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裂相
裂相（分相）电路
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裂相（分相）电路
一、摘要
本文主要研究的是将一个单相交变电源分裂成多相交变电源的问题，实验原理是：
利用电容电感与电阻的相位差为九十度的特性，将电阻与电感或电容以一种特定的方式连接起来，再从其中某些组成上引出电压，即所谓的分相电压，本实验中，我们将主要研究将单相电源裂成二相和三相电源，实验中，我们可以借助学过的电路知识中的等效方法：
将电感（或电容）等效为阻值为j
L（电容则为1/j
L）的等值电阻，然后根据理想计算得出电路设计的设计数据和连接方式，最后通过软件模拟得到实验波形，并由实验波形验证相位之间的关系。
二、关键字
裂相、二相、三相、Multisim仿真
三、引言及设计要求
1.引言
裂相电路在工程设计过程中的应用十分广泛，尤其是三相裂相，在三相交流输出电路中有着很好的应用。
2.设计要求
1）将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为90°的两相电源。
①两相输出空载时电压有效值相等，为150×（1
4%）V；相位差为90°×（1
2%）。
②测量并作电压-负载（两负载相等，且为电阻性）特性曲线，到输出电压150×（1-10%）V；相位差为90×（1-5%）为止。
③测量证明设计的电路在空载时功耗最小。
2）单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为120°对称的三相电源。
①两相输出空载时电压有效值相等，为110×（1
2%）；相位差为120°×（1
2%）。
②测量并作电压-负载（三负载相等，且为电阻性）特性曲线，到输出电压110×（1-10%）V；相位差为120×（1-5%）为止。
③测量证明设计的电路在空载时功耗最小。
3）若负载分别为感性或容性时,讨论电压-负载特性.
4）论述分相电路的用途,并举一例详细说明。
四、设计原理及参数
（1）将单相电源分裂成两相将电源Us分裂成U1和U2两个输出电压，图1所示为RC桥式分相电路原理的一种，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相位差成90°。
图1所示电路中输出电压U1和U2分别与输入电压Us=220V（50Hz）为
对输入电压Us而言，输出电压U1和U2的相位为
或
由此
若
则必须有：
一般而言，
和
与角频率无关，但为使U1和U2数值相等，可令：
（2）将单相电源分裂成三相同样，将单相电源Us分裂成三相Uoa、Uob、Uoc互成120°的对称电压，其原理图如下图所示：
设计电路关键是元件参数。
从书中向量图中可见，B和C两点的轨迹是在圆周上变化。
只要是电流I1和I2相位差成60°；使电流I3与I1相位差成30°，则可使电压Ua、Ub、Uc成对称三相电压。
可利用公式：
，
五、实验内容及数据处理
（1）分成二相
1）幅度（图见原理图）
（155.445-150）/150=3.63%<4%;
（155.598-150）/150=3.732%<4%
2）相位
经观察得，相位差约为90°，误差在5%以内；
3）电路的负载特性
RL（Ω）
U1（V）
U2（V）
I（mA）
100
34.453
34.452
586.467
150
47.344
47.343
586.472
250
67.087
67.085
586.460
500
96.035
96.032
586.458
1k
120.302
120.299
586.456
2k
136.381
136.377
586.454
5k
147.500
147.496
586.453
∞
155.523
155.517
586.452
有图表可知,当RL=∞时，电路总电流I最小，即电路在空载时所产生的功耗最小，并且输出电压随着输出电阻的增大而减小，两相输出电压在外接电阻相等的情况下也近似相等。
（2）分成三相
1）幅度（图见原理图）
｜109.972-110｜/110=0.025%<10%;
｜109.940-110｜/110=0.054%<10%;
｜109.928-110｜/110=0.065%<10%;
2）相位
见下图，第一个图显示的是B、C两点之间的时间差，由频率和相位差之间的关系可以推得相位差：
118.400-111.614=6.786ms
=2.131=122.15°
同理，得A、C两点相位差：
375.186-368.400=6.786ms;
=2.131=122.15°
误差为:
（122.15-120）/120=1.8%
3）电路的负载特性
RL（Ω）
UA（V）
UC（V）
UB（V）
I（A）
100
52.734
28.645
27.176
0.719
200
72.947
44.383
42.571
0.644
300
83.467
54.674
53.418
0.611
500
94.123
67.511
67.811
0.585
1k
103.359
82.523
85.101
0.571
1.5k
106.343
89.422
92.672
0.568
2k
107.683
93.462
96.811
0.567
3k
108.824
98.055
101.142
0.567
∞
109.972
109.928
109.940
0.566
由图表知，当RL=∞时，电路总电流最小，在总电压一定的情况下，所消耗的功率自然也最小，即当电路空载时所需的功耗最小；另外，从图表中我们也能看出当外接电阻相同时，电路输出的电压并不完全相同，表现为A输出端的电压明显大于B、C两端的输出电压，而B、C两端的输出电压则基本相等。
原因分析：
①、输出功率最小等价于电路的总电阻最大，一般情况下，并联电路的总电阻小于其中的任一分路电阻，所以，空载时的功耗最小。
②、输出电压的不同则是由电路的性质决定的，A支路为纯电阻特性，而B、C两支路为容抗特性。
（3）、当负载为感性或容性时，讨论电压-负载特性。
1）.感性
首先,在负载为感性阻抗时,原电路失去了分相的作用,从两个接口出来的电压存在偏大的情况（相对于负载为电阻的情况）;另外,当负载阻抗大小等于与其并联的容抗的大小时,电路会出现谐振,其中与电容并联的输出端输出电压为电源电压220V。
2）.容性
同感性阻抗类似，但不会出现谐振现象，同时，从两个接口出来的电压会小于等值电阻的情况。
4）.分相电路的用途
其他作用：
<1>获得旋转磁场;
<2>增加整流滤波效果，可使整流输出波纹减小
补充：
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。
单独的裂相电路非常少见。
六、致谢：
1）感谢吴晨阳同学提供Multisim软件及电脑（本人电脑装不了Multisim软件）；
2）感谢网路，让我能够方便的直到裂相电路及其应用；
3）感谢电路老师、电子电路设计老师；
七、参考文献
1、《电工仪表与电路实验技术》马鑫金编著机械工业出版社
2、《电路》黄锦安编著机械工业出版社
3、Multisim仿真类的一些书籍
4、网络上一些关于裂相电路的实际应用类的文章
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