电子电工实验——裂相(分相)电路仿真实验论文

裂相(分相)电路仿真实验论文班级：学号：姓名：摘要：本论文介绍了单相电源裂相成多相的原理。利用RC选频电路可以将一交流单相电压裂相成有效值大小相等，具有一定相位差的多相电压。通过RC桥式分相电路原理，将一220V50Hz电压分解成有效值为150V（偏差2%）相位差为90度（偏差2%）的两相电压。通过三相裂相电路，将220V50Hz单相分电压分相成有效值为110V相位差为120度的三相电压。相后各相接入相同负载电阻时，随着负载的增大，电压有效值趋相等，相位差两相的趋于90度，三相的趋于120度。各相负载在空载时消耗的功率最小。关键词：裂相电路RC选频网络三相电路负载功耗电压---负载引言：随着科学技术的高速发展电工技术在许多领域扮演者越来越重要的角色。裂相技术作为一项较为简单的技术，在教学演示和实际生活中有着很大的实用价值。一些电工学教科书提到了R-C裂相电路，我在参考了资料后，对裂相电路进行了仿真研究，分别将单相交流电源分裂成相位差为90度的两相电源和相位差为120度的三相电源。在实验中，我通过仿真测量记录多组负载的数据，绘制成图表，并进行了简单的分析，从而达到研究的目的。正文：本实验应用Multisim7软件进行电路仿真模拟，方便快捷，无需实验仪器。一、将单相电源分裂成两相1）通过RC选频电路可以将220V50Hz单相电压源裂相成有效值相等为150V左右，相位差90度的两相负载。其电路图如下图：图中所示为以RC桥式分相电路原理的一种，它可将输入电压sU分裂成1U和2U。两个输出电压，且使1U和2U相位差成90°。电路中输出电压1U和2U分别与输入电压sU关系为2111)(11CwRUUS2222)1(11CwRUUS对输入电压sU而言，输出电压1U和2U的相位为112arctanCR2221arctanCR或)90tan(cot2222CR由此222arctan90CR若RCCRCR2211则必有9021一般而言，1和2与角频率无关，但为使U1和U2数值相等，可令12211CRCR，取值C1=10uF,C2=20Uf,可计算得R1=318.31欧姆，R2=159.155欧姆。其向量图如下图：按原理图方式连接电路图，选取标示值的理想元件。将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为90度的两相电源。两相输出穿戴时电压有效值相等，为150×（1±4%）V；相位差为90°×（1±2%）。测量并做电压电压——负载（三负载相等，且为电阻性）特性曲线，到输出电压110×（1-10%）V，相位差为120°×（1-5%）利用示波器显两相的相位差显示如下：图示各相有效值大致相等且在理论计算误差范围内，相位差为90度。将两分相接入两相等负载电阻后，通过增大电阻阻值使得分相电压有效值趋向相等，相位差趋向90度，下表为电压----负载表格、曲线：电阻/Ohm1100200300500100015002000U1/V0.68951.14879.19196.023114.944132.936139.976143.684U2/V1.37479.195107.026120.325132.946143.693147.528149.489电阻/Ohm250030003500400045005000空载U1/V146147.5148.633149.477150.138150.669155.539U2/V150.7151.45152.056152.488152.825153.096155.5510204060801001201401601801100200300500100015002000250030003500400045005000空载U1/vU2/V从曲线图简单明了的看出，相电压随负载单调递增，且当负载趋于无穷时，趋于恒定值，与预期结论吻合得很好。2）该分相电路在负载空载时消耗功率达到最小值，其负载功耗随电阻变化的数据表格及部分电路截图如下：电阻/Ohm1500800100015002000P1/W0.47526.31520.4817.67813.06610.326P2/W1.88735.35524.82120.65214.51211.175电阻/Ohm30005000800010000空载P1/W7.2564.5422.9072.34424.204*e-9P2/W7.654.6882.9652.38224.204*e-90510152025303540150080010001500200030005000800010000空载P1/WP2/W3）负载为电感时电压—负载表格、曲线：电感/H1m50m100m200m500m1U1/V0.21711.40523.94852.54153.498219.911U2/V0.43523.94852.54120.19219.946197.267电感/H501005001000空载U1/V157.1156.33155.696155.617155.539U2/V156.3155.95155.63155.591155.5510501001502002501m50m100m200m500m1501005001000空载电感/HU1/VU2/V4）负载为电容时电压—负载表格、曲线：电容/F1u3u5u8u10u20uU1/V148134.12122.022106.83398.38169.568U2/V151.7144.35137.424127.866122.02898.384电容/F30u50u80u100u200uU1/V53.3636.16724.29519.91810.464U2/V81.760.43843.14536.16819.9180204060801001201401601u3u5u8u10u20u30u50u80u100u200uU1/VU2/V二、将单相电路分裂成三相1）将单相电源Us分裂成三相有效值为110V（2%偏差）相位差120度(2%偏差)的电压，其电路图如下所示：上图所示为RC桥式分相电路原理的一种，它可将输入电压路sU分裂成ABU，BCU，CAU三个输出电压，且ABU，BCU，CAU相位差成120度，3130tan11111CRUURC360tan12222CRUURC为方便计算，不妨取CCC21,则有2133RR即RRR3321RC31此时可满足ABU，BCU，CAU为三相对称电压，输出线电压slUU23类似地，由对偶原理可得RL裂相电路参数：2131RR1213RLLL即RRR3312RL3。