南京理工大学电路实验论文

裂相（分相）电路的设计及其电压、功率与负载关系的讨论

南京理工大学XXXX学院

摘要：本文主要利用Multisim14.0仿真设计软件模拟的裂相电路。设计将单相交流源分裂成分裂成相位差为90°的两相电源和相位差为120°的对称三相电压电路。研究其电压与负载的关系曲线并且论证了当负载为空载时功耗最小。最后讨论分相电路的用途。

关键词：裂相电路单相电源多相电源负载电压功率

引言：分相电路可以把交流电压源分裂成具有相位差的多相电源，而多相电路性能稳定，与单相电路相有很多优越性，裂相技术在实际应用中还有很大的潜力有待开发。本文主要是研究如何将一个单相的交流电源分裂成多相交流电源的问题。通过实验，研究裂相后的电源接不同性质负载时电压的变化。

正文：

（1）实验材料与设备装置：

（2）实验过程与结果讨论：

一、将单相交流电源（220V/50Hz ）分裂成相位差为90°两相电源。

实验原理：把电源Us 分裂成U1和U2两个输出电压。如下图所示为RC 分相电路中的一种，它可将输入电压Us 分裂成U1和U2两个输出电压，且使U1和U2的相位差为90度。电路原理图如图1，图2。

图1 图2

图中输出的电压U1和U2分别和输入电压Us 为：

Us U 1＝2

)11(11C wR + （1）

Us

U 2＝2

)221

(

11C wR + （2）

对输入电压Us 而言，输出电压U1和U2与其的相位为：

Φ1=-tg 1

-(wR1C1) （3）

Φ2=tg

1

-(

2

21

C wR ) （4）

或

ctgφ2=wR2C2=-tg(φ2+90°) （5）

若

R1C1=R2C2=RC （6）

必有

φ1-φ2=90° （7）

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 （8）

实验过程：

1、根据上面的原理要求设计出电路图，如图三。空载时的输出波形及电压如图4，图5

图3 图4

图5

2、接入负载后测量并作电压—负载特性曲线。

实验线路：

图6

实验数据及处理：

两相电压—负载（电阻性）特性曲线

图7

3、证明设计的电路在空载是功耗最小。

两相功率—负载（电阻性）曲线

图8

从图中可知电路在空载是功耗最小。

二、将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为120°对称的三相电源。

实验原理：

将单相电源Us分裂成三相U OA、U OB、U OC互成120º的对称电压，原理图如图9所示

图9

对该图分析：

Xc2/R2=tan60°（9）

Xc2/R4=tan30°（10）此时满足UA、UB、UC相位差为120°

1、根据上面的原理要求设计出电路图，如图10，空载时的输出波形和电压值如图11、图12

图10

图11

图12

2、接入负载后测量并作电压—负载特性曲线。实验线路：

图13

实验数据及处理：

表2

三相电压—负载（电阻性）特性曲线

图14

3、证明设计的电路在空载是功耗最小。

三相功率—负载（电阻性）曲线

图15

从图中可知电路在空载是功耗最小。

三、若负载分别为感性或容性时，讨论电压—负载特性。

1、负载为电感时：

实验线路：

图16

实验数据及处理：

表3

三相电压—负载（感性）特性曲线

图17

从图中可以看出在一定电感值之前，电压随着感抗值的增加迅速增加，之后缓慢下降并趋于稳定。

2、负载为电容时：

实验线路：

图18

实验数据及处理：

三相电压—负载（容性）特性曲线

图19

从图中可以看出电压值随着电容值的增加迅速降低，之后缓慢趋于0。

四、分相电路的用途

（1）获得旋转磁场

（2）增加整流滤波效果

（3）有些裂相元件存在设备（主要为电机）中，一般称移相电路。可用电容、电感获得。

详细例子：裂相电路可以应用于荧光灯电子镇流器，它是用直流来点荧光等电子镇流器的电路。使用这个裂相电路图，只要增加四个元器件，不但功率因素可以增加提高到0.8以上，而且铁心电感L中流过的电流可以减小一半，因而使铁心电感的用铜量和用铁晾量降低，损耗减小。通过电感L的感性电流和通过电容的容性C的容性电流在电网中的相叠加，从而提高了功率因数，降低损耗，并且供电电压平稳。图中电阻R是为限制电容C的峰值电流而设的。此外，此电路图还可以用来点亮高压汞灯和高压钠灯。

结论：

1、可以根据电容与电感能够使交流电路电压的相位产生变化并且能够分压的特点来设计分相电。

2、设计电路的电阻R越大，电容C越小，所得到的裂相电路的性能越好。

3、裂相电路中负载消耗的功率随着负载的增大而减小，理论上当达到空载时，此时负载支路电流为零，故功耗为零，负载功耗应达到最小。

4、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，用电更加安全。

致谢：

最后，在此向指导我顺利完成本次实验的徐行健老师以及所有进行电工电子实验教学的老师们表示诚挚的感谢！