不低于8组数据。连续改变控制角a，测量并记录电路实际的最大移相范围，用数码相机记录最小、最大和90度时的三组输出电压ud波形；MATLAB仿真与实际电路波形对比：触发角最小时输出电压仿真波形：触发角最小时输出电压ud波形：触发角为90时输出电压仿真波形：触发角为90时输出电压ud波形：触发角最大时输出电压仿真波形：触发角最大时输出电压ud波形：3)控制角的测定及计算先控制示波器定格，把两条垂直标尺移动到整流后波形的始末两端，得到整流后波形的长度t，再用同样方法得到原正弦半波周期T，用a=（T-t）/T*180算出控制角：（）Uct（V）Id（A）Ud（V）U2（V）1014.8120.40107122.4221.64.9380.38104122.0332.43.5260.37101122.5457.61,7230.3184123.55900.6860.2054125.76122.40.1650.0923127.77136.80.0580.0616127.98151.20.0130.0212128.23.半控桥阻-感性负载实验：1)断开总电源，将负载电感串入负载回路；2)连续改变控制角，记录最小，最大和90时的输出电压ud的波形，观察其特点（Id不超过0.6A）；MATLAB仿真与实际电路波形对比：当晶闸管触发脉冲的触发角最小时输出电压仿真波形： 当晶闸管触发脉冲的触发角最小时输出电压ud波形：当晶闸管触发脉冲的触发角为900时输出电压仿真波形： 当晶闸管触发脉冲的触发角为90时输出电压ud波形：当晶闸管触发脉冲的触发角最大时输出电压仿真波形：当晶闸管触发脉冲的触发角最大时输出电压ud波形：3)固定控制角在较大值，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值下测量。注意Id0.6A），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：电流断续时：电流连续时：4)调整控制角或负载电阻，使Id0.6A，突然断掉两路晶闸管的脉冲信号（模拟将控制角快速推到180），制造失控现象，记录失控前后的ud波形，并思考如何判断哪一只晶闸管失控。晶闸管失控前：晶闸管失控后：失控的检测方法：1：通过实验可知阻性负载存在于负载回路上，可以通过示波器显示阻性负载的电压波形，由于电流和电压只存在倍数关系，所以电流波形和电压波形一致，通过示波器可以间接测的电流波形。在去掉触发脉冲后，观察示波器Ud的波形，观察示波器VT1和VT3是否轮流导通，或者Ud的波形半周期内是否为0，为0则失控。没有轮流则失控。2：用数字万用表测量两只晶闸管两端的电压，如果其中一只的测量结果在1v左右且基本保持不变，则可以判断是这只晶闸管发生失控。3：在发生失控时分别将两只晶闸管中的一只接线取下，观察输出电压Ud是否变化，若Ud不发生变化则说明另一只晶闸管发生了失控。 五、综合评估1.实验方案可信度分析：本次实验方案主要依据来自实验指导书，实验前认真听肖老师讲解，实验过程中参考电力电子经过小组内成员和与其他小组之间的大量讨论验证后得出该实验的最终方案，实验过后进一步学习和了解对于本次实验的一些拓展，在曲线描绘时采用MATLAB插值算法，保证精度。实践证明此方案可信度较高。2.实验结果可信度分析：本次实验中采用了TDS1012示波器和MCL-III型实验台等精密度很高的实验设备，通过MATLAB绘制结果曲线与理论曲线很接近，保证了此次实验结果的可信。如果实验过程中减少一些操作上的误差，其实验精度将会更高。3.优化改进方案：本实验最重要的是要避免失控，就要避免某一个晶闸管持续导通的情况发生：将VT2（即实验中的VT4）与VD2换个位置，形成的电路中两个串联二极管除整流作用外，还可以代替外接续流二极管。大电感负载时，可以通过VD1、VD2形成续流回路，来代替续流二极管，电路省掉一个二极管，更经济实用。在触发正常的情况下，在电源电压正负半周时，分别由VT1，VD2和VT2，VD1与电源和负载组成工作回路，工作原理变化不大，而且电路也不会发生失控现象。