單相半控橋整流電路實(shí)驗(yàn)

1、目錄：一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 2二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境 2三、實(shí)驗(yàn)原理 21.器件選擇原理 22.電路整流原理 3四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 31.實(shí)現(xiàn)同步 32.半控橋純阻性負(fù)載實(shí)驗(yàn) 43.半控橋阻-感負(fù)載實(shí)驗(yàn) 8五、綜合評(píng)估 131.實(shí)驗(yàn)方案可信度分析 132.實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度分析 133.優(yōu)化改進(jìn)方案 14六、實(shí)驗(yàn)思考及總結(jié) 15參考資料一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 實(shí)現(xiàn)控制觸發(fā)脈沖與晶閘管同步；2. 觀測(cè)單相半控橋在純阻性負(fù)載時(shí)Ud、Uvt波形，測(cè)量最大移相范圍及輸入 輸出特性；3. 單相半控橋在阻性感性負(fù)載時(shí)，測(cè)量最大移相范圍，觀察失控現(xiàn)象并討論解決方案。二、 實(shí)驗(yàn)環(huán)境1. 電力電子及電氣傳動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)：MCL型；2. 數(shù)字存

2、儲(chǔ)示波器：TDS 1012,100MHz，1Gs/s；3. 臺(tái)式萬(wàn)用表：GDM8145；三、 實(shí)驗(yàn)原理 1. 器材選擇原理： 本實(shí)驗(yàn)是單相半控橋整流電路，但是卻不是直接利用單相半控橋整流電路， 而是利用三相全控橋整流電路和整流二極管改造的，因此我們需要選出兩只晶閘管和兩只的整流二極管來(lái)組成我們的實(shí)驗(yàn)電路。又因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)三相全控橋整流電路的觸發(fā)信號(hào)是固定的（相差60度）是不能改變的，因此在連接電路前我們需要考慮選取三相全控橋的12只晶閘管（兩個(gè)三相全控橋整流電路每個(gè)6只晶閘管，為了方便接線所以需要用到兩個(gè)電路）的兩只晶閘管（12只晶閘管中有兩對(duì)）。首先單相橋半控橋的兩個(gè)晶閘管各自導(dǎo)通半個(gè)周期所以選

3、擇的兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)信號(hào)必須要差180度，又因?yàn)橹皇菃蜗嗾魉孕枰幸幌嘣趦蓚€(gè)晶閘管導(dǎo)通時(shí)分別為正負(fù)值，根據(jù)以上原則所以盡1號(hào)與4號(hào)和2號(hào)于5號(hào)管可以滿足條件；對(duì)于二極管來(lái)說(shuō)，因?yàn)檎鞫O管是不可控元件，所以不需要選擇。 2. 電路的整流原理： 在u2正半周，觸發(fā)角處給晶閘管vt1加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)vt1和和vd4向負(fù)載供電。u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，vt1繼續(xù)導(dǎo)通。但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，使得電流從vd4轉(zhuǎn)移至vd2，vd4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由vt1和vd2續(xù)流。此階段忽略器件的通態(tài)壓降，則ud=0,不像全控橋電路那樣出現(xiàn)ud為負(fù)的情況。 在u2負(fù)半周觸發(fā)

4、角時(shí)刻觸發(fā)vt3，vt3導(dǎo)通，則向vt1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)vt3和vd2向負(fù)載供電。U2過(guò)零變正時(shí)，vd4導(dǎo)通，vd2關(guān)斷。Vt3和vd4續(xù)流，ud又為零。四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)分工：實(shí)驗(yàn)主要操作人輔助操作人數(shù)據(jù)記錄人報(bào)告完成人王飛鵬郭焱林杜越孟慶倫 1. 實(shí)現(xiàn)同步： 1) 從三相交流電源進(jìn)端取線電壓Uuw（約230V）到降壓變壓器（MCL-35）， 輸出單相電壓（約124V）作為整流輸入電壓u2； 2) 在（MCL-33）兩組基于三相全控整流橋的晶閘管陣列（約12只），選定兩 只晶閘管，與整流二極管陣列（共6只）中的兩只二極管組成共陰極方式的半孔整流橋，保證控制同步，并外接純阻性負(fù)載；3) 把

