1、目 錄一、主要內容2二、實驗條件描述31、主要儀器設備32、實驗小組人員分工4三、課前思考：黑板上五個問題的答案4四、實驗過程51、實現(xiàn)同步52、半控橋純阻性負載實驗63、半控橋阻-感性負載（串聯(lián)電感L=200mH）實驗7五、實驗數據處理（含原始數據記錄單及工程特性曲線，誤差分析）10六、課后思考：討論題及我們的分析12七、實驗綜合評估141、對實驗方案、結果進行可信度分析152、提出可能的優(yōu)化改進方案15八、multsim11仿真151帶純阻性負載仿真162、晶閘管突然失去觸發(fā)脈沖即失控仿真173、帶阻感負載仿真18一、主要內容1、項目名稱：單相半控橋整流電路實驗2、已知條件：（1）單相半控

2、橋整流電路在電阻兩側接示波器可觀察電流波形。從試驗臺流入380V電壓（單相）經變壓電路變?yōu)?20V左右的U2. （2）觸發(fā)電路原理圖3、實驗完成目標 （1） 實現(xiàn)控制觸發(fā)脈沖與晶閘管同步。（2） 觀測單相半控橋在純阻性負載時波形，測量最大移相范圍及輸入-輸出特性。（3） 單相半控橋在阻-感性負載時，測量最大移相范圍，觀測失控現(xiàn)象并討論解決方案。二、實驗條件描述1、主要儀器設備主要設備儀器名稱型號主要參數電力電子及電氣傳動教學實驗平臺MCL-III型TDS2012（主要包括降壓變壓器、MCL-35、兩只晶閘管，兩只電力二極管，大功率滑動變阻器，可調電感、導線若干）Tektronic示波器TDS2

3、012帶寬：100MHZ 最高采樣頻率：1GS/s數字萬用表GDM-81452、實驗小組人員分工姓名 學號 實驗分工 報告分工調所有儀器接線計算實驗參數對應的理論值，并結合實驗數據進行誤差分析,根據實驗數據繪制工程特性曲線；實驗報告修改、排版完善。波形糾錯對實驗方案、結果進行可信度分析提出優(yōu)化方案調示波器接線實驗結果的理論分析及ud = f (uct) 靜態(tài)模型建模提出建模算法，并計算該電源的近似放大系數Ks照相實驗仿真（電路，仿真波形，表明參數）并計算理論參數提示步驟實驗基本內容及條件描述，電路原理圖電子版實驗報告匯總并完成數據記錄實驗過程描述以及每個步驟涉及的實驗方法（文字敘述）調電壓表回

4、答老師上課時提出的黑板上五個問題實驗報告上的最后討論題1，4三、課前思考：黑板上五個問題的答案1、如何為晶閘管匹配有效的同步移相控制？利用u2產生觸發(fā)脈沖，首先用整流濾波電路將正弦波u2變?yōu)殇忼X波，再利用直流電壓uct和放大電路產生觸發(fā)脈沖，因為是利用u2產生的脈沖，故此觸發(fā)脈沖與u2同步，整流電源為正弦波u2，由此便實現(xiàn)了晶閘管與觸發(fā)脈沖同步，同時調節(jié)uct的大小便可實現(xiàn)對觸發(fā)角的控制。 2、如何測量ud, id,a的大小及瞬態(tài)波形？測量ud用示波器兩端接在負載R兩端測量，對于電阻，id與ud波形形狀一致，故只需將示波器兩端放在負載兩端即可得到波形，測量電流id的時候用電流表，串聯(lián)在負載側，

