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实验一单相半控桥整流电路实验目录一、主要内容........................................................21、项目名称.......................................................22、已知条件........................................................23、实验完成目标.....................................................2二、实验条件........................................................21、主要仪器设备...................................................22、实验小组人员分工...............................................3三、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-感性负载(串联L=200mH)实验..........................7四、实验数据处理...................................................141、Ud、Uct和U2与α的关系...........................................142、Ud=f(α)......................................................143、Uct=f(α).....................................................14五、实验思考与分析.................................................15六、实验综合评估...................................................151、我们的创新.....................................................152、实验改进......................................................153、深度挖掘......................................................16○1半控和全控续流回路的比较.....................................16○2电压不过零背后的真相.........................................16○3阻感负载为何会产生震荡?.....................................16七、基于multsim11仿真欣赏(附图).................................191、触发角α=0°,带纯阻性负载仿真..................................192、触发角α=90°,带阻感负载仿真.................................203、晶闸管VT3突然失控仿真........................................224、触发角α=0°,带阻感负载仿真.....................................235、触发角α=90°,带阻感负载仿真.................................246、触发角α=180°,带阻感负载仿真................................24一、主要内容1、项目名称:单相半控桥整流电路实验2、已知条件:实验器件参数,实验电路原理图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,观测失控现象并讨论解决方案。二、实验条件:1、主要仪器设备:主要设备仪器名称电力电子及电气传动教学实验平台Tektronic示波器数字万用表型号MCL-III型TDS2012GDM-8145主要参数(主要包括降压变压器、MCL-35、两只晶闸管,两只电力二极管,大功率滑动变阻器,可调电感、导线若干)带宽:100MHZ最高采样频率:1GS/s2、实验小组人员分工三、实验过程: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。原理图如下所示:右图为控制信号的生成原理图,大致为通过取样电网电压,进行衰减后引入比较器,通过改变输入比较电压,参考电压不变,形成只有+5V的矩形波思考:接通电源和控制信号后,如何判断移相控制是否同步?通过观察示波器的电压波形,若在一个周期内分别由VT1、VT3导通的波形一致,则认为移相控制是同步的!如图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);思考:如何利用示波器测定移相控制角的大小?我们组的是通过控制示波器的时间扫描轴固定显示一个周期,然后就时间轴等分为九等份(因为需要至少八组数据),然后根据T=1/50HZ=0.02s,缓慢调节控制信号uct,使得控制角刚好为t=nT/9[T=0、1、2、3…9],相应的【=200、400、600…1800】控制角最小的Ud波形控制角为90o的Ud波形控制角最大时的Ud波形3、半控桥阻-感性负载(串联L=200mH)实验:(1)断开总电源,将负载电感串入回路当中。