單相半波可控整流

1、實踐項目名稱 所屬課程名稱 實踐日期 班級 學(xué)號 姓名 成績 實踐報告 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 黑龍江科技大學(xué) 綜合性、設(shè)計性實踐報告 單相半波可控整流電路 礦山電力系統(tǒng)及其自動裝置 2013年 11月 9日星期六 電氣工程 2013 級專碩 2013200290 楊金龍 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 實踐報告 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 實踐概述： 【實踐目的及要求】 實踐目的： 1熟悉強電實驗的操作規(guī)程； 2進一步了解晶閘管的工作原理； 3掌握單相半波可控整流電路的工作原理并且了解不同負載下單相半波可控整流電路的工作情 況。 實踐要求： 1. 單相半波整流電路帶電阻性負載時特性的測定。

2、2. 單相半波整流電路帶電阻電感性負載時，續(xù)流二極管作用的觀察 【實踐原理】 1、晶閘管的工作原理 晶閘管的雙晶體管模型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下： 晶閘管在正常工作時，承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。當(dāng)承受 正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制 作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值一下。 2. 單相半波可控整流電路（電阻性負載） 2.1 電路結(jié)構(gòu) 若用晶閘管 T 替代單相半波整流電路中的二極管D，就可以得到單相半波可控整流電路的主電路， 如圖 1-1 電路圖所示。設(shè)圖中變壓器副邊電壓u2為 50HZ正弦波

3、，負載 RL為電阻性負載。 實踐報告 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 Ud 圖 1 單相半波可控整流電路 （純電阻負載 ） 的電路原理圖 2.2 工作原理： （1）在電源電壓正半波（ 0區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，脈沖 uG在t= 處觸發(fā)晶閘管， 晶閘管開始導(dǎo)通，形成負載電流 id, 負載上有輸出電壓和電流。 （2）在 t= 時刻， u2=0，電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負載電流為 零。 （3）在電源電壓負半波（ 2區(qū)間），晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負載上沒有輸 出電壓，負載電流為零。 （4）直到電源電壓 u2的下一周期的正半波，脈沖 uG在t=2 +處又觸發(fā)晶閘管，晶

4、閘管再 次被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓和電流又加在負載上，如此不斷重復(fù)。 2.3 基本數(shù)量關(guān)系 a. 直流輸出電壓平均值 Ud 2U 2 sin td( t) 2U 2 1 cos 2 0.45U 2 1 cos 2 b. 輸出電流平均值 Id URd 0.45UR2 . 1 cosa 2 實踐報告 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 c. 負載電壓有效值 n 2a a 42 d. 負載電流有效值 U 2 sin 2a a I2 R 4 2 e. 晶閘管電流平均值 U d U 2 1 cosa I dT 0.45 . dT R R 2 3. 單相半波可控整流電路（阻感性負載） 3.1 電路結(jié)構(gòu) uT id V

5、T uL L ud uR R 圖 2 單相半波可控整流電路（阻感性負載）電路原理圖 波形圖 3.2 工作原理 在t=0期間：晶閘管陽 -陰極間的電壓 uAK 大于零，此時沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向關(guān) 斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。 在t=時刻，門極加觸發(fā)信號， 晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通， 電源電壓 u2 加到負載上， 輸出電壓 ud=u2 。 由于電感的存在，負載電流 i d 只能從零按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。 實踐報告 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 在t=t1t2期間：輸出電流 id 從零增至最大值。在 i d的增長過程中，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電 勢力圖限制電流增大，電源提供的能量一部分供給負載電阻，一部分為電