5、可讀出id的值，實驗過程中要觀察id的變化，保證Id不超過0.6；測量ud的時候，要將電壓表并聯(lián)在晶閘管B的陰極以及二極管D的陽極，并讀出ud的大小。測量a的時候，先控制示波器定格，把兩條垂直標尺移動到整流后的波形的末端到另一個波形的始端，即用標尺測量波形缺失的部分的長度t，在從示波器上能夠讀到半波的周期T，3、如何設定趨勢測量的邊界（值）及取樣點分布的有效性？改變uct的大小調節(jié)a，分別測量a最大及最小和a為90o時的ud及id值，由此便可確定邊界值，在此范圍內均勻取點，并記錄。4、如何變更負載阻抗角，形成并觀測電流的連續(xù)或斷續(xù)狀態(tài)？固定觸發(fā)導通角a在較大值，調節(jié)負載電阻由最大到最?。ㄗ⒁怆?/p>

6、流不能超過0.6），并非分別觀察電流斷續(xù)到連續(xù)的情況，并記錄臨界的情況。5、如何制造本電路特有的失控現(xiàn)象？調整控制角a或者負載電阻，使id 0.6A，突然斷掉晶閘管的觸發(fā)脈沖信號（模擬將a迅速調到1800），制造失控現(xiàn)象，并記錄失控前后ud的波形。四、實驗過程 1、實現(xiàn)同步（1）從三相交流電源進端取線電壓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（共12只）中，選定兩只晶閘管要實現(xiàn)同步則要選兩只管脈沖相位角相差1800度的，實驗面板提供了兩組三相全控整流橋的晶閘管陣列，序號相鄰晶閘

7、管相位相差600，兩組序號相同的晶閘管相位相同，選定兩只晶閘管VT1和VT4，將兩只二極管組成共陰極連接方式。（3）將連接好的兩只共陰極晶閘管與整流二極管整列（共6只）中的兩只共陽極方式連接的二極管組成半控橋整流保證控制同步，并外接純阻性負載。（4）在負載回路上串接電流表、可調電阻負載，并把電阻調到最大。（5）按照原理圖完成接線，檢查電路接線正確后，打開電源開關，示波器顯示ud波形。（6）用雙蹤示波器觀察ud波形，在示波器上得到穩(wěn)定輸出電壓波形，一個周期輸出兩個正半周波形，并從輸出電壓波形能觀察到明顯的電壓過零跳變，如果每一個過零時刻與前一個電壓過零時刻之差相等，則移相控制同步。同步時會產生穩(wěn)

8、定的頻率正弦波頻率為兩倍的鋸齒波，并且波形隨控制信號連續(xù)變化而變化。試驗臺實際連接圖電壓進行衰減后引入比較器，通過改變輸入的比較電壓，形成上下移的鋸齒波。同步移向控制信號產生的原理圖2、半控橋純阻性負載實驗（1）連續(xù)改變控制角a，測量并記錄電路實際的最大移相范圍，用數碼相機記錄a小、最大和90o時的輸出電壓ud波形（注意：負載電阻不宜過小，確保當輸出電壓較大時， id 不超過0.6A）；實驗數據及波形：通過調節(jié)移相可調電位器RP調節(jié)觸發(fā)角a ，觀察當晶閘管觸發(fā)延遲角a 最小時輸出電壓ud波形，并拍攝此時波形如下圖：再次調節(jié)移相可調電位器RP改變觸發(fā)角a，觀察當晶閘管觸發(fā)延遲角a為90度時輸出電

9、壓ud波形，并拍攝此時波形如下圖：再次調節(jié)移相可調電位器RP改變觸發(fā)角a，觀察當晶閘管觸發(fā)延遲角a大時輸出電壓ud波形，并拍攝此時波形如下圖：（2）調節(jié)移相可調電位器RP，在最大移相范圍內，測量13組不同觸發(fā)延遲角a之下，控制角a、交流輸入電壓u2、控制信號uct和整流輸出ud的大小。 （3）計算移相控制角原始數據t(ms)a (rad)U2UctUdUd0.280.126.3414.81110113.48620.840.126.476.57109111.85281.160.126.854.93107110.41631.520.126.924.02104107.8391.960.126.963