由相量图分析可知，当Xc2/R2=tan60Xc3/R3=tan30时能够满足ABC三相电压有效值相等，相位差为120度。取定R2，R3为1k欧姆时，通过计算得到C2=1.84uF，C3=5.52uF。1、将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为120°对称的三相电源。（1）两相输出空载时电压有效值相等，为110×（1±4%）V，相位差为120°×（1±2%）(2)测量并做电压电压——负载（三负载相等，且为电阻性）特性曲线，到输出电压110×（1-10%）V，相位差为120°×（1-5%）通过示波器观察各相相位关系如下图：负载为电阻时电压—负载表格、曲线：电阻/欧11002005001kU1/V0.5840.55261.10586.42699.157U2/V0.2218.02430.34251.9268.939U3/V0.3826.97941.92164.97981.756电阻/欧2k3k5k10k空载U1/V105.9107.85109.106109.749110U2/V83.3990.08796.639102.596109.918U3/V94.4999.557103.814107.002109.97302040608010012011002005001k2k3k5k10k空载电阻/欧U1/VU2/VU3/V2）负载为电阻时功率—负载表格、曲线：电阻/欧11005001K2K5K10K20K空载P1/W336.454m16.44714.9439.8355.6082.3811.205604.3m12.506nP2/W48.207m3.2495.3944.7563.481.871.054563.1m12.705nP3/W144.396m7.288.4486.6884.4672.1571.146589.3m12.705n02468101214161811005001K2K5K10K20K空载电阻/OhmP1/WP2/WP3/W3）负载为电感时电压—负载表格、曲线：电感/H1m100m300m500m800m1U1/V0.18320.31670.372114.54140.639114.508U2/V0.0697.71127.83549.20771.60882.649U3/V0.1212.80940.59659.77964.57364.974电感/H10153050100500U1/V115.3112.19110.447110.143110.033110.001U2/V118116.71114.155112.678111.35110.218U3/V126.1121.07115.407113.156111.527110.2770204060801001201401601m100m300m500m800m110153050100500电感/HU1/VU2/VU3/V4）负载为电容时电压—负载表格、曲线：电容/uF0135810U1/V110109.94102.07393.03181.96575.937U2/V109.991.89365.34251.4939.89735.009U3/V11099.64789.01379.39667.50761.219电容/uF20305080100200U1/V55.2243.08129.69920.15416.5798.766U2/V22.5416.93911.4017.6656.293.316U3/V41.4731.20720.76813.77911.2445.84705010015013581020305080100200电容/uFU1/vU2/VU3/V由上可知：容性、感性、阻性负载的电压-负载特性与有很大的不同，容性负载电压随负载增大而逐渐衰减为零，感性负载电压随电压增大先增大然后再衰减，最后趋于稳定，且不为零。阻性负载电压随负载增大而增大，最后趋于空载电压。三、RC桥式裂相电路的用途1、分相电路可以提供更多的接口，使各负载之间能够分开，而不需要同时并联到哪一单相电源上，用电更名安全。阻性负载时，负载越大，得到的电压越稳定，越接近理论值。空载时，电阻趋向无穷大，此时功耗最小。2、三相电动机和机座同样大小的单相时机进行比较时，其输出功率可大一倍，效率也高，而且三相电动机的瞬时功率和瞬时转矩等于平均功率和平均转矩而保持为常数，故运转平稳，另外，三相电动机倒转、顺转控制均较方便，但在民用及教学演示等场合，往往没有三相电源。这时用分相电路即可在一定条件下，在单相电源的作用下获得对称的三相电源，从而，使仅有单相供电的场合，能够运用三相电动机。3、在只有单相电源又需要多相电源的地方就得用分相电路。对于使用小功率单相电机的家用电器如家用洗衣机、窗式空调、吸尘器及电风扇等，若将单相异步电动机换为三相异步电动机，由于其负载较为固定，使用这种裂相电路可大大改善其性能并且能够获得一定的社会经济效益。但须说明的是，对于负载经常变动的大功率的用电器一般来说使用这种裂相电路是不适宜的。因为这种裂相电路的元件也要随之作范围的变动，调整很难实现。4、在单相异步时机里，需要不同的相位的以形成移进磁场或者旋转磁场，这时、采用的电源是单相的内部却要多相的，这种时刻要靠分相电路了！结论：1．利用RC，RL桥式电路可以将单相交流电源裂相成