6、感的儲能。 在t=t2t3 期間：負載電流從最大值開始下降，電感電壓改變方向，電感釋放能量，企圖 維持電流不變。 在t =時，交流電壓 u2 過零，由于感應(yīng)電壓的存在，晶閘管陽極、陰極間的電壓uAK仍大于 零，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，此時電感儲存的磁能一部分釋放變成電阻的熱能，另一部分磁能變成電能 送回電網(wǎng)，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在u2 反壓作用下而截止。直到下一個周期的正半 周，即 t=2+時，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，如此循環(huán)不已。 4. 單相半波可控整流電路（感性負載加續(xù)流二極管） 4.1 電路結(jié)構(gòu) 圖 3 單相半波可控整流電路（阻感性負載激加續(xù)流二極管）的電路原理圖 4.2 工作原理 在電

7、源電壓正半波（ 0），晶閘管受正向電壓。在 t= 處觸發(fā)晶閘管，使其導(dǎo)通， 形成負載電流 id ，負載上有輸出電壓和電流，此間續(xù)流二極管 VD承受反向陽極電壓 而關(guān)斷。 在電源電壓負半波， 電感感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管 VD導(dǎo)通續(xù)流， 此時電壓 u2 0， u2 通過續(xù)流二極管 VD使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷，負載兩端的輸出電壓為續(xù)流二極 管的管壓降，如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使 id 連續(xù)，且 id 波形近似為一條直線。 以上分析可看出， 電感性負載加續(xù)流二極管后， 輸出電壓波形與電阻性負載波形相同， 續(xù)流二極管可起到提高輸出電壓的作用。 在大電感負載時負載電流波形

8、連續(xù)且近似一 實踐報告 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 條直線，流過晶閘管的電流波形和流過續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。 對于電感性負載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半波可控整流 器電阻性負載相同，為 0180o，且有 +=180o。 4.3 基本數(shù)量關(guān)系 a. 直流輸出電壓平均值 U d 12U 2 sin td( t) 2 2U 2 1 cos 0.45U2 1 cos b. 輸出電流平均值 Id U d 0.45U2 RR 1 cosa 2 c. 晶閘管電流的平均值 IdT d. 負載電流有效值 IT 實踐設(shè)備及儀器】 序 號 型號 備注 1 DJK01 電源控制屏 該控制屏

9、包含 “三相電 源輸出”，“勵磁電源” 等幾個模塊。 2 DJK02 晶閘管主電路 該掛件包含“晶閘管”， 以及“電感”等幾個模 塊。 3 DJK03-1 晶閘管觸發(fā)電 路 該掛件包含“單結(jié)晶體 管觸發(fā)電路”模塊。 實踐報告 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 4 DJK06 給定及實驗器件 該掛件包含“二極管” 以及“開關(guān)”等幾個模 塊。 5 D42 三相可調(diào)電阻 6 雙蹤示波器 自備 7 萬用表 自備 實踐內(nèi)容： 【實踐方案設(shè)計】 （1）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試 將 DJK01電源控制屏的電源選擇開關(guān)打到“直流調(diào)速”側(cè)，使輸出線電壓為200V，用 兩根導(dǎo)線將 200V交流電壓接到 DJK03-1的

10、“外接 220V”端，按下“啟動”按鈕，打開 DJK03-1電源開關(guān)，用雙蹤示波器觀察單結(jié)晶體管觸發(fā)電路中整流輸出的梯形波電壓、 鋸齒波電壓及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路輸出電壓等波形。調(diào)節(jié)移相電位器RP1，觀察鋸齒 波的周期變化及輸出脈沖波形的移相范圍能否在 30 170范圍內(nèi)移動 ? （2）單相半波可控整流電路接電阻性負載 觸發(fā)電路調(diào)試正常后， 按電路圖接線。 將電阻器調(diào)在最大阻值位置， 按下“動”按鈕， 用示波器觀察負載電壓 Ud、晶閘管 VT 兩端電壓 UVT的波形，調(diào)節(jié)電位器 RP1，觀察 =30、 60、 90、 120、150時 Ud、UVT 的波形，并測量直流輸出電壓 Ud 和電源電壓

