单相半波可控整流电路实验

实 验 报 告

课程名称：       电力电子技术基础                           

实验名称：           单相半波可控整流电路                                     

院 （系）：    自动化         专    业：      自动化     

姓    名：     黄一航        学    号：      08009417      

实 验 室：                    实验组别：                   

同组人员：  409；436；424     实验时间：2012 年 04 月 14 日

评定成绩：                    审阅教师：                   

一、实验目的

1、熟悉强电实验的操作规程；

2、进一步了解晶闸管的工作原理；

3、掌握单相半波可控整流电路的工作原理。

4、了解不同负载下单相半波可控整流电路的工作情况。

二、实验原理

1、晶闸管的工作原理

晶闸管的双晶体管模型和内部结构如下：

晶闸管在正常工作时，承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值一下。

2.单相半波可控整流电路（电阻性负载）

2.1电路结构

若用晶闸管T替代单相半波整流电路中的二极管D，就可以得到单相半波可控整流电路的主电路，如图1-1 电路图所示。设图中变压器副边电压u2为50HZ正弦波，负载 RL为电阻性负载。

图 1  单相半波可控整流电路(纯电阻负载)的电路原理图

2.2 工作原理：

 （1）在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管承受正向电压，脉冲uG在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id,负载上有输出电压和电流。

 （2）在ωt=π时刻，u2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。

 （3）在电源电压负半波（π~2π区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零。

 （4）直到电源电压u2的下一周期的正半波，脉冲uG在ωt=2π+α处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加在负载上，如此不断重复。

2.3基本数量关系

a.直流输出电压平均值

b.输出电流平均值

c.负载电压有效值

d.负载电流有效值

e.晶闸管电流平均值

3.单相半波可控整流电路（阻感性负载）

3.1电路结构

图2 单相半波可控整流电路（阻—感性负载）电路原理图

波形图

3.2 工作原理

在ωt=0~α期间：晶闸管阳-阴极间的电压uAK大于零，此时没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。

在ωt=α时刻，门极加触发信号，晶闸管触发导通，电源电压u2加到负载上，输出电压ud= u2 。由于电感的存在，负载电流id只能从零按指数规律逐渐上升。

在ωt=ωt1~ωt2期间：输出电流id 从零增至最大值。在id的增长过程中，电感产生的感应电势力图电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分为电感的储能。 

在ωt=ωt2~ωt3期间：负载电流从最大值开始下降，电感电压改变方向，电感释放能量，企图维持电流不变。

在ωt=π时，交流电压u2过零，由于感应电压的存在，晶闸管阳极、阴极间的电压uAK仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存的磁能一部分释放变成电阻的热能，另一部分磁能变成电能送回电网，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2 反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周，即ωt=2π+α时，晶闸管再次被触发导通，如此循环不已。

4.单相半波可控整流电路（感性负载加续流二极管）

4.1电路结构

图3 单相半波可控整流电路（阻—感性负载激加续流二极管）的电路原理图

4.2 工作原理

在电源电压正半波（0~π），晶闸管受正向电压。在ωt=α处触发晶闸管，使其导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流，此间续流二极管VD承受反向阳极电压而关断。

在电源电压负半波，电感感应电压使续流二极管VD导通续流，此时电压u2 ＜0， u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向电压而关断，负载两端的输出电压为续流二极管的管压降，如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使id连续，且id波形近似为一条直线。

以上分析可看出，电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形是矩形波。

对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围与单相半波可控整流器电阻性负载相同，为0～180º，且有α+θ=180º。

4.3基本数量关系

a.直流输出电压平均值

b.输出电流平均值

c.晶闸管电流的平均值 

d.负载电流有效值

三、实验步骤及记录

按照详细电路连接，检查电路无误后，合上电源，调节滑阻改变的大小，观察到灯泡随着调节滑阻时而变暗时而变亮。

1、实验数据记录表

输入电压

2.1纯电阻负载输出电压波形图

负载：灯泡（电阻）        α=0°

负载：灯泡（电阻）        α=45°

负载：灯泡（电阻）        α=90°

负载：灯泡（电阻）        α=135°

2.2纯电阻负载实验分析

在此试验中，我们可以看出通过改变触发角α的大小，直流输出电压，负载上的输出电压波形都发生变化,显然α=180°时，平均电压=0 由于晶闸管只在电源电压正半波（0~）区间内导通，输出电压为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称半波整流。单相半波可控整流电路中的输出电压与电流的波形相同，由于是电阻负载，电阻对电流没有阻碍作用，没有续流的作用，不会产生反向电流，晶闸管的电压没有负值。

2.3电感负载输出电压波形图

负载：电阻+电感        α=0°

负载：电感        α=90°

2.4电阻电感性负载实验分析

由于在实际生活中有很多负载是电感性负载，如直流电动机的绕组、电磁离合器的线圈、电磁铁等，它们既含有电阻又含有电感，且电感量较大。由于电磁感应作用，当通过电感元件L 的电流发生变化时，在电感中产生阻碍电流变化的感应电动势，将使电流的变化总是滞后于外加电压的变化。与电阻性负载相比，负载电感的存在，使得晶闸管的导通角增大，在电源电压由正到负的过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零。

2.5带续流二极管的电感负载的输出电压波形图

负载：电阻+电感        α=0°

负载：电感        α=45°

负载：电感        α=90°

负载：电感        α=135°

2.6带续流二极管的电感负载实验分析

由以上分析可以看出，阻感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管起到了续流的作用。在电感无穷大时，负载电流为一直线，流过晶闸管和续流二极管的电流波形是矩形波。阻感性负载加续流二极管的单向半波可控整流的α+θ也等于180º。

四、实验总结