在负载两端并联一个续流二极管，此时续流过程由续流二极管来决定，续流阶段晶闸管关断，这就避免了某一个晶闸管持续导通的现象。同时，续流期间导电回路只有一个管压降，有利于降低损耗。图为加续流二极管电路a最大波形：图为加续流二极管电路a为90波形：实验中的半控桥阻-感性负载所用的电感的的感抗开始为200mH,当用示波器观察失控时候的波形时，显示的是正常的失控波形但是不可保持，最终在电感加为700mH时电压波形显示正常且可以保持。分析开始电压不可保持的原因:当失去控制脉冲的瞬间电感中由于长时间的充电过程电感第一周期正常显示，之后由于电感的存储电能不足，在下一个周期到来之前电流已经降到 了维持电流之下，因此示波器上没有波形，不可保持。由此在选择器件时，电感尽量选择大一些；六、实验思考及总结1.阐述选择实验面板晶闸管序号构成半控桥的依据。答：在两组基于三相全控整流桥的晶闸管阵列（共12只）中，需要选择两只触发角度相差180度的晶闸管。在一组三相的整流桥中，有三对满足条件的管子首尾相接。讨论后发现可以选定第一组的VT1与第二组的VT4，或者第一组的VT2和第二组的VT5。由于每组的两个晶闸管分别接触发电压Uc的正负输出，保证它们的触发脉冲相差180度，从而在U2的正负半周分别触发两只晶闸管，而且两只管子没有首尾相接，可以接入此电路。我们小组选择了VT1和VT4。2.测绘电阻负载时Ud=f()和Ud=f(Uct)的实验特性曲线（注：由数据处理软件自动生成），其中将实验Ud=f()与理论推算Ud=f()特性曲线比较（在同一坐标系内），若存在误差，分析成因。答：存在差异是因为全控时，Ud过零变负时，因为电感的存在，导通晶闸管之间仍有电流id流过，造成Ud为负，直到下一组晶闸管导通；半控时，Ud过零变负时，一支二极管以承受正向电压正偏导通，而另一支反向截止，负载电流id经二极管和晶闸管流通。此时整流桥输出电压为正向压降，接近于零，所以流输出电压Ud没有负半周，所以半控桥和全控桥是不同的。3.分析阻-感性负载时，为什么减小负载电阻输出电流的波形越趋平稳？基于有较大的感抗值，电路能否接纯感性负载工作，为什么？答：阻-感性负载时，减小负载电阻，电路中实际负载接近纯感性负载，对输出电流的变化抑制作用更加强烈，所以其波形越趋平稳。基于有较大的感抗值，电阻不能接纯感性负载。较大的感抗值，在纯感性负载工作时，由于其储存很大的能量，在回路中会产生很大的电流，有可能损坏器件。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。答：单项全控桥电路在电压输入u2的负半周时输出电压会出现负值，而本电路不会。本电路带阻感负载时，在u2的负半周时，VT1和VD2续流，忽略器件导通压降时，ud=0，在u2负半周触发角时刻触发VT3，VT3导通后VT1关断，u2过零变正时，VD4导通，VD2关断，VT3和VD4续流，u2又为零。5.若以Ud=f(Uct)的实验特性曲线作为控制电源的静态模型建模依据，该电源的近似放大系数Ks？答：KsUd/Uct 实验总结及改进： 通过这次的实验让我不仅对电力电子的理论知识有了很深的认识也对我的实践动手能力有了很大的培养。课程实验是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程“千里之行始于足下”，通过这次实验，我们深深体会到这句千古名言的真正含义我们今天认真的进行课程实验，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。当然这次实验还有很多不足之处，例如对基础知识了解不够充分，导致实验过程中出现很多不必要的麻烦，所以在以后的学习构成中我会加倍学习相关知识，以弥补自己的不足。 参考资料： 1.赵莉华，舒欣梅.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2010.122.康华光.电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社，20053.周克宁.电力电子技术.北京：机械工业出版社，20044.陈坚.电力电子学.北京：高等教