10、.28101103.77112.40.127.132.719698.911732.960.127.252.169091.500073.61.127.71.628081.932464.21.128.161.37072.014515.21.128.80.765254.320746.041.89752129.50.563639.57218.62.130.670.2145.注：Ud為在a下由公式算得的理論值3、半控橋阻-感性負載（串聯(lián)電感L=200mH）實驗（1）斷開總電源，將負載電感串入負載回路；（2）連續(xù)改變控制角a，記錄a最小、最大和90o時的輸出電壓ud波形，（注意電流表指針的變化）觀察其特點

11、（id不超過0.6A）；通過調節(jié)移相可調電位器RP調節(jié)觸發(fā)延遲角a ，觀察接入阻感性負載情況下當晶閘管觸發(fā)脈沖角a最小時輸出電壓ud波形，并拍攝此時示波器上波形如下圖：再次調節(jié)移相可調電位器RP調節(jié)觸發(fā)延遲角a ，觀察接入阻感性負載情況下當晶閘管觸發(fā)延遲角a為900時輸出電壓ud波形，并拍攝此時示波器上波形如下圖：再次調節(jié)移相可調電位器RP調節(jié)觸發(fā)延遲角a ，觀察接入阻感性負載情況下當晶閘管觸發(fā)延遲角a最大時輸出電壓ud波形，并拍攝此時示波器上波形如下圖：（3）固定觸發(fā)延遲角a在較大值，調節(jié)負載電阻由最大逐步減?。ǚ謩e達到電流斷續(xù)、臨界連續(xù)和連續(xù)0.5A三種情況測量。注意id 0.6），并記錄

12、電流id波形，觀察負載阻抗角的變化對電流id的濾波效果；調節(jié)觸發(fā)延遲角a在較大值，保持a 不變，調節(jié)負載電阻值有最大值逐步減小，同時觀察電流表指針，直至輸出波形明顯電流出現(xiàn)斷續(xù)，停止調節(jié)電阻，拍攝示波器輸出電壓波形如下：繼續(xù)減小負載電阻值，同時觀察電流表指針，直至電流出現(xiàn)臨界連續(xù)，停止調節(jié)電阻，拍攝示波器輸出電壓波形如下： 繼續(xù)減小負載電阻值，同時觀察電流表指針，直至示波器上出現(xiàn)連續(xù)電流波形，停止調節(jié)電阻，拍攝示波器輸出電壓波形如下：（4）保持觸發(fā)延遲角a90o，適當調整負載電阻，使id0.6，突然斷掉兩路晶閘管的脈沖信號（模擬將控制角a快速推到180o），制造失控現(xiàn)象，記錄失控前后的ud波形

13、，并提出如何判斷哪一只晶閘管失控的測試方法。調整負載電阻，使id0.6，拍攝晶閘管失控前波形如下：斷掉兩路晶閘管的脈沖信號，拍攝失控后波形如下：五、實驗數據處理（含原始數據記錄單及工程特性曲線，誤差分析）1、Ud=f（a） （注：a (rd)取弧度制）a (rad)UdUd0.110113.48620.109111.85280.107110.41630.104107.8390.101103.77110.9698.911730.9091.500071.8081.932461.7072.014511.5254.320741.897523639.57212.145.2、Ud=f（uct） UctUd

14、14.811106.571094.931074.021043.281012.71962.16901.62801.3700.76520.56360.2143、Uct=f（a）a (rad)Uct0.14.810.6.570.4.930.4.020.3.280.2.710.2.161.1.621.1.31.0.761.897520.562.0.2我們認為這里Uct與a應該呈線性關系（即下圖所示），而實驗所測與所想的有出入，下面將重點分析。理論中Uct=f()曲線的線性關系通過比較兩圖可知，可能是a (rad)= 0.，Uct=14.81這一組數據測量不當，與其他組測量數據相差太大，如果重測或忽略這

