單項半控橋整流電路實驗
一、 實驗內容：
1. 實現控制觸發脈衝與閘流體同步；
2. 觀測單相半控橋在純阻性負載時ud、uvt波形，測量最大移相範圍及輸入輸出特性；
3. 單相半控橋在阻性—感性負載時，測量最大移相範圍，觀察失控現象並討論解決方案。
二、 實驗器材
1. 電力電子及電氣傳動教學實驗臺：mcl—ⅲ型；
2. 數字儲存示波器：tds 1012,100mhz，1gs/s；
3. 台式萬用表：gdm—8145。
三、 小組人員分工
四、 實驗原理
1. 器材選擇原理：
本實驗是單相半控橋整流電路，但是卻不是直接利用單相半控橋整流電路，而是利用三相全控橋整流電路和整流二極體改造的，因此我們需要選出兩隻閘流體和兩隻的整流二極體來組成我們的實驗電路。又因為本實驗三相全控橋整流電路的觸發訊號是固定的（相差60度）是不能改變的，因此在連線電路前我們需要考慮選取三相全控橋的12只閘流體（兩個三相全控橋整流電路每個6只閘流體，為了方便接線所以需要用到兩個電路）的兩隻閘流體（12只閘流體中有兩對）。首先單相橋半控橋的兩個閘流體各自導通半個週期所以選擇的兩個閘流體的觸發訊號必須要差180度，又因為只是單相整流所以需要有一相在兩個閘流體導通時分別為正負值，根據以上原則所以盡1號與4號和2號於5號管可以滿足條件；對於二極體來說，因為整流二極體是不可控元件，所以不需要選擇。
2. 電路的整流原理：
在u2正半周，觸發角ɑ處給閘流體vt1加觸發脈衝，u2經vt1和和vd4向負載供電。u2過零變負時，因電感作用使電流連續，vt1繼續導通。但因a點電位低於b點電位，使得電流從vd4轉移至vd2，vd4關斷，電流不再流經變壓器二次繞組，而是由vt1和vd2續流。
此階段忽略器件的通態壓降，則ud=0,不像全控橋電路那樣出現ud為負的情況。
在u2負半周觸發角ɑ時刻觸發vt3，vt3導通，則向vt1加反壓使之關斷，u2經vt3和vd2向負載供電。u2過零變正時，vd4導通，vd2關斷。vt3和vd4續流，ud又為零。
3. 輸出負載電壓平均值為：
五、 實驗過程
1. 實現同步：
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）兩組基於三相全控整流橋的閘流體陣列（約12只），選定兩隻閘流體，與整流二極體陣列（共6只）中的兩隻二極體組成共陰極方式的半孔整流橋，保證控制同步，並外接純阻性負載。
3) 把負載電阻調到最大，檢查電路接線正確後，開啟電源開關。
思考：接通電源和控制訊號後，如何判斷移相控制是否同步？
答：用雙蹤示波器觀察示波器 ud 波形，在同步的時候，會產生穩定的頻率為正弦波頻率的兩倍的鋸齒波，並且波形隨控制訊號的連續改變穩定變化。
半控橋純阻性負載實驗：
1) 連續改變控制角α，測量並記錄電路實際的最大移相範圍，用數位相機記錄α最小、最大和90°時的輸出電壓ud波形（注意：負載電阻不宜過小，確保當輸出電壓過大時，id不超過0.6a）；
2) 在最大移相範圍內，調節不同的控制量，測量控制角α、輸入交流電壓u2、控制訊號uct和整流輸出ud的大小，要求不低於8組資料。
連續改變控制角，測量並記錄電路實際的最大移相範圍，用數位相機記錄α最小、最大和90度時的三組輸出電壓ud波形。：
觸發角α最小時輸出電壓ud波形，並拍攝此時數字示波器顯示波形如左圖。
觸發角α90度時輸出電壓ud波形，並拍攝此時數字示波器顯示波形如左圖。
觸發角α最大時輸出電壓ud波形，並拍攝此時數字示波器顯示波形如左圖。
思考：如何利用示波器測定移相控制角的大小？
答：先控制示波器定格，把兩條垂直標尺移動到整流後波形的始末兩端，得到整流後波形的長度t，再用同樣方法得到原正弦半波週期t，用a=（t-t）/t*180°算出控制角。
我們測得的實驗資料如下表所示：
2. 半控橋阻-感性負載（串聯l=200mh）實驗：
1) 斷開總電源，將負載電感串入負載迴路；
2) 連續改變控制角α，記錄α最小，最大和90°時的輸出電壓ud的波形，觀察其特點（id不超過0.6a）；
當閘流體觸發脈衝的觸發角α最小時輸出電壓ud波形，拍攝雙蹤示波器顯示波形如左圖。
當閘流體觸發脈衝的觸發角α為90o時輸出電壓ud波形，拍攝雙蹤示波器顯示波形如左圖。
當閘流體觸發脈衝的觸發角α最大時輸出電壓ud波形，拍攝雙蹤示波器顯示波形如左圖。
3) 固定控制角α在較大值，調節負載電阻由最大逐步減小（分別達到電流斷續、臨界連續和連續0.5a值下測量。注意 id ≤0.
