电气信息学院实验报告书课程名称：电力电子技术实验项目：单相半控桥整流电路实验专业班组：电气工程及其自动化105班实验时间：2013年10月28日成绩评定：评阅教师：报告撰写：学号：同组人员：学号：同组人员：学号：同组人员：学号：电气信息学院专业中心实验室目录一．实验内容1.1 实验项目名称 (3)1.2 实验完成目标 (3)1.3 实验内容及已知条件 (3)二．实验环境2.1 主要设备仪器 (4)2.2 小组人员分工 (5)三．电路分析与仿真3.1 基本电路 (5)3.2 电路仿真 (6)四．实验过程4.1 实现同步 (7)4.2 半控桥纯阻性负载实验 (8)4.3 半控桥阻感性负载实验 (9)五．实验数据处理与分析5.1 理论数据与分析 (11)5.2 实验数据与处理 (11)5.3 误差分析 (13)六．思考讨论与感悟6.1 实验思考题 (13)6.2 实验讨论题 (14)6.3 自主思考与讨论 (18)6.4 实验方案、结果可信度分析 (19)6.5 实验优化改进方案 (20)6.6 实验感悟 (20)附件1.1实验名称单相半控桥式整流电路实验1.2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。

1.3实验内容及已知条件①实现同步：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；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。

思考：接通电源和控制信号后，如何判断移相控制是否同步？②半控桥纯阻性负载实验：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α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，确保当输出电压较大时， Id 不超过0.6A）；思考：如何利用示波器测定移相控制角的大小？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。

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；连续改变控制角α，记录α最小、最大和90°时的输出电压Ud波形，观察其特点（Id 不超过0.6A）；固定控制角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；思考：如何在负载回路获取负载电流的波形？保持控制角α<90°，适当调整负载电阻，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180°），制造失控现象，记录失控前后的ud波形，并提出如何判断哪一只晶闸管失控的测试方法。

2.1 主要设备仪器实验台：华纬MCL-Ⅲ型电力电子及电气传动教学实验台（浙江大学求是公司）示波器：Tektronix TDS1012示波器（带宽：100MHZ 最高采样频率：1GS/s）数字万用表：2.2 小组人员分工1.实验阶段线路连接及检查：移相可调电位器及电阻的调节：数字万用表的操作及测量：示波器操作的及测量：数据记录及计算：2.报告撰写报告主体撰写：实验仿真：数据处理分析：特性曲线与拟合：思考题的整理：讨论内容整理：图片整理与使用：讨论与拓展思考：三．实验仿真3.1 基本电路1.阻性负载图3-1所示为带阻性负载时单相桥式半控整流电路。

两个晶闸管共阴极连接，两个二极管共阳极连接。

二极管共阳极，所以阴极电位低的管子导通。

晶闸管触发导通，整流二极管自然换相。

图3-12.阻感负载图3-2所示为带阻感负载时单相桥式半控整流电路。

电源电压U2为负半周时，由于电感存在，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。

图3-2u R u R L d3.2 电路仿真根据实验内容，我们先对单相半控桥整流电路带阻感负载进行仿真。

仿真使用mulitism软件进行。

仿真电路阻感负载连接如图3-3所示。

图3-3 仿真电路阻感负载连接图在图3-3的基础上去掉电感L1即为阻性负载连接图，在此不单独贴出。

首先我们再阻性负载情况下对电路模拟运行，用软件中的模拟示波器记录α=0°，90°，180°（失控），36°时的输出电压Ud波形，如下。

注：关于失控现象分析见“思考与讨论”。

图3-4 α=0°时输出电压Ud波形图3-5 α=90°时输出电压Ud波形图3-6 α=180°时输出电压Ud波形图3-7 α=36°时输出电压Ud波形然后我们对阻感负载电路进行模拟，用软件中的模拟示波器观察输出电压Ud波形，波形与阻性负载时相似，但是由于电感存在并不为足够大，波形有轻微震荡，如下图所示。

图3-8 α=90°阻感负载时输出电压Ud波形四．实验过程4.1 实现同步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；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。