5、負(fù)載電阻調(diào)到最大，檢查電路接線正確后，打開電源開關(guān)。 思考：接通電源和控制信號(hào)后，如何判斷移相控制是否同步？ 答：用雙蹤示波器觀察示波器 ud 波形，在同步的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率為正弦波頻率的兩倍的鋸齒波，并且波形隨控制信號(hào)的連續(xù)改變穩(wěn)定變化。2.半控橋純阻性負(fù)載實(shí)驗(yàn)： 1) 連續(xù)改變控制角，測(cè)量并記錄電路實(shí)際的最大移相范圍，用數(shù)碼相機(jī)記 錄最小、最大和90°時(shí)的輸出電壓ud波形（注意：負(fù)載電阻不宜過(guò)小，確保當(dāng)輸出電壓過(guò)大時(shí)，Id不超過(guò)0.6A）； 2) 在最大移相范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)不同的控制量，測(cè)量控制角、輸入交流電壓u2、 控制信號(hào)Uct和整流輸出ud的大小，要求不低于8組數(shù)據(jù)。連續(xù)

6、改變控制角a，測(cè)量并記錄電路實(shí)際的最大移相范圍，用數(shù)碼相機(jī)記錄最小、最大和90度時(shí)的三組輸出電壓ud波形；MATLAB仿真與實(shí)際電路波形對(duì)比：觸發(fā)角最小時(shí)輸出電壓仿真波形：觸發(fā)角最小時(shí)輸出電壓ud波形：觸發(fā)角為90°時(shí)輸出電壓仿真波形：觸發(fā)角為90°時(shí)輸出電壓ud波形：觸發(fā)角最大時(shí)輸出電壓仿真波形：觸發(fā)角最大時(shí)輸出電壓ud波形：3)控制角的測(cè)定及計(jì)算先控制示波器定格，把兩條垂直標(biāo)尺移動(dòng)到整流后波形的始末兩端，得到整流后波形的長(zhǎng)度t，再用同樣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）

7、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. 半控橋阻-感性負(fù)載實(shí)驗(yàn)：1) 斷開總電源，將負(fù)載電感串入負(fù)載回路； 2) 連續(xù)改變控制角，記錄最小，最大和90°時(shí)的輸出電壓ud的波形，觀察其特點(diǎn)（Id不超過(guò)0.6A）；MATLAB仿真與實(shí)際電路波形對(duì)比

8、：當(dāng)晶閘管觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角最小時(shí)輸出電壓仿真波形： 當(dāng)晶閘管觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角最小時(shí)輸出電壓ud波形：當(dāng)晶閘管觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角為時(shí)輸出電壓仿真波形： 當(dāng)晶閘管觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角為90°時(shí)輸出電壓ud波形：當(dāng)晶閘管觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角最大時(shí)輸出電壓仿真波形：當(dāng)晶閘管觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角最大時(shí)輸出電壓ud波形：3) 固定控制角在較大值，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻由最大逐步減?。ǚ謩e達(dá)到電流斷續(xù)、臨界連續(xù)和連續(xù)0.5A值下測(cè)量。注意Id0.6A），并記錄電流Id波形，觀察負(fù)載阻抗角的變化對(duì)電流Id的濾波效果：電流斷續(xù)時(shí)：電流連續(xù)時(shí)：4) 調(diào)整控制角或負(fù)載電阻，使Id0.6A，突然斷掉兩路晶閘管的

9、脈沖信號(hào)（模擬將控制角快速推到180°），制造失控現(xiàn)象，記錄失控前后的ud波形，并思考如何判斷哪一只晶閘管失控。晶閘管失控前：晶閘管失控后：失控的檢測(cè)方法：1：通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知阻性負(fù)載存在于負(fù)載回路上，可以通過(guò)示波器顯示阻性負(fù)載的電壓波形，由于電流和電壓只存在倍數(shù)關(guān)系，所以電流波形和電壓波形一致，通過(guò)示波器可以間接測(cè)的電流波形。在去掉觸發(fā)脈沖后，觀察示波器Ud的波形，觀察示波器VT1和VT3是否輪流導(dǎo)通，或者Ud的波形半周期內(nèi)是否為0，為0則失控。沒有輪流則失控。2：用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量?jī)芍痪чl管兩端的電壓，如果其中一只的測(cè)量結(jié)果在1v左右且基本保持不變，則可以判斷是這只晶閘管發(fā)生失控。3：