15、組數據可得到Uct=f（a）的線性關系。4、誤差分析t(ms)a (rad)U2UctUdUd誤差0.280.126.3414.81110113.4862-3.17%0.840.126.476.57109111.8528-2.62%1.160.126.854.93107110.4163-3.19%1.520.126.924.02104107.839-3.69%1.960.126.963.28101103.7711-2.74%2.40.127.132.719698.91173-3.03%2.960.127.252.169091.50007-1.67%3.61.127.71.628081.9324

16、6-2.41%4.21.128.161.37072.01451-2.88%5.21.128.80.765254.32074-4.46%6.041.89752129.50.563639.5721-9.92%8.62.130.670.2145.6.01%誤差分析：由于該實驗中用到晶閘管和二極管，由于晶閘管和二極管有導通壓降，故一定會存在誤差；實驗過程中，存在操作誤差、儀器誤差和讀數誤差等；導通角接近180時誤差比較大，原因在于此時輸出電壓比較小，波形易出現(xiàn)脈動，以致波形不穩(wěn)定甚至失真。輸出電壓的理論值與實際值的誤差可以看出，當導通角的值在50左右誤差最小，在接近0和180時誤差比較大六、課后思考：

17、討論題及我們的分析1、闡述選擇實驗面板晶閘管序號構成半控橋的依據在實驗原理圖中，VT1、VT2的觸發(fā)脈沖相位應該互差180o，然而在實驗面板上的兩組晶閘管陣列，每組陣列中相鄰的兩只晶閘管（例如VTI與VT4）互差180o，但是兩只晶閘管之間是互聯(lián)的，并且無法改變，因此討論后發(fā)現(xiàn)，第一組的VT1和第二組的VT4，相位互差180o，并且之間不相連接，而且觸發(fā)電壓相同，也即觸發(fā)都是同步的，從而選用這兩只管子接入電路。2、分析同樣的阻感負載時，本電路與單相全控橋電路的輸出電壓ud特征差異，說明原因當阻抗角比較大時，改變a使單相半控電路電流斷續(xù)，在同樣的條件下，單相全控電流不會出現(xiàn)斷續(xù)的情況，并且波形會

18、出現(xiàn)負的部分，而單相半控電路產生的波形沒有負的部分，且有斷續(xù)。對于單相半控電路：電源電壓u2的正半周，觸發(fā)導通時，VT1、VD4導通，電流從電源流出來經VT1、負載、VT4流回電源，負載電壓ud= u2。當u2變?yōu)樨摃r，由于電感的存在，VT1將持續(xù)導通，此時a點比b點電位低，故二極管自然換相，從VD4到VD2續(xù)流，這樣電流不再經過變壓器繞組，忽略器件壓降，則u2=0，整流電路不會輸出負的電壓。對于單相全控：電源電壓正半周時，觸發(fā)導通后VT1、VT4導通，負載電壓等于u2；當u2變?yōu)樨摰臅r候，由于電感中的感應電動勢使得VT1、VT4繼續(xù)導通，此時ud波形中出現(xiàn)負的部分，負載電壓ud= u2。3、

19、思考：部分波形理論分析(1).阻感負載時波形出現(xiàn)負電壓過沖理想情況下阻感負載時當時間在之間時，晶閘管由于電感電流不能突變會繼續(xù)導通，二極管D關斷換為C導通形成如圖中紅色線所示的通路，由電感對電阻供電。 電流在回路中流動，輸出電壓V，所以輸出電壓在之間應為0 而實驗中示波器測出的阻感負載時的波形為下圖，而且如果把電阻調小就不會出現(xiàn)電壓過沖現(xiàn)象?，F(xiàn)對該情況進行分析：取電壓為參考向量計為則在之間電流 電流相位滯后電壓相位,在電壓相位為也就是電流相位為之后電流開始衰減所以帶阻感負載時電流連續(xù)時的的波形從處開始呈指數衰減如照片所示在 之間電流 電流呈指數規(guī)律衰減，當電流在下一個晶閘管觸發(fā)之前（即之前）降

