南京理工大学电工电子综合实验裂相电路论文.docx
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南京理工大学电工电子综合实验裂相电路论文
南京理工大学
裂相电路实验论文
裂相（分相）电路
摘要：
从裂相电路出发，深入研究将单相交流电源（220V/50HZ）分裂成相位差为90度的二相电源，并保证二相输出空载时电压有效值相等，为150V±5%；相位差为90°±2%。
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耗最小。
关键词：
裂相电路单相电源两相输出负载空载功率
引言：
在科学技术迅猛发展的今天，电工技术在许多领域中都发挥着重要的作用。
裂相技术是一项原理较为简单的电路处理技术，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。
主要设计了将单相交流电源分裂成两相电源。
在裂二相实验中，我采取了《电工仪表与电路实验技术》（马鑫金编著）中第144页的方法。
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。
正文：
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。
电路图如下：
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：
Φ1=-tg
（wR1C1）
Φ2=tg
（
）
或
ctgφ2=wR2C2=-tg（φ2+90°）
若R1C1=R2C2=RC
必有φ1-φ2=90°
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
实验过程：
1.将单相电源分裂成两相
单相交流电源220V/50HZ;
取定R1=R2=316Ohm;C1=C2=10.0uF;
空载时的电压有效值分别是150.242V和150.144V，满足条件电压为150V±5%；且相位差为90°±2%。
所以设计电路满足实验要求.
2.裂相后的电源接负载电阻（二负载相等）并做电压-负载特性曲线;
单相交流电源220V/50HZ;
取定R1=R2=316Ohm;C1=C2=10uF;
在二个分相电源上分别接入可变电位器RL1,RL2（5KOhm）改变电阻大小（每次改变百分之五），直到输出电压150V±5%；相位差为90°±2%。
并测量电压-负载特性曲线。
RL1=RL2/KΩ
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
U1/V
87.185
115.17
126.899
133.458
137.643
U2/V
88.348
114.38
126.901
132.490
136.634
RL1=RL2/KΩ
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
U1/V
140.548
142.626
144.235
145.501
146.602
U2/V
139.290
142.134
143.150
144.456
145.416
RL1=RL2/KΩ
2.75
3.00
3.25
3.50
3.75
U1/V
147.341
148.050
148.631
149.161
149.602
U2/V
146.568
146.989
147.552
148.067
148.517
RL1=RL2/KΩ
4.00
5.00
U1/V
150.014
151.193
U2/V
148.911
150.094
电压与负载的特性曲线如下;
结论：
通过曲线可看出，电压随电阻的增大而增大，且曲线最后趋于平缓。
3.测量证明设计的电路在空载时功耗最小
在原有电路基础上加入可变电阻的负载，改变负载阻值，测量功率与负载的特性曲线;
功率与负载的特性曲线如下：
结论:
当电路在空载时（即可认为电路负载阻值很大且趋于无穷时）功耗最小;且随负载阻值的变小（不等于0）功耗变大。
4．讨论裂相后的电源接负载（二负载相等且为电感或电容特性时）并做电压-负载特性曲线;
讨论电容-负载:
电路连接如下：
C1=C2/uF
U1/V
U2/V
10
98.961
98.243
9.1
102.626
101.883
8.2
106.534
105.761
7.5
109.75
108.95
6.8
113.132
112.113
6.2
116.169
115.319
5.6
119.34
118.474
5.1
122.088
121.202
4.3
126.694
125.774
3.6
130.942
129.992
3
134.75
133.772
2.4
138.715
137.708
2
141.445
140.419
1.6
145.663
143.2
1.2
147.116
146.049
1
148.577
147.499
0.91
149.74
148.157
0.75
150.247
149.336
结论：
从图象可看出在电容为uF量级时，电压随电容值的减小而变大，且逐渐趋于平缓。
讨论电感与负载:
电路连接如下
L1/mH
U1/V
U2/V
100
24.121
23.946
150
37.932
37.657
240
65.152
65.175
360
106.781
106.007
430
131.172
130.22
510
157.164
156.226
560
171.504
170.528
620
186.173
185.257
680
197.834
196.876
750
207.752
206.165
910
218.618
217.567
1000
219.918
218.67
1500
209.48
207.881
2000
197.552
196.139
2400
190.832
189.447
3000
183.829
182.495
9100
164.976
163.779
结论：
从曲线上可看出负载电压在电感为1H前随电感的增大而增大并超过空载时的电压值;在电感达到1H以后负载电压随电感的增大而减小。
利用:
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。
这是由于荧光灯的直流电流由通过电感和通过电容两条整流电路提供。
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:
本论文研究了如何将单相交流电源分裂成相位差为90度的二相电源，并测量证明了电压与负载以及功耗与负载的关系，具体结论为：
1．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。
2．阻性负载时，负载越大，得到的电压越稳定，越接近理论值。
3．空载时，电阻趋向无穷大，此时功耗最小。
4．当负载为容性时，负载越小，得到的电压越稳定，越接近理论值。
5．当负载为感性时，电压先随负载的增大而增大，而后随负载的增大而减小。
通过本次实验，我个人加深了对裂相技术的理解，也熟悉了对Multisim电路仿真软件的灵活运用。
这些都将为以后的进一步研究以及实践提供了丰富的理论支持与经验。
感谢：
最后，在此向指导我顺利完成本次实验的张燕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！
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
《分相电路研究》XX文库蜻蜓点水上传
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