10、在發(fā)生失控時(shí)分別將兩只晶閘管中的一只接線取下，觀察輸出電壓Ud是否變化，若Ud不發(fā)生變化則說(shuō)明另一只晶閘管發(fā)生了失控。 五、綜合評(píng)估 1. 實(shí)驗(yàn)方案可信度分析： 本次實(shí)驗(yàn)方案主要依據(jù)來(lái)自實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真聽肖老師講解，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中參考電力電子經(jīng)過(guò)小組內(nèi)成員和與其他小組之間的大量討論驗(yàn)證后得出該實(shí)驗(yàn)的最終方案，實(shí)驗(yàn)過(guò)后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和了解對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)的一些拓展，在曲線描繪時(shí)采用MATLAB插值算法，保證精度。實(shí)踐證明此方案可信度較高。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度分析： 本次實(shí)驗(yàn)中采用了TDS1012示波器和 MCL-III型實(shí)驗(yàn)臺(tái)等精密度很高的實(shí)

11、驗(yàn)設(shè)備，通過(guò)MATLAB繪制結(jié)果曲線與理論曲線很接近，保證了此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信。如果實(shí)驗(yàn)過(guò)程中減少一些操作上的誤差，其實(shí)驗(yàn)精度將會(huì)更高。 3. 優(yōu)化改進(jìn)方案： 本實(shí)驗(yàn)最重要的是要避免失控，就要避免某一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通的情況發(fā)生：將VT2（即實(shí)驗(yàn)中的VT4）與VD2換個(gè)位置，形成的電路中兩個(gè)串聯(lián)二極管除整流作用外，還可以代替外接續(xù)流二極管。大電感負(fù)載時(shí)，可以通過(guò)VD1、VD2形成續(xù)流回路，來(lái)代替續(xù)流二極管，電路省掉一個(gè)二極管，更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。在觸發(fā)正常的情況下，在電源電壓正負(fù)半周時(shí)，分別由VT1，VD2和VT2，VD1與電源和負(fù)載組成工作回路，工作原理變化不大，而且電路

12、也不會(huì)發(fā)生失控現(xiàn)象。在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，此時(shí)續(xù)流過(guò)程由續(xù)流二極管來(lái)決定，續(xù)流階段晶閘管關(guān)斷，這就避免了某一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通的現(xiàn)象。同時(shí)，續(xù)流期間導(dǎo)電回路只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗。圖為加續(xù)流二極管電路a最大波形：圖為加續(xù)流二極管電路a為90°波形：實(shí)驗(yàn)中的半控橋阻-感性負(fù)載所用的電感的的感抗開始為200mH,當(dāng)用示波器觀察失控時(shí)候的波形時(shí)，顯示的是正常的失控波形但是不可保持，最終在電感加為700mH時(shí)電壓波形顯示正常且可以保持。分析開始電壓不可保持的原因:當(dāng)失去控制脈沖的瞬間電感中由于長(zhǎng)時(shí)間的充電過(guò)程電感第一周期正常顯示，之后由于電感的存儲(chǔ)電能不足，在下一個(gè)周期到來(lái)之前

13、電流已經(jīng)降到 了維持電流之下，因此示波器上沒有波形，不可保持。由此在選擇器件時(shí)，電感盡量選擇大一些；六、實(shí)驗(yàn)思考及總結(jié) 1.闡述選擇實(shí)驗(yàn)面板晶閘管序號(hào)構(gòu)成半控橋的依據(jù)。 答：在兩組基于三相全控整流橋的晶閘管陣列（共12只）中，需要選擇兩只觸發(fā)角度相差180度的晶閘管。在一組三相的整流橋中，有三對(duì)滿足條件的管子首尾相接。討論后發(fā)現(xiàn)可以選定第一組的VT1與第二組的VT4，或者第一組的VT2和第二組的VT5。由于每組的兩個(gè)晶閘管分別接觸發(fā)電壓Uc的正負(fù)輸出，保證它們的觸發(fā)脈沖相差180度，從而在U2的正負(fù)半周分別觸發(fā)兩只晶閘管，而且兩只管子沒有首尾相接，可以接入此電路。我們小組選

