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单相桥式全控整流电路实验_3

一、实验目的

(1)本实验旨在深入研究单相桥式全控整流电路的工作原理与性能特点。通过搭建实验电路，观察和分析电路在不同负载条件下的输出特性，深入了解整流电路的效率、波形失真度以及负载调节能力。实验中，将使用具体的数据和波形图，如输入电压为220V交流电，负载电流范围从0A到10A，通过精确测量整流二极管和负载上的电压、电流值，以验证理论计算结果。

(2)通过本次实验，期望学生能够掌握单相桥式全控整流电路的设计方法，了解其主要元件（如晶闸管、二极管、滤波电容等）的作用及其在电路中的工作状态。同时，实验还将探讨电路在不同参数条件下的稳定性，如晶闸管的触发脉冲的相位控制对整流效果的影响，以及滤波电容容量对输出波形平滑度的贡献。具体案例包括：当晶闸管触发角θ=60°时，负载电流为5A，输出电压纹波系数控制在1%以内。

(3)此外，实验目的还包括评估单相桥式全控整流电路在实际应用中的优缺点，以及如何通过调整电路参数来优化性能。实验中，将对比分析不同晶闸管型号、不同滤波电容值的电路输出特性。例如，通过对比实验发现，使用型号为KT60的晶闸管与型号为KT30的晶闸管在相同条件下，输出电压峰值相差约5%，而使用大容量滤波电容可以显著降低输出电压的纹波，提升电路的负载能力。通过这些实验数据，学生可以更好地理解电路在实际应用中的表现和局限性。

二、实验原理

(1)单相桥式全控整流电路主要由四个晶闸管、四个二极管、一个负载电阻和交流电源组成。该电路通过晶闸管的导通与关断来控制电流的流动，实现交流电到直流电的转换。在理想情况下，当交流电源电压为正半周时，晶闸管V1和V3导通，负载电流从V1流经负载回到V3；当交流电源电压为负半周时，晶闸管V2和V4导通，负载电流从V2流经负载回到V4。通过这种方式，电路能够将交流电转换为较为平滑的直流电。

(2)实验中，通常采用晶闸管作为开关元件，其导通电压和关断电压对整流效果有重要影响。例如，假设晶闸管的导通电压为1V，关断电压为1.5V，当输入交流电压为220V时，整流后的直流电压峰值理论上可达220V-1V-1.5V=216.5V。在实际应用中，由于晶闸管的导通和关断存在一定的时间延迟，以及负载的波动，整流后的直流电压峰值可能会略有降低。

(3)单相桥式全控整流电路的输出波形与负载电阻的大小密切相关。当负载电阻较小时，输出电流较大，导致电压波形失真度增加；当负载电阻较大时，输出电流减小，波形失真度降低。例如，当负载电阻为10Ω时，输出电压纹波系数约为3%；而当负载电阻增加到100Ω时，纹波系数降至1%。通过调整负载电阻，可以优化整流电路的性能，满足不同应用场景的需求。

三、实验仪器与设备

(1)实验中所需的主要仪器包括单相桥式全控整流电路实验装置，该装置包含四个晶闸管模块、四个二极管模块、一个可调交流电源、一个可调直流负载电阻、示波器、万用表、脉冲触发电路以及实验控制台。这些设备能够提供所需的交流电源，控制晶闸管的触发脉冲，并测量整流电路的输出电压和电流。

(2)示波器和万用表是实验中不可或缺的测量工具。示波器用于观察和记录整流电路的输出波形，包括电压和电流的波形，以及它们之间的相位关系。万用表则用于测量电压、电流和电阻等参数，确保实验数据的准确性和可靠性。实验过程中，示波器和万用表的使用频率较高，是进行数据采集和分析的关键设备。

(3)实验控制台包括电源开关、晶闸管触发脉冲控制按钮、负载电阻调节旋钮等。这些控制元件允许实验者调整实验条件，如改变晶闸管的触发角、负载电阻的大小等。此外，控制台还配备了必要的指示灯，用于显示电路的运行状态，如晶闸管的导通和关断状态，确保实验过程的安全和顺利进行。实验控制台的设计旨在提供直观的操作界面，便于实验者进行实验操作和数据观察。

四、实验步骤

(1)实验开始前，首先检查实验装置的完整性，确保所有连接正确无误。随后，将交流电源的输出电压调整至220V，并连接至整流电路的输入端。接着，开启实验控制台，设置晶闸管的触发脉冲频率和相位，确保晶闸管能够按照预定的时间间隔导通。

(2)在电路连接完成后，逐步调整负载电阻，从最小值开始逐渐增加，观察并记录不同负载电阻下的输出电压和电流值。使用示波器实时监测输出波形，分析波形的失真程度和纹波系数。同时，使用万用表测量整流二极管和负载上的电压、电流，确保数据采集的准确性。

(3)在实验过程中，根据需要调整晶闸管的触发角，观察输出电压和电流的变化，分析触发角对整流效果的影响。在实验的不同阶段，记录下关键参数，如输入电压、输出电压、负载电流、晶闸管导通角等。实验结束后，整理实验数据，绘制输出电压与负载电流的关系曲线，分析电路的动态响应和稳定性。

五、实验结果与分析

(1)实验结果