实验二单相桥式全控整流电路实验电力电子技术实验.docxVIP

PAGE

1-

实验二单相桥式全控整流电路实验电力电子技术实验

一、实验目的

(1)本实验旨在让学生深入理解单相桥式全控整流电路的工作原理和特性，掌握电力电子技术在实际应用中的基本知识和操作技能。通过实验，学生能够了解整流电路在电力系统中的作用，以及如何通过调整电路参数来改善输出性能。

(2)实验的主要目的是验证单相桥式全控整流电路的理论分析，包括电路的电压、电流和功率特性。通过实验观察和数据分析，学生可以掌握整流电路在不同负载条件下的工作状态，了解其效率和功率因数等关键性能指标。

(3)此外，实验还旨在培养学生独立完成实验设计和数据分析的能力。学生需要根据实验要求，设计实验方案，进行实验操作，并对实验结果进行整理和分析，从而加深对电力电子技术理论知识的理解和应用。通过实验，学生能够提高解决实际工程问题的能力，为今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。

二、实验原理

(1)单相桥式全控整流电路是由四个全控开关元件（如晶闸管）组成的，通过控制开关元件的导通和关断来实现交流电压到直流电压的转换。在理想情况下，当负载为纯电阻时，整流电路的输出电压与输入交流电压之间存在一定的关系。根据理想整流电路的原理，输出电压Ud的表达式为Ud=2Uin/π，其中Uin为输入交流电压的有效值。在实际应用中，由于存在开关损耗和电路元件的非理想特性，输出电压会有所下降。

(2)单相桥式全控整流电路的输出电压和电流特性受负载电阻和开关频率的影响。以负载电阻R为50Ω，开关频率为1000Hz为例，当输入电压Uin为220V时，通过理论计算可以得到输出电压Ud约为310V，输出电流I约为6.2A。在实际实验中，由于电路元件的导通电阻、开关损耗等因素，输出电压和电流会有所降低。此外，通过调节开关频率，可以改变输出电压的纹波含量，提高整流电路的输出质量。

(3)单相桥式全控整流电路的功率因数是一个重要的性能指标，它反映了电路的功率利用效率。在理想情况下，功率因数为1，表示电路无无功功率损耗。然而，在实际应用中，由于电路元件的非理想特性，功率因数往往低于1。以负载电阻为50Ω，输入电压为220V，开关频率为1000Hz为例，当负载电流为6.2A时，功率因数约为0.95。为了提高功率因数，通常需要采用电容器进行无功补偿，或者在电路设计中采用其他方法来降低无功功率损耗。

三、实验步骤

(1)实验开始前，首先需要搭建实验电路。实验电路包括单相桥式全控整流电路、可调交流电源、示波器、万用表、负载电阻等设备。在搭建电路时，应确保各个元件连接正确，特别是全控开关元件（如晶闸管）的触发电路应正确连接。实验中使用的晶闸管型号为KT14，其额定电压和电流分别为600V和10A。搭建完成后，进行电路通断测试，确保电路连接无短路或断路现象。

(2)实验过程中，首先调整可调交流电源的输出电压为220V，频率为50Hz。然后，逐步增加负载电阻的阻值，从10Ω开始，每隔10Ω增加一次，记录下对应的输出电压Ud和输出电流I。在记录数据的同时，使用示波器观察整流电路的输出波形，分析波形变化。例如，当负载电阻为50Ω时，输出电压Ud约为310V，输出电流I约为6.2A。在实验过程中，注意观察晶闸管的导通和关断过程，确保其触发信号正常。

(3)实验结束后，对所记录的数据进行整理和分析。首先，根据实验数据绘制输出电压Ud与负载电阻R的关系曲线，分析整流电路的输出特性。然后，计算不同负载电阻下的功率因数，分析功率因数与负载电阻的关系。例如，当负载电阻为50Ω时，功率因数约为0.95。此外，还可以通过改变开关频率，观察输出电压纹波含量的变化，分析开关频率对整流电路的影响。最后，将实验结果与理论计算值进行比较，分析实验误差产生的原因。

四、实验结果与分析

(1)实验结果显示，随着负载电阻的增加，单相桥式全控整流电路的输出电压Ud逐渐降低。以负载电阻从10Ω增加到100Ω为例，输出电压从约310V下降到约220V。这一现象与理论分析相符，即输出电压Ud与负载电阻R呈反比关系。同时，输出电流I随着负载电阻的增加而增加，当负载电阻为100Ω时，输出电流达到最大值，约为12.5A。

(2)在实验中，通过调节开关频率，观察到输出电压纹波含量的变化。当开关频率为1000Hz时，输出电压纹波含量约为5%。随着开关频率的增加，纹波含量逐渐减小。例如，当开关频率增加到2000Hz时，输出电压纹波含量降至3%。这一结果说明，提高开关频率可以有效降低输出电压的纹波含量，提高整流电路的输出质量。

(3)实验数据还显示，单相桥式全控整流电路的功率因数随着负载电阻的增加而降低。当负载电阻为50Ω时，功率因数约为0.95。随着负载电阻的增加，功率因数逐渐降低。例如，当负载电阻增加到100Ω时，功率因数降至0.85。这