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1、 电工电子综合实验论文裂相电路 裂相（分相）电路的仿真研究一摘要：本文主要是研究利用Multisim仿真设计软件模拟的裂相电路，解决如何将一个单相的交流电源分裂成多相交流电源的问题。理论依据是：由于电容，电感元件两端的电压和通过它们的电流的相位差恒定为90，因此可以利用这一性质，将电容（电感）和与之串联的电阻分别作为电源，这样就达到了把单相交流电源分裂成两相交流电源（相位差为90）的目的；也可利用此原理，将单相交流电源分裂成三相交流电源（相位差为120）。 进而在原电路基础上改变负载(电阻性)作出电压与负载特性曲线。并讨论在负载为电容或电感时电压与负载的特性曲线。最后分析并证明此电路在空载时功
2、耗最小。二关键词：裂相 单相电源 两相电源 负载特性曲线 功率三引言：随着电子科技的发展，物理学与电工学教学演示越来越多的进入人们的日常生活。可是在大多数家庭民用场合，往往没有两相动力电源，而只有单相电源，如何利用单相电源为两相负载供电，成为了值得深入研究的问题，此时裂相技术就体现了它很大的实用价值。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。主要设计了将单相交流电源分裂成两相电源。在实验中，通过测量多组数据，绘制相应曲线，并进行简单的分析，从而达到研究的目的。四正文：(1)实验原理：把电源Us分裂成U1和U2两个输出电
3、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。图1：RC桥式电路分相原理图中输出的电压U1和U2分别和输入电压Us为： 对输入电压Us而言，输出电压U1和U2与其的相位为：1=- arctan(R1C1)2=arctan ()或 cot2=R2C2=-tan(2+90) 由此 2+90=-arctanwR2C2若 R1C1=R2C2=RC必有 1-2=90一般而言，1和2与角频率w无关，但为使U1与U2数值相等，可令： wR1C1=wR2C2=1(2)负载为电阻时，电阻与电压的关系 根据上面的实验原理，我们取C1=C2=10
4、0uF，R1=R2=31.831。 1.实验电路如下： 2.当负载电阻为R3=R4=10K（设定的最大值）时，各电压表示数如下： 3.示波器：由示波器的读书可知，相位差为=5.068/20*360=91.224满足实验要求的90O*（1+-2%）。 4.不断改变滑动变阻器的接入阻值，各仪器的读书如下表：R1=R2/52050100200300400500U1/V29.58779.179114.67132.957143.707147.501149.451150.693U2/V29.58779.179114.67132.957143.707147.501149.451150.693R1=R2/60
5、0700800100030005000700010000U1/V151.493152.028152.451153.108154.74155.029155.21155.316U2/V151.493152.028152.451153.108154.74155.029155.21155.316 5.电压-负载特性曲线： 从上图可以看出，电压随着负载的增大而增大，且当负载较大时，电压趋于稳定，曲线与X轴平行。另外，U1与U2基本重合，这与我们之前的理论证明是一致的。6.验证设计的电路在空载时功耗最小 不断改变阻值，读出各功率表示数，如下表：R1=R2/52050100200300400500P1/W1
6、75.169313.629263.149176.776103.25972.52255.87645.417P2/W175.169313.629263.149176.776103.25972.52255.87645.417R1=R2/600700800100030005000700010000P1/W38.2533.20229.18123.4427.9814.8073.4412.412P2/W38.2533.20229.18123.4427.9814.8073.4412.412功率与负载特性曲线如下： 由上图可以看出，随着负载阻值的不断增大，电路的功耗先增大（大约在20时达到最大）后减小。并且我们
7、可以得到这样的结论：当负载阻值无穷大时，电路的功耗为零。因此，当电路空载时，功耗最小。(3)负载为电感性阻抗时，负载与电压的关系 电路图如下：不断改变接入电感的大小，读出各表示数如下：L/mh102030507090100UI/V23.9452.52385.3153.482200.762218.224219.981U2/V23.9452.52385.3153.482200.762218.224219.981L/mh30050010003000500010000UI/V183.423171.967163.589158.163157.147156.305U2/V183.423171.967163.
8、632158.212157.147156.305电压-负载特性曲线如下： 由上图可以看出，随着电感值的增加，电压先急速增大后缓慢减小，并逐渐趋于平稳，稳定在150V。 实验结果理论分析：深入研究可以发现，支路电感与电容并联，这样就有可能发生并联谐振。发生LC并联谐振时，1支路相当于断路，U1就接近U的值（220V）。对支路2也可同样进行分析。(4)负载为电容性阻抗时，负载与电压的关系 实验电路如下：不断改变接入电容的大小，读出各表的示数，如下表：C/uF510152025U1/V151.676147.949144.321140.84137.397U2/V151.676147.949144.32
9、2140.793137.397C/uF30501005001000U1/V134.136121.99398.35836.16819.918U2/V134.136121.99398.35836.16819.918负载-电压特性曲线如下： 由上图可以看出，随着电容的增大，电压逐渐减小，并趋于稳定。我们可以合理推断：当C趋近于0时，U1=U2趋近于155.56V。当C趋近于无穷大时，U1=U2趋近于0V。实验结果理论分析：以C1所在支路为例。当负载C趋近于0时，其容抗趋近于无穷大。C1端并联阻抗几乎没有影响，负载路相当于断路。U1趋近于155.56V。当负载C趋近于无穷大时，其容抗趋近于无穷小，负载
10、所在路相当于短路，所以U1趋近于0（U2同理）。(5)裂相电路的实际应用及前景 裂相电路在我们生活中正在扮演者越来越重要的作用。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,可获得较为稳定的输出电压，大大改善其性能，提高经济效益。相信随着人们对裂相电路研究的深入，它将发挥越来越重要的作用。五结论本论文对裂相电路进行了深入研究，分别研究了负载为电阻、电容和电感时，电压与负载的关系。还通过实验证明了，在电路空载时，电路的功耗最小。当然，研究还带有局限性，只是研究了相位差为90时的情况，对于其他情况未多做研究。六参考文献电工仪表与电路实验技术 机械工业出版社 马鑫金 编著电路 机械工业出版社 黄锦安 主编