单相半控桥整流电路实验报告

1、四川大学单相半控桥整流电路实验报告目录一、 实验基本内容-21.实验项目名称-22.实验已知条件-23.实验完成目标-3二、实验条件描述-3 1.主要设备仪器-3 2.小组人员分工-3三、实验过程描述-41.实现同步-4 2.半控桥纯阻性负载试验-43.半控桥阻-感性负载（串联L=200mH）实验-6四、实验仿真-9五、实验数据处理及讨论-18六、实验思考-22一、实验基本内容1.实验项目名称：单相半控桥整流电路实验2.实验已知条件：单相半控桥整流电路如图所示，图中晶闸管VT1,二极管VD4组成一对桥臂，VT3,VD2组成另一对桥臂，变压器u2加在桥臂的中间。(1)阻性负载 电源电压u2在（0

2、，），VD2,VT3承受反向阳极电压处于截止状态，由于VT1未加触发脉冲而使VT1,VD4处于正向阻断状态，此时ud=0 , uVT1=u2, uVD2= -u2, uVT3=0, uVD4=0；wt=时刻，触发VT1，VT1，VD4立即导通，VD2，VT3承受反向电压关断，此时ud= u2 , uVT1= 0, uVD2= -u2, uVT3=-u2, uVD4=0；u2在负半周（，+）期间，VT3,VD2虽然承受正向阳极电压但由于门极没有触发信号而正向阻断，此时ud=0,uVT1=0,uVD4=u2,uVT3= -u2,uVD2=0; wt=+时刻触发VT3，则VT3,VD2，此时ud=

3、u2，uVT1=-u2，uVD4=u2, uVT3=0, uVD2=0。(2)感性负载 负载电感足够大从而使负载电流连续且为一水平线。电源电压u2的正半周，wt=时刻触发晶闸管VT1，则VT1，VD4立即导通，电流从电源出来经VT1,负载，VD4流回电源，此时ud=u2。当wt=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=+时刻触发VT3，则VT3,VD2导通，使VT1承受反向电压关断，

4、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

5、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10 V,10Nv,10 m最高电压档：1200V 电流档：20ATektronicTDS2012带宽：100MHz最高采样频率：1Gs/s2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记录数据实验内容三、实验过程描述1、实现同步：从三相交流电源进端取线电

6、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。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：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。

7、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。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Uct和整流输出Ud的大小，要求不低于8组数据。U2 （V）Uct（V）Ud（V）0°126.129.2111036°126.313.3510063°126.641.828572°127.181.207090°127.570.8

8、255108°128.360.5440126°129.200.3025144°129.700.1010(3)半控桥阻-感性负载（串联L=200mH）实验：断开总电源，将负载电感串入负载回路。连续改变触发角，记录最小、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为90o时输出电压Ud波形，拍摄双踪示波器显示波

9、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最大时输出电压Ud波形。拍摄双踪示波器显示波形如下图。固定触发角在较大值，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.调节触发角在较大值（便于观察到电流断续），保持 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

10、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。调整控制角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180o），制造失控现象，记录失控前后的Ud波形。A. 调整控制角或负载电阻，使Id0.6A，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=90°，R450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

11、°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100时，所得波形图如图3图3 =90°R=100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=0时 R=100仿真波形图如图4图4（3） 当=36° R=100时如图5图5（4）当=63° R=100时波形如图6图6(5)当=72° R=100时波形如图7图7（5） 当=90° R=100时波形如图8图8（7）当=108° R=100时

12、的波形如图9图9（8） 当=126° R=100时波形如图10 图10 （9） 当=144° R=100时波形如图11图11二、当带阻感负载 L=200mH R=450时测Id的波形电路如图12 图12（1）当=0°时电路如图13图13（2）当=90°时电路如图14图14三、当带阻感负载 L=200mH R=450时测ud的波形电路如图15图15(1) 当=0°时电路如图16图16（2）当=90°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

13、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<<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：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。理论计算时一切器件都是在理想

14、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

15、，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 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

16、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

17、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自动生成与的数量关系：=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 -17.1747+4.3885三项之和近似看成零，得=73.1188，将一次加权系数近似的认为是放大系数Ks，即Ks73.1188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°，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