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裂相电路附原理截图
电工电子综合实验论文
裂相（分相）电路
学院：
电光学院
摘要：
本文主要利用Multisim7仿真设计软件模拟的裂相电路，深入研究将单相交流电源（220V/50HZ）分裂成相位差为90度的两相电源，并保证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%）。
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为150（1－10％）V，相位差90°×（1－5％）为止。
测量证明设计的电路在空载时功率最小，并讨论在负载为电容或电感时电压与负载的特性曲线，以及分相电路的相关用途。
关键词：
裂相单相电源两相电源负载电压功率
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，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：
从一些电工学教科书提到的R-C裂相电路出发，在参考了一些资料后，我对其进行了仿真研究。
在将单相交流电源分裂成相位差为90°的两相电路的实验中，通过仿真测量，记录多组负载的数据，并作出电压——负载（分别有电阻，电感，电容）的特性曲线，并进行了简单的分析，以研究其性质（输出电压、功耗与裂相电路负载参数之间的关系），同时验证所设计的电路在空载时功耗最小。
实验原理如下：
把电源US分裂成U1和U2两个输出电压。
如下图所示为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的相位差为90°。
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：
或
因此
若
则必有
一般而言，
和
与角频率
无关，但为使U1和U2数值相等，可令
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=20Ω;C1=C2=159.15uF;
实验电路图如下：
在空载情况下运行：
万用表测得两相电压源空载时的电压值：
空载时的电压有效值分别是155.521V和155.526V，满足试验所需值150V±4%；由示波器图像可知，裂相后的两相电源输出的相位差在90°±2%范围内。
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;在二个分相电源上分别接入可变电位器RL1,RL2；调节两电位器使得阻值相等。
分别测量记录不同阻值时二相电源的电压和此时的负载功率，然后绘制电压——负载特性曲线（其中输出电压到150（1-10%）；相位差为90×（1-5%），以及功率—负载特性曲线。
表格如下：
R1=R2/Ω
10
20
30
40
50
75
100
U1/V
43.13
69.568
86.631
98.354
106.817
120.145
127.832
U2/V
43.131
69.57
86.634
98.357
106.81
120.149
127.836
R1=R2/Ω
200
300
500
700
1000
3000
5000
U1/V
140.801
145.516
149.42
151.142
152.433
154.489
154.891
U2/V
140.805
145.521
149.424
151.147
152.437
154.494
154.895
电压——负载曲线：
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。
3.测量证明设计的电路在空载时功耗最小
还是以上电路，通过改变负载的阻值，加功率表测量并绘制功率—电阻曲线。
表格如下：
R1=R2/Ω
1
2
3
4
5
10
15
P1/W
57.547
109.496
156.288
198.349
236.083
372.286
446.744
P2/W
57.551
109.502
156.297
198.361
236.098
372.309
446.771
R1=R2/Ω
20
25
30
35
40
50
100
P1/W
483.974
498.943
500.064
494.574
483.977
456.583
327.014
P2/W
483.003
498.973
500.094
494.604
484.006
456.61
327.034
R1=R2/Ω
200
300
500
700
1000
3000
5000
P1/W
198.354
141.24
89.362
65.302
46.501
15.919
9.603
P2/W
198.366
141.249
89.367
65.306
46.504
15.92
9.603
由此可得到结论：
随着阻值的慢慢增大，负载消耗的功率先增大（增大速度较快）后减小，且当负载趋向于无穷大的时候（即空载的时候）功耗趋近于0，可知空载时功耗最小。
4.讨论裂相后的电源接负载接电感时的情况并做电压-负载特性曲线。
两相电源的每一相上分别接一个虚拟线性电感，调节使得两电感显值相等。
负载为感性的裂相电路实验线路如下：
表格如下:
L1=L2/mH
10
20
25
30
35
40
U1/V
40.289
91.585
119.454