11、U2，記錄于下表中。 30 60 90 120 150 U2 Ud （記錄值） Ud/U2 Ud （計算值） 實踐報告 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 Ud=0.45U2（1+cos）/2 （3）單相半波可控整流電路接電阻電感性負載 將負載電阻 R改成電阻電感性負載 （由電阻器與平波電抗器 Ld 串聯(lián)而成）。暫不接續(xù) 流二極管 VD1，在不同阻抗角 阻抗角 =tg-1（ L/R） ，保持電感量不變，改變 R 的電阻值 , 注意電流不要超過 1A 情況下，觀察并記錄 =30、60、90、120 時的直流輸出電壓值 Ud及 UVT的波形。 30 60 90 120 150 U2 Ud （記錄值） Ud

12、/U2 Ud （計算值） Ud=0.45U2(1+cos)/2 【實踐過程】（實踐步驟、記錄、數(shù)據(jù)、分析） 按照詳細電路連接，檢查電路無誤后，合上電源，調(diào)節(jié)滑阻改變 錯誤！未找到引用源。 的大小， 觀察到燈泡隨著調(diào)節(jié)滑阻時而變暗時而變亮。 1、實驗數(shù)據(jù)記錄表 輸入電壓 U2 128V 負載組成 R LR L+續(xù)流二極管 Ud(V) 0 55 5 55 45 49 46 90 32.5 2 30 135 7.5 0 9 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 實踐報告 2.實驗波形記錄和分析 2.1 純電阻負載輸出電壓波形圖 負載：燈泡（電阻） =0 =90 負載：燈泡（電阻） 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地

13、實踐報告 負載：燈泡（電阻）=135 2.2 純電阻負載實驗分析 在此試驗中，我們可以看出通過改變觸發(fā)角 的大小，直流輸出電壓，負載上的輸出電壓波形都 發(fā)生變化 ,顯然=180時，平均電壓 Ud =0 由于晶閘管只在電源電壓正半波（ 0 ）區(qū)間內(nèi)導(dǎo) 通，輸出電壓 U d 為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，故稱半波整流。單相半波可控整流電路 中的輸出電壓與電流的波形相同， 由于是電阻負載， 電阻對電流沒有阻礙作用， 沒有續(xù)流的作用， 不會產(chǎn)生反向電流，晶閘管的電壓沒有負值。 2.3 電感負載輸出電壓波形圖 負載：電阻 +電感 =0 負載：電感 =90 實踐報告 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 2.4

14、 電阻電感性負載實驗分析 由于在實際生活中有很多負載是電感性負載，如直流電動機的繞組、電磁離合器的線圈、電 磁鐵等，它們既含有電阻又含有電感，且電感量較大。由于電磁感應(yīng)作用，當(dāng)通過電感元件 電流發(fā)生變化時，在電感中產(chǎn)生阻礙電流變化的感應(yīng)電動勢，將使電流的變化總是滯后于外加電 壓的變化。與電阻性負載相比，負載電感的存在，使得晶閘管的導(dǎo)通角增大，在電源電壓由正到 負的過零點也不會關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負波形，輸出電壓和電流的平均值減小；大電感負載時 輸出電壓正負面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零。 2.5 帶續(xù)流二極管的電感負載的輸出電壓波形圖 負載：電阻 +電感 =0 負載：電感 =45 實踐報告 電氣與控制工程學(xué)院實踐基地 負載：電感 =90 負載：電感 =135 由以上分析可以看出，阻感性負載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負載波形相同， 續(xù)流二極管起到了續(xù)流的作用。在電感無窮大時，負載電流為一直線，流過晶閘管和續(xù)流二極管 的電流波形是矩形波。阻感性負載加續(xù)流二極管的單向半波可控整流的 +也等于 180o。 結(jié)論】 本次實驗中，經(jīng)過親自的動手連接電路，并自己對波形圖進行觀察，對單相半波整流電路的 概念又有了新的理解。本來只是在書本上看到了理想的波形，但是在實驗中，真