14、擇了VT1和VT4。2.測(cè)繪電阻負(fù)載時(shí)和的實(shí)驗(yàn)特性曲線（注：由數(shù)據(jù)處理軟件自動(dòng)生成），其中將實(shí)驗(yàn)與理論推算特性曲線比較（在同一坐標(biāo)系內(nèi)），若存在誤差，分析成因。 答：存在差異是因?yàn)槿貢r(shí)，Ud過(guò)零變負(fù)時(shí)，因?yàn)殡姼械拇嬖冢瑢?dǎo)通晶閘管之間仍有電流id流過(guò)，造成Ud為負(fù)，直到下一組晶閘管導(dǎo)通；半控時(shí)，Ud過(guò)零變負(fù)時(shí)，一支二極管以承受正向電壓正偏導(dǎo)通，而另一支反向截止，負(fù)載電流id經(jīng)二極管和晶閘管流通。此時(shí)整流橋輸出電壓為正向壓降，接近于零，所以流輸出電壓Ud沒有負(fù)半周，所以半控橋和全控橋是不同的。 3.分析阻-感性負(fù)載時(shí)，為什么減小負(fù)載電阻輸出電流的波形越趨平穩(wěn)？基于有較大的感抗

15、值，電路能否接純感性負(fù)載工作，為什么？答：阻-感性負(fù)載時(shí)，減小負(fù)載電阻，電路中實(shí)際負(fù)載接近純感性負(fù)載，對(duì)輸出電流的變化抑整理用更加強(qiáng)烈，所以其波形越趨平穩(wěn)?；谟休^大的感抗值，電阻不能接純感性負(fù)載。較大的感抗值，在純感性負(fù)載工作時(shí)，由于其儲(chǔ)存很大的能量，在回路中會(huì)產(chǎn)生很大的電流，有可能損壞器件。4.分析同樣的阻感負(fù)載時(shí)，本電路與單相全控橋電路的輸出電壓Ud特征差異，說(shuō)明原因。 答：?jiǎn)雾?xiàng)全控橋電路在電壓輸入u2的負(fù)半周時(shí)輸出電壓會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，而本電路不會(huì)。本電路帶阻感負(fù)載時(shí)，在u2的負(fù)半周時(shí)，VT1和VD2續(xù)流，忽略器件導(dǎo)通壓降時(shí)，ud=0，在u2負(fù)半周觸發(fā)角時(shí)刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通后

16、VT1關(guān)斷，u2過(guò)零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷，VT3和VD4續(xù)流，u2又為零。  5.若以的實(shí)驗(yàn)特性曲線作為控制電源的靜態(tài)模型建模依據(jù)，該電源的近似放大系數(shù)Ks？答：KsUd/Uct 實(shí)驗(yàn)總結(jié)及改進(jìn)： 通過(guò)這次的實(shí)驗(yàn)讓我不僅對(duì)電力電子的理論知識(shí)有了很深的認(rèn)識(shí)也對(duì)我的實(shí)踐動(dòng)手能力有了很大的培養(yǎng)。課程實(shí)驗(yàn)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程“千里之行始于足下”，通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我們深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義我們今天認(rèn)真的進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然這次實(shí)驗(yàn)還有很多不足之處，例如對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)了解不夠充分，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)很多不必要的麻煩，所以在以后的學(xué)習(xí)構(gòu)成中我會(huì)加倍學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，以彌補(bǔ)自己的不足。 參考資料： 1.趙莉華，舒欣梅.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.122.康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.北京：高等教育出版社，20053.周克寧.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20044.陳堅(jiān).電力電子學(xué).北京：高等教育出版社，20105.王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).第四版。北