电子电工综合实验论文

专题：裂相（分相）电路

                                     院系：自动化学院

  专业：电气工程及其自动化

姓名：小格子

学号：

指导老师：徐行健

裂相(分相)电路

摘要:

本实验通过仿真软件Mulitinism7，研究如何将一个单相的交流分裂成多相交流电源的问题。用如下理论依据：电容、电感元件两端的电压和电流相位差是90度，将这种元件和与之串联的电阻当作电源，这样就可以把单相交流源分裂成两相交流电源、三相电源。同时本实验还研究了裂相后的电源接不同的负载时电压、功率的变化。得到如下结论：

1.       裂相后的电源接相等负载时两端的电压和负载值成正相关关系；

2.       接适当的负载，裂相后的电路负载消耗的功率将远大于电源消耗的功率；

3.       负载为感性时，两实验得到的曲线差别较小，反之，则较大。

关键词：分相    两相    三相    负载    功率    阻性    容性    感性  

引言

根据电路理论可知，电容元件和电感元件最容易改变交流电的相位，又因它们不消耗能量，可用作裂相电路的裂相元件。所谓裂相，就是将适当的电容、电感与三相对称负载相配接，使三相负载从单相电源获得三相对称电压。而生活和工作中一般没有三相动力电源,只有单相电源,如何利用单相电源为三相负载供电,就成了值得深入研究的问题了。

正文

1．实验材料与设置装备

本实验是理想状态下的实验，所有数据都通过在电路专用软件Multisim 7中模拟实验测得的；所有实验器材为（均为理想器材）

实验原理：

(1). 将单相电源分裂成两相电源的电路结构设计

把电源U1分裂成U1和U2输出电压，如下图所示为RC桥式分相电压原理，可以把输入电压分成两个有效值相等，相位相差90度的两个电压源。

                

上图中输出电压U1和U2与US之比为

 ＝       ＝  

对输入电压Us而言，输出电压U1和U2与其的相位为：

Φ1=-tg (wR1C1)

Φ2=tg ()

或   ctgφ2=wR2C2=-tg(φ2+90°)

若    R1C1=R2C2=RC

必有     φ1-φ2=90°

一般而言，φ1和φ2与角频率w无关，但为使U1与U2数值相等，可令

                          wR1C1=wR2C2=1

           则在确定R,C数值时，可先确定C=10µF，则根据上式可确定R=318.31Ω。

       (2). 将单相电源分裂成三相电源的电路结构设计

              两相输出空载时电压有效值相等，为110×（1±2%）V，相位差为120°×（1±2%）

               

                   

2. 仿真过程及实验数据:

   (1)裂二相实验

      仿真实验元器件：

         交流电源(220V、50HZ)， C1=C2=10µF,R1=R2=318.31Ω。

      仿真实验图：

       

      仿真实验运行波形：

        

      仿真实验测量负载—电压实验：

         测量实验图为：

         

        测量数据整理及电压—负载（阻性）特性曲线：

         

      功耗—负载（阻性）特性

        

         由图可知电路在空载时功耗最小。

(2)裂三相实验

      仿真实验元器件：

          交流电源(220V、50HZ)，C1=183.87µF，C2=551.6µF,R1=R2=R3=R4=10Ω。

      仿真实验图：

        

      仿真运行波形：

        

      仿真实验测量负载—电压实验：

          测量实验图为：

        

      仿真实验数据及电压—负载（阻性）特性曲线：

        

      功耗—负载（阻性）特性

        

         由图可知电路在空载时功耗最小。

(3)负载分别为感性或容性时，电压——负载特性：

 

    

(4) 分相电路的用途：

（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！

分析：

结论：

本文从基本的裂相电路出发，经过理论分析和MultiSim7软件仿真，得出裂相电路各元件参数的关系，完成了裂相电路的设计；证明了电路在空载时功耗最小，得出三相对称负载（阻性、容性、感性）输出电压—负载的特性曲线，并简要说明了分相电路的用途。但从电压—负载特性曲线图上可以看出,裂相电路的输出电压会随着所接负载大小的变化而变化。所以，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。

参考文献：

《电工仪表与电路实验技术》  南京理工大学    马鑫金   编著

《电路》                    机械工业出版社  黄锦安   主编

感谢：

最后感谢我电工电子实验教学的老师，为我们完成本次实验提供了设计的软件和指导！

 

第二篇：中南大学 电工电子实验报告14-9 运算电路的分析与设计

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