20、到晶閘管的維持電流以下時，晶閘管的電流放大系數迅速下降晶閘管關斷，迅速降為0，由于負載中有電感會在電感中感應出上負下正(按照以上所示電路中的位置來說)的感應電勢，該感應電勢對晶閘管產生反向電壓，使的反向偏置的PN結空間電荷層厚度增加，導致反向恢復電流產生，由于負載中電感的作用，反向恢復電流逐步增大達到峰值后才減小。增大的反向電流在電阻上形成負的壓降，在電感上感應出上負下正的感應電勢，所以出現(xiàn)負向的沖擊。負載電阻的大小對此沖擊的產生有影響。因為若R越大，由，可知越小，負載阻抗角越小電流衰減的起始值就越小，使負載電流（即晶閘管的陽極電流）更易降到以下，就會產生負向電壓沖擊。所以實驗中把負載電阻阻值

21、調小后該波形中的電壓過沖就不會出現(xiàn)。實驗中失控現(xiàn)象是在電路正常運行且的情況下突然斷掉晶閘管的脈沖信號后出現(xiàn)的，若負載電流就不會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。其原因分析如下：正如上面所說，若衰減的起始電流太小會使在下一個晶閘管觸發(fā)之前低于使晶閘管關斷。當時由于電流較小晶閘管關斷便不會出現(xiàn)某一晶閘管連續(xù)導通的失控現(xiàn)象。4.為該直流控制電源靜態(tài)建模根據電路帶純阻性負載時測得的和的值畫出關系曲線并用matlab對該曲線進行擬合,擬合圖像如下所示圖中的點是測量的數據，處理時發(fā)現(xiàn)實驗時在非線性區(qū)(較小的區(qū)域)測得的點比較多，就只能用前面幾個點用直線擬合，后面的用曲線擬合了。線性擬合：1.取前五個點綠色直線：ud=45.5

22、176uct+9.9804; 2.取前六個點紅色直線：ud =38.2016uct +14.9783; 3.取第三個到第六個點藍色直線：ud = 27.3468uct +33.0737; 后面的點都處在非線性區(qū)了,不能用直線畫出來非線性擬合：圖中黃色曲線就是用四次方程擬合的曲線，方程為ud =-0.2445 uct 4+4.2904 uct 3-28.1560 uct 2+86.0354 uct -2.0610;在線性區(qū)綠色直線和實際曲線(黃色線)最接近,所以該電源的近似放大系數七、實驗綜合評估1、對實驗方案、結果進行可信度分析實驗方案的可信度分析：該實驗方案在內容上綜合結合實驗講義內容，實驗

23、過程中充分結合課本教學內容，具有理論依據，并且組員之間進行大量的討論和交流，所用方案為全體通過的結果。實驗過后對實驗內容進行進一步的學習和了解，通過網絡及圖書查詢搜集更豐富的內容。在曲線描繪時運用excel作圖，并使用multsim仿真,用理想波形與試驗中的實際波形作比較，所得數據讀取規(guī)范，一定程度上保證曲線的正確性以及精度，另所用試驗臺（雙電源）及示波器（100MHZ）都在這個實驗所要求的標準之上。所以，本次實驗方案可信度較高。實驗結果的可信度分析：本次實驗結果數據經過excel作圖之后，發(fā)現(xiàn)實際測得輸出電壓與理論值基本接近。分段進行觀察，數據中大部分數據所在的中段與理論值曲線幾乎重合，可信度很高。在首段和尾段由于觀測誤差，系統(tǒng)以及電路自身損耗所帶來的一定影響（如電流較大時電感的影響較為明顯，實驗中出現(xiàn)電流的震蕩現(xiàn)象）但都在可