146.318
170.148
189.293
U2/V
40.29
91.588
119.418
146.322
170.153
189.299
L1=L2/mH
50
60
70
80
100
200
U1/V
212.157
219.514
219.024
215.489
206.713
181.721
U2/V
212.163
219.521
219.031
215.496
206.719
181.727
L1=L2/mH
300
500
800
1000
3000
5000
U1/V
172.759
165.703
161.826
160.539
157.17
156.514
U2/V
172.764
165.76
161.831
160.544
157.174
156.503
电压——负载特性曲线:
结论：
负载为两相同电感值的电感时，随着电感值增加，所测电压先增大后减小，且在
L=R（20Ω），即L=63.7mH时，电压取得极大值。
越过最大值之后，电压值随电感值增加而增加。
5.讨论裂相后的电源接负载接电容时的情况并做电压-负载特性曲线。
两相电源的每一相上分别接一个虚拟电容，两电容值相等。
负载为容性实验线路如下：
表格如下：
C1=C2μF
1
10
20
30
40
50
60
U1/V
155.269
153.098
150.705
148.371
146.063
143.815
141.6
U2/V
155.273
153.102
150.709
148.375
146.067
143.857
141.642
C1=C2μF
70
80
90
100
300
500
1000
U1/V
139.426
137.305
135.224
133.186
100.663
79.733
51.635
U2/V
139.431
137.309
135.264
133.225
100.666
79.756
51.62
电压——负载特性曲线:
结论：
负载为两相同电容值的电容，电容小于一定值时，各相电压基本平稳保持在空载电压值附近，大于该值后随着电容容性的增加，电压明显降低。
实验结果分析：
1.裂相电路的作用是将单相的电源裂变为两相电源，电路的原理非常简单。
空载时的电压有效值分别是155.521V和155.526V，满足试验所需值150V±4%；由示波器图像可知，裂相后的两相电源输出的相位差在90°±2%范围内。
又根据我的数据设计，即R1=R2=20Ω；C1=C2=159.15uF。
通过代入数据计算可得U1=U2理论值为155.5611V，与实验值较为吻合。
，当接上负载以后，随着负载电阻的增大，负载上的电压U1,U2也增大。
当负载增大到远大于C1或R2的阻抗值时，U1,U2基本保持155V左右，相当于空载时的电路。
2.当负载为电阻时，功率和负载关系为随着阻值的慢慢增大，负载消耗的功率先增大（增大速度较快）后减小，且当负载趋向于无穷大的时候（即空载的时候）功耗趋近于0，可知空载时功耗最小。
当阻值从1到30Ω这一段功率增长比较明显，之后又逐渐变缓，当阻值取5000Ω时，功率为9.603。
因此，当阻值趋向于
即我们要讨论的空载情况时，功率最小（逐渐趋向于0）。
从而可以得出空载时电Ω路功耗最小这个结论。
3.当负载为电感时，我们同样可以作出分析。
对于U1，当
L=
时，即L=63.7mh时，电路发生串联谐振R1被短路，此时L1两端的电压U2应为单相电源电压值220V。
对于U2，同理当
L=
，即L=63.7mh时，电路发生并联谐振，R2断路，L两端电压亦为最大220V。
观察实验所测数据以及所画特征曲线，在63.7mh左右取得峰值，理论计算和仿真测量结果较一致。
4.负载为电容时电压随电容的变化关系和接电阻时的变化关系基本一致，不同的是，随着电容值增大，并联阻抗值是减小的，所以U—R曲线是呈下降趋势。
应用：
随着电子技术的飞速发展，裂相技术在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。
例如：
一：
在单相电动机里头,需要不同的相位的电源以形成"移进磁场",或者"旋转磁场"才能使鼠笼转子转起来.采用的电源是单相的,内部却要多相的.这就要靠分相电路了。
二：
电子电路中,有时由于电路性能指标的需要,也要设计分相电路.例如彩电中的色度处理,要将付载频分相。
三：
简单的电路结构进行分相器（resolver）输出绕组断线等故障诊断，降低分相器故障诊断电路的成本及提高可靠性，而且降低分相器故障诊断电路的功耗。
实现上述目的的手段是，在接受来自随着转子的旋转从输出绕组输出与旋转角度相对应的旋转角度信号的分相器的信号的分相器信号输入电路中，在上述输出绕组的输出振幅为规定值以下，而且输出电压的中心电压与正常动作时的中心电压的偏差超过允许范围时，判定上述输出绕组有故障。
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。
致谢：
通过本次实验，我个人加深了对裂相技术的理解。
在实验过程中还是遇到了一些问题，经过思考，尝试，查阅书籍资料，终于克服了那些困难，完成了实验。
在这次实验的过程中，我熟悉了Multisim7的使用与操作，为以后的研究打下了基础。
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
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