阻感负载原理图(2)连续改变控制角α,记录α最小、最大和90度时的输出电压Ud波形,分析期特点及成因(Id不超过0.6A)阻感时α角最小时输出电压Ud波形波形特点:只有正半周有波形,输出波形短暂断续,Ud在大部分时间内都有波形。形成原因:当U2变0过负时,因电感的存在,使电流连续,使晶闸管D1继续导通;但因为D1阳极电压小于D4阴极电压,使得电流从D4转移到D2,D4关段,电流不再经变压器二次侧绕组,而是由D1和D2续流,忽略器件的通态压降,Ud为零,所以出现断续。又波形的触发角α很小,其导通角就越大,断续时间较小。α角为90度时输出电压Ud波形波形特点:输出电压波形一半时间断续,只有正半周有波形,在断续期间有(晶闸管和二极管续流阶段)Ud出现反向的脉冲。形成原因:由于α=90度,所以每个晶闸管的导通角为180-90=90度。由于负载存在较大电感,具有维持电流不变的作用,当电流减小到低于擎住电流时,晶闸管关断,产生较大的di/dt,从而产生较大的反向电压。α角最大时电压Ud的波形波形特点:在大部分时间内电压为0,晶闸管续流期间,输出电压波形出现震荡。形成原因:α很大,接近180度,所以导通角很小;电感对电流的维持作用,使得续流期间,晶闸管电流在擎住电流附近震荡,出现晶闸管时断时续的现象,从而产生正负交替di/dt,使输出电压Ud产生震荡。(3)固定控制角α的大小,变化负载电阻的大小(分别以电流断续、临界连续0.5A值下测量。注意Id=0.6A),观察并记录电感对输出电流Id的滤波效果。负载电阻最大时的电流Id波形——电流断续负载电阻减小时后电流Id波形——电流连续(电流趋于平坦)继续调小(4)调整控制角α或负载电阻,使Id约等于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度),制造失控现象,观察Ud波形并判断哪一只晶闸管失控。失控前的输出电压Ud波形失控后的输出电压Ud的波形º失控原因:当触发脉冲突然丢失时,会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况,这使得Ud成为正弦半波,即半个周期Ud为正弦,另外半个周期Ud为零,其平均值保持恒定,相当于单相半波不可控整流电路时的波形,如上图失控后的波形。º哪只晶闸管失控:经输入电压U2接入通道CH2,在示波器上显示,并与失控后波形进行对比。如果输出波形出现在U2的正半周,则是晶闸管D3失控;如果输出波形出现在U2的负半周,则是晶闸管D1失控。由图可知,是晶闸管D3失控。四、实验数据处理只要讨论阻性负载时的情况实验数据记录如下表所示不同控制角α时Ud、Uct、Id及U2的值由上表数据在仿真软件中分别绘出Ud=f(a)和Uct=f(a)的实验特新曲线其中α角的计算公式为α=180°t/(T/2)(t为半个周期内Ud为零的时间,T/2为半个周期的时间)由单相半控桥式整流电路的分析可知,输出电压Ud与ⓐ的关系为Ud=0.9U2[(1+cosα)/2)];这位一条余弦曲线与一常量的和,当α=180°时,Ud最小,其值为0;图中曲线与理论曲线相比大致相同。误差分析:①测电压时万用表电压读数波动较大,测量不精确。②测α角(测时间)时,波形不稳定造成读数产生误差。③晶闸管和二极管的通态压降产生的误差。电压触发角α0°18°36°54°72°90°108°126°144°162°180°U2125.15126.23123.86127.12127.4128.02129.09129.86129.76129.89128.86Uct0.4440.4180.380.3270.2960.2480.230.1890.1620.1290.138Ud11211010490795939241455五、实验思考与分析①接通电源后和控制信号后,如何判断移相控制是否同步?答:要实现同步,即要在每一次触发脉冲来到时,触发角α不变。单相半控桥式整流电路在每一周期内有两次触发脉冲,所以只要保证触发脉冲频率为电源频率的两倍,就可以实现移相同步。②如何利用示波器测定移相控制角的大小答:测量移相控制角α,无非就是测量开始出现Ud不为零的时刻与电压过零点时的时间差Δt,再由公式α=180°Δt/0.01;便可求出移相控制角α的值。③如何在负载回路获取负载电流的波形?答:由于电感有续流的作用,所以电流波形不能用Ud来表示,应将示波器通道(CH1或CH2)接电阻的两端,电阻的电压波形即为电流Id的波形。④分析阻-感性负载时,为什么减小负载电阻输出电流波形越趋于平稳?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,电感续流,能维持电流恒定,其大小为e的指数形式,以一定时间常数衰减,时间常数τ=L/R,电阻R越小,τ越大,电流减小的越慢,所以曲线越趋于平稳。不能接纯感性负载;当电路接纯感性负载时,τ趋近于无穷大,但其输出电流几乎为零。所以电路不能接纯感性负载。⑤分析同样的阻感负载时,本电路与单相全控桥的输出电压Ud特性差异,说明原因。答:有电压Ud的波形可知,单相半控桥整流电路的导通角θ=180°-α。而单相全控桥式桥式整流电路的导通角θ=180°。当给单相半控桥式整流电路一个触发脉冲,待U2由零变负时,由于二极管续流,电流将不经过变压器二次侧绕组,所以Ud为零,而单相全控电路由于电感续流作用经过变压器二次侧绕组,Ud将产生一个负的电压,持续的角度为α。六、实验综
本文标题:电力电子实验报告+单相半控桥整流电路实验
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