四川大学单相半控桥式整流电路实验报告

1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2目录一．实验内容1.1实验项目名称············································31.2实验完成目标············································31.3实验内容及已知条件······································3二．实验环境2.1主要设备仪器············································42.2小组人员分工············································5三．电路分析与仿真3.1基本电路················································53.2电路仿真················································6四．实验过程4.1实现同步················································74.2半控桥纯阻性负载实验····································84.3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··········································115.2实验数据与处理··········································115.3误差分析················································13六．思考讨论与感悟6.1实验思考题··············································136.2实验讨论题··············································146.3自主思考与讨论··········································186.4实验方案、结果可信度分析································196.5实验优化改进方案········································206.6实验感悟················································20附件3一．实验内容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α90°，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。4二．实验环境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：TektronixTDS1012示波器（带宽：100MHZ最高采样频率：1GS/s）数字万用表：52.2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3-2u2abVT1VT2VD2VD4Rudu2abVT1VT3VD2VD4RudLidi263.2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3-4α=0°时输出电压Ud波形图3-5α=90°时输出电压Ud波形7图3-6α=180°时输出电压Ud波形图3-7α=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3-8α=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8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4-1α最小时输出电压Ud波形图4-2α最大时输出电压Ud波形图4-3α=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：9α（°）U2(V)Uct（V）Ud（V）21.60125.410.8010941.04125.83.109860.48126.42.008579.92127.21.306899.36127.80.7351118.80128.60.4332138.24129.40.1814155.52129.70.00134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α90°，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4-4α最小时输出电压Ud波形10图4-5α最大时输出电压Ud波形图4-6α=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11接着,我们保持控制角α90°，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值完全相同,为𝑈𝑑=1𝜋∫√2𝜋αsinwtd(wt)=0.9𝑈21+cosα2。实验中理论三相交流电的单相电压U2为124V，理论上𝑈𝑑=111.61+cosα2。可以做出理论ud=f(α)特性曲线在图5-1。5.2实验数据与处理12在实验过程中已记录实验数据如下：α（°）U2(V)Uct（V）Ud（V）21.60125.410.8010941.04125.83.109860.48126.42.008579.92127.21.306899.36