电子综合实验 裂相电路研究

自动化专业,电气专业的基础实验课程

电工电子综合实验

实验论文

课题：裂相（分相）电路

仿真

姓名: 学 号：1110190219

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时间：2013/3/24

摘要（abstract）：通过multisim11.0软件仿真理论分析了连接使用

RC桥式裂相电路的方法，，选取了优化方案深入研究了RC桥式裂相电路中单相电裂相为两相、三相电时电压与负载的关系（裂相电路电压与电阻性阻抗、电容性容抗、电感性感抗的关系），裂相电路负载的功耗与所接负载的关系。

关键词：RC桥式裂相电路，对称负载，双相电源负载功耗，三相电

负载功耗。 1、引言

在一些物理学与电工学教学演示以及家庭民用，甚至国家军用等

场合中，往往没有电压值相等，相位差为90°的两相、相位差为120°三相电源，而只有单相交流电源，为了方便需要，《电工仪表与电路实验技术》提出了设计RC桥式裂相电路来产生符合要求的两相、三相电源的实验。下面利用Multisim11.0软件对RC桥式裂相电路进行仿真实验。

①

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我们利用书中给出的RC桥式分相电路原理图（如图一所示）出发，深入研究了怎样将单相电源分裂为稳定相同有效值相位差恒定的两相、三相电源，使之不会随着负载的改变作太大的改变。并且用优化了的裂相电路进行了电压—阻抗的研究，利用Multisim 11.0软件进行了仿真实验，用实验数据证明了电路在空载时功耗最小。

为了使实验研究更加具有针对性和广泛代表性，我把负载的种类分为电阻性，电容性，电感性三种，分开讨论并用实验证明当负载为此三种阻抗时，电压—阻抗的关系。

①

2、正文

（1）实验材料和设置装备 实验一：单相电源裂成两相电源

一个单相交流电压源（220V/50HZ），两个阻值分别为30kΩ的

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电阻,两个电容均为0.106uF的电容,两台万用表，两台功率表，一台示波器，一些不同阻值的电阻，导线若干。

实验二：单相电源裂成三相电源

一个单相交流电压源（220V/50HZ），阻值为30kΩ和15kΩ的电阻各两个，电容为0.1225uF和0.3676uF的电容各一个，三台万用表，三台功率表，一台四相示波器，一些不同阻值的电阻，导线若干。 （2）实验原理

因为电容元件两端的电压和通过它电流有90°的相位差，所以可以利用这个性质，将电容和电阻串联后作为电源，这样就能把单相交流电源分裂成相位差为90°的两相电源。同理可将单相交流电源分裂成相位差为120°的三相电源。 （3）实验方法、过程、结果及数据分析

实验一：单相电源裂成两相电源

参照图一的原理图设计要求：①空载时输出电压 1与 2有效值相等②两输出电压的相位差

.

.

— 2=90 ，则有：

1

U1U2

USUS

对于输入电压US而言，输出电压U1和U2的相位为：

1 arctanwR1C1

2 arctan

1

wR2C2

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由此可得：

2

90 arctanwRC

2

2

即： R1C1 R2C2 RC

一般而言，可令

ωR1C1=ωR2C2

此时由于Us=220V，且角频率ω=50Hz， U1

和

1

2与角频率ω

无关，但为使U 1 和U2数值相等，

S U2

S

综上所述，我们可得要满足设计要求只需要满足下式即可：

ωR1C1=ωR2C2

根据计算，我们选取参数R1=R2=50Ω, C1=C2=63.66uF，连接如图一的电路图进行仿真,结果如下图：

图

图二：裂成两相电路原理

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图三:矢量分析图

仿真实验中：两相输出电压均为155.6V,满足实验要求150V

（1+4%），计算两相电压的相位差得到

1 arctanwR1C1=-1.145°

2 arctan

1

=88.85°，代入数值，求出相位差为89.995°，满wR2C2

足实验要求的90°（1+2%）。

探究电压-负载特性曲线实验：

（1）、负载为电阻性阻抗时的电压—阻抗曲线，功率—阻抗曲线的研究

连接如图四的电路图，改变负载电阻，记录U1、U2、P1、P2等实验值：

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图四：接负载情况下的裂相电路图

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南京理工大学误！ 未找 到引 用 源。T /ms

电工

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T/ms 19.962 △φ88.296

20.151

20.151

19.962

19.962

19.962

19.960

19.774

87.468

87.468

88.296

88.296

88.296

91.713

89.135

/°

R/Ω U1/V U2/V P1/w P2/wP 总/w

500 147.986 147.932 43.800 43.797 87.597

400 146.121 146.117 53.406 53.402 106.808

300 143.172 143.123 68.328 68.324 136.652

270 141.834 141.829 74.545 74.540 149.085

240 140.227 140.223 81.974 81.969 163.943

200 137.387 137.383 94.437 94.431 188.868

170 134.477 134.477 106.440 106.433 212.873

140 130.468 130.465 121.648 121.641 243.289

△ 错 误！ 未 找 到 4.896 引 用 源 。 T/ms

4.896

4.896

4.896

4.896

5.085

4.896

4.896

T/ms △φ

20.151

19.962

19.962

19.962

19.962

20.151

19.962

19.774

87.468

88.296

88.296

88.296

88.296

90.844

88.296

89.135

/°

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仿真截图：（负载电阻为1kΩ时） 仿真图见图四 电压表：

功率表：

示波器：

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数据处理：

利用excel，绘制电压-负载、功率-负载曲线： 电压-负载曲线：

由图可见，图中U1和U2的曲线基本重合，与实验理论分析是一致的。在负载均大于200Ω的情况下，负载电压会

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随着负载的降低逐渐降低，满足150（1-10%）V的条件。 功率-负载曲线：

由图中曲线可以看出，P1和P2曲线几乎重叠在一起，可以得出结论，负载消耗的功率随着负载的增大而减小，在负载无穷大，即电路空载时，功耗最小为0。由此也证明了该裂相电路在空载的时候功耗最小。

（2）、负载为电容性阻抗时的电压—阻抗曲线的研究 连接如图四的电路图，将负载电阻改为负载电容，改变负载电容的值，记录U1、U2：

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仿真截图：（取负载电容为10μF时）

电压表：

数据处理：

利用excel，绘制电压-负载曲线如下：

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