实验中，两只晶闸管共阴极连接，选取第一组晶闸管阵列中的VT1与第二组晶闸管阵列中的VT4’分别作为电路图中的VT1与VT3。

在二极管阵列中任取两只二极管共阳极接入电路。

完成电路连接后，将示波器接在电阻R两端，观察输出波形，确认是否完成同步。

注：晶闸管的选择依据及同步的判断见“思考与讨论”。

4.2 半控桥纯阻性负载实验连续改变控制角，测量并记录电路实际的最大移相范围，用数码相机记录α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，确保当输出电压较大时， Id 不超过0.6A）；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。

实验中，调节移相可调电位器，改变触发延迟角α的大小，移相可调电位器像两个方向分别不可调时各自取到α的最小与最大时的输出电压Ud波形，调节移相可调电位器使换相点出现在波形最高点取到α=90°时的输出电压Ud波形。

图4-1 α最小时输出电压Ud波形图4-2 α最大时输出电压Ud波形图4-3 α=90°时输出电压Ud波形利用示波器纵向光标一与光标二测量周期水平时间差为10ms，触发延迟角最小时α水平时间差1.20ms，触发延迟角最大时α水平时间差8.76ms，为得到八组数据，我们分别再取α水平时间差Δt为2.28ms，3.36ms，4.44ms，5.52ms，6.60ms，7.68ms六组数据。

求出α=（Δt/10）*180°，用数字万用表交流档测量输入交流电压U2，控制信号Uct的大小；用数字万用表直流档测量整流输出电压Ud的大小。

记录数据如下表：注：如何利用示波器测定移相控制角的大小见“思考与讨论”。

实验原始记录单见附件一。

4.3 半控桥阻感性负载实验断开总电源，将负载电感串入负载回路；连续改变控制角α，记录α最小、最大和90°时的输出电压Ud波形，观察其特点（Id 不超过0.6A）；固定控制角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；保持控制角α<90°，适当调整负载电阻，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180°），制造失控现象，记录失控前后的ud波形，并提出如何判断哪一只晶闸管失控的测试方法。

实验中，如半控桥纯阻性负载实验一样，调节移相可调电位器，改变触发延迟角α的大小，移相可调电位器像两个方向分别不可调时各自取到α的最小与最大时的输出电压Ud波形，调节移相可调电位器使换相点出现在波形最高点取到α=90°时的输出电压Ud波形，使用相机记录如下：图4-4 α最小时输出电压Ud波形图4-5 α最大时输出电压Ud 波形 图4-6 α=90°时输出电压Ud 波形然后固定控制角α在较大值，我们调节α是它在在大于90°的某个较大值，观察输出电压Ud 波形同时注意电流Id 。

分别使用相机记录了电流断续、临界连续和连续0.5A 三种情况的输出电流Id 的波形。

图4-7 电流断续的输出电流Id 的波形 图4-8 电流连续的输出电流Id 的波形图4-9 电流0.5A 的输出电流Id 的波形接着,我们保持控制角α<90°，适当调整负载电阻，使Id≈0.6A，然后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180°），制造失控现象，记录下失控前后的Ud波形如下:注：如何在负载回路获取负载电流的波形,如何判断哪一只晶闸管失控的测试方法见“思考与讨论”。

五．实验数据处理与分析5.1 理论数据与分析在单相半控桥式整流电路中,纯阻性负载与阻感性负载的输出直流电压平均=0.9α。

实验中理论三相交流电值完全相同,为=α的单相电压U2为124V，理论上=111.6 α。

可以做出理论u d = f (α)特性曲线在图5-1。

5.2 实验数据与处理表5-1 实验原始数据记录表我们先根据= 0.9α分别计算出取不同α值与实际单相电压U2时表5-2 取不同α值与实际单相电压U2时理论输出Ud的值与实验所测实际Ud的值比较观察取不同α值与实际单相电压U2时理论输出Ud的值与实验所测实际Ud 的值，比较发现结果相近。

接下来我们根据实验结果之间的关系画出实验Ud=f（α）特性曲线于图5-1中，与纯理论Ud=f（α）特性曲线进行直观对比。

图5-1 电阻负载时ud = f (α)的实验与理论特性曲线比较5.3 误差分析除了存在仪用误差和人为误差外，Ud与α的关系式为= =0.9α，其中为输入电压，理论上应当是保持不变α的，但实验中记录的数据显示随着α的增大，回路电流减小，在逐渐增大，故曲线图像略有差异。