6a），並記錄電流id波形，觀察負載阻抗角的變化對電流id的濾波效果；
電流斷續時，拍攝輸出電壓波形圖如左圖。
電流連續時，拍攝輸出電壓波形圖如左圖。
4) 調整控制角α或負載電阻，使id≈0.6a，突然斷掉兩路閘流體的脈衝訊號（模擬將控制角α快速推到180o），製造失控現象，記錄失控前後的ud波形，並思考如何判斷哪乙隻閘流體失控。
閘流體失控前波形圖
閘流體失控後波形圖
思考：如何在負載迴路獲取負載電流的波形？
答：阻性負載存在於負載回路上，可以通過示波器顯示阻性負載的電壓波形，由於電流和電壓只存在倍數關係，所以電流波形和電壓波形一致，通過示波器可以間接測的電流波形。
如何判斷閘流體是否失控？
答：在去掉觸發脈衝後，觀察示波器ud的波形，觀察示波器vt1和vt3是否輪流導通，或者ud的波形半週期內是否為0，為0則失控。沒有輪流則失控。
我們測得的實驗資料如下表：
一、 二、
三、 四、
五、 資料處理
我們實驗小組運用計算機通過matlab對實驗資料進行整合處理得到如下所示的圖形：
1. 純阻性負載的實驗曲線
2. 阻感性負載實驗曲線
六、 綜合評估
1. 實驗方案可信度分析
本次實驗方案主要依據來自實驗指導書，實驗前認真聽肖老師講解，實驗過程中參考《電力電子經過小組內成員和與其他小組之間的大量討論驗證後得出該實驗的最終方案，實驗過後進一步學習和了解對於本次實驗的一些拓展，在曲線描繪時採用matlab插值演算法，保證精度。實踐證明此方案可信度較高。
2. 實驗結果可信度分析：
本次實驗中採用了tds1012示波器和 mcl-iii型實驗台等精密度很高的實驗裝置，通過matlab繪製結果曲線與理論曲線很接近，保證了此次實驗結果的可信。如果實驗過程中減少一些操作上的誤差，其實驗精度將會更高。
3. 優化改進方案
將vt2（即實驗中的vt4）與vd2換個位置，形成下圖所示電路。形成的電路中兩個串聯二極體除整流作用外，還可以代替外接續流二極體。大電感負載時，可以通過vd1、vd2形成續流迴路，來代替續流二極體，電路省掉乙個二極體，更經濟實用。
在觸發正常的情況下，在電源電壓正負半周時，分別由vt1，vd2和vt2，vd1與電源和負載組成工作迴路，工作原理變化不大，而且電路也不會發生失控現象。
七、 思考
1. 闡述選擇實驗面板閘流體序號構成半控橋的依據。
答：在兩組基於三相全控整流橋的閘流體陣列（共12只）中，需要選擇兩隻觸發角度相差180度的閘流體。在一組三相的整流橋中，有三對滿足條件的管子首尾相接。
討論後發現可以選定第一組的vt1與第二組的vt4，或者第一組的vt2和第二組的vt5。由於每組的兩個閘流體分別接觸發電壓uc的正負輸出，保證它們的觸發脈衝相差180度，從而在u2的正負半周分別觸發兩隻閘流體，而且兩隻管子沒有首尾相接，可以接入此電路。我們小組選擇了vt1和vt4。
2. 測繪電阻負載時ud = f (α)和ud = f (uct)的實驗特性曲線（注：由資料處理軟體自動生成），其中將實驗ud = f (α)與理論推算ud = f (α)特性曲線比較（在同一座標系內），若存在誤差，分析成因。
3. 分析阻-感性負載時，為什麼減小負載電阻輸出電流的波形越趨平穩？基於有較大的感抗值，電路能否接純感性負載工作，為什麼？
答：阻-感性負載時，減小負載電阻，電路中實際負載接近純感性負載，對輸出電流的變化抑制作用更加強烈，所以其波形越趨平穩。
基於有較大的感抗值，電阻不能接純感性負載。較大的感抗值，在純感性負載工作時，由於其儲存很大的能量，在迴路中會產生很大的電流，有可能損壞器件。
4. 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特徵差異，說明原因。
答：單項全控橋電路在電壓輸入u2的負半周時輸出電壓會出現負值，而本電路不會。本電路帶阻感負載時，在u2的負半周時，vt1和vd2續流，忽略器件導通壓降時，ud=0，在u2負半周觸發角α時刻觸發vt3，vt3導通後vt1關斷，u2過零變正時，vd4導通，vd2關斷，vt3和vd4續流，u2又為零。
5. 若以ud = f (uct)的實驗特性曲線作為控制電源的靜態模型建模依據，該電源的近似放大係數ks≈？
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