电工电子仿真实验

电工电子综合实验论文

裂相电路

摘要：对于单相交流电源，可以采用裂相元件将其变成多相对称电源。

90本文主要是研究如何将单相交流电源（220V/50W）分裂成相位差为o

120的三相电源。进而在原电路的基础上改的两相电源以及相位差为o

变负载测量并作电压与负载的曲线，并测量证明电路在空载时功耗最小。接着讨论当负载分别为感性或容性时，其电压与负载的特性曲线，最后举例并说明了分相电路的用途。

关键词：裂相、单相电源、两相电源、三相电源、负载、电压、功率引言：裂相电路是一种较为简单的电路处理技术，在电工技术的领域中有很重要的应用。由电路理论可知，电容非常容易改变交流电的相位而又不消耗能量，因此常被用作裂相元件。裂相是指将适当的电容或电感与三相对称负载相配接，使三相负载从单相电源变成三相对称电源。但是生活中一般只有单相电源，因此如何利用单相电源裂变成多相电源就很值得研究了。

正文：通过看书以及参考一些资料之后，可以设计出单相交流电源裂变成两相以及三相的电路，并用Multisim对其进行仿真测量，记录多组负载数据，做出特性曲线，研究其基本性质，并验证当空载时功率最小。

1.实验原理：

90的两相电源

1）将单相交流电源分裂成相位差为o

将电源S U 分裂成1U 和2U 两个输出电压，下图（1）为所设计的分相电路原理图，它可将输入电压S U 分裂成1U 和2U 两个输出电压，且使1U 和2U 相位差为o

90。

图中输入电压S U 为交流电，输出电压为1U 和2U 。 则可知它们的关系：

2

222

2

22

111

1

⎪

⎭

⎫

⎝⎛+=

+=C R R c j R Us

U ωω

输入电压Us 而言，输出电压U 1和U 2与其的相位为：

C wR 11arctan -=ϕ 2

221

arctan

C wR =ϕ 或： )90tan(cot 2222 +-==ϕϕC wR 由此： 222arctan -90C wR =+ ϕ 若 RC C R C R 2211== 则必有 90-21=ϕϕ

一般而言，21ϕϕ和与角频率ω无关，但为使U 1和U 2数值相等，可令12211==C R C R ωω

U

U l

U 2

R 1

C

R

C

图（1）

()2

1111111

1C R c

j R c j Us U ωωω+=

+

=

当上述两条件都满足时则单相交流电被分裂成大小相等、相位差为90 o 的两相交流电。

2）将单相电源分裂成三相

和1）中将单相分裂成两相的原理类似，简单计算可知当电流2

I 与1I 相位差成o 60，电流3I 与1I 成相位差o 30，则可使电压A U 、B U 、C U 成对称三相电压。可利用公式

o 2260tan =R X C o C R X

30tan 3

3= 2.试验过程

1）将单相电源分裂成两相，单相交流电源220V/50HZ; ①取Ω==k 121R R ，F C C μ1847.321==。

可知当空载时，两相输出电压分别为155.524V 以及155.603V ；单相交流电频率为50Hz ，则一个周期为20ms ，ms 114.512=-T T ，可知此实验电路满足要求。

②在二个分相电源上分别接入可变电阻R 3、R 4，改变电阻大小，直到输出电压150（1-10%）V ；相位差为90°(1±2%),并画出电压-负载特性曲线。

Ω/电阻

250

500

750

1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500

V U /1 43.145 69.567 86.655 98.377 106.82 113.17 118.09 122.01 125.20 127.85 V U /2

43.166

69.602

86.699

98.427

106.88

113.23

118.15

122.07

125.26

127.91

Ω/电阻

2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000

V U /1 130.07 131.97 133.62 135.04 136.29 137.40 138.39 139.28 140.08 140.81 V U /2

130.14

132.04

133.68

135.10

136.36

137.47

138.46

139.35

140.15

140.88

由图可知，两电压基本相等，且随着负载电阻增大先增大后趋于定值。

③在在二个分相电源上分别接入可变电阻R3、R4，改变电阻大小，画出其功率--负载特性曲线，并证明电路在空载时功耗最小。

电阻1102050100150200500750 /

Ω

P/

W

0.0483 0.47441 0.93605 2.19 3.967 5.398 6.54 9.679 10.012

1

P/

W

0.04835 0.47489 0.93099 2.192 3.971 5.403 6.547 9.689 10.022

2

电阻100015002000250030003500400045005000 /

Ω

P/

W

9.678 8.539 7.444 6.538 5.806 5.21 4.72 4.132 3.966

1

P/

W

9.688 8.547 7.451 6.545 5.812 5.216 4.725 4.315 3.97

2

由功率负载特性曲线可知，两负载的功率基本相等，且随着电阻增大达到最大值之后逐渐减小。由图分析可知，当电阻为零时，功耗为零，则电路在空载时功耗最小。

④在在二个分相电源上分别接入可变电容（电感）

C和4C（1L和

3

L），改变容抗（感抗）大小，画出其电压--负载特性曲线。

2