电工电子试验裂相电路.docx
《电工电子试验裂相电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子试验裂相电路.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电工电子试验裂相电路
电路实验论文
裂相电路
一．摘要：
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。
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°）。
为了研究这个结论，我做了两个实验：
分别将一个单相交流电源分裂成两个和三个相位差恒定的电源，同时还研究了裂相后的电源接不同性质负载时的电压、功率的变化。
得到的结论是：
1．裂相后电源接相等负载时两端的电压和负载阻值成一定的曲线关系（同增同减）。
2．接合适的负载时,裂相后的电路负载上消耗的功率将远大于电源消耗的功率。
3．负载为容性时，两实验得到的曲线差别较大。
4．负载为感性时，两实验得到的曲线差别很小。
5．裂二相实验中，可以根据所接负载的实际情况，选择不同的方法。
此外，裂相技术在实际应用中还有很大的潜力有待开发。
本文只对基本原理进行简单的研究探讨，为实际应用提供一些理论支持。
二．实验具体内容
1．实验材料与设置装备
本实验是理想状态下的实验，所有数据都通过在电路专用软件Multisim7中模拟实验测得的。
（1）所有实验器材为（均为理想器材）：
1）裂二相实验：
一个单相交流电压源（220V/50HZ），两个电阻（阻值均为3184.7Ω）,两个电容（均为1uF）,导线若干；此外，还有交流电压表，功率表若干，以及许多不同阻值的电阻。
法:
2）裂三相实验：
一个单相交流电压源（220V/50HZ），四个电阻（阻值均为1000Ω），两个电容（均为1uF）,导线若干；此外，还有交流电压表，功率表若干，以及许多不同阻值的电阻。
（2）实验原理
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）
（3）实验方法
本实验中，我采取了《电工仪表与电路实验技术》（马鑫金编著）中第144页，145页的两个方法，同时还自己研究出一种裂成两相电源的方法。
1）裂二相的实验：
将两个电阻和两个电容串联接入电路中，在一个电阻和电容的串联电路两端接入单相交流电源，则可以将一个电阻和电容作为裂相后的电源，通过接入不同性质的电阻来研究电源的电压变化以及整个电路的功耗。
2）裂三相的实验：
将两个电阻串联作为并联电路的一个支路，另外两个支路由一个电阻和一个电容串联组成。
把并联端口接入单相交流电源，这样可以把电源分裂成三相电源。
2．实验过程
（1）裂二相实验
电路图:
相位图:
电路实验参数理论计算：
将电源Us分裂成U1和U2两个输出电压，如上图所示，RC桥式分相电路，它可将输入电压路Us分裂成U1和U2两个输出电压，且使U1和U2相位差成90度。
U1/Us=1/√[1+（wR1c*wR1C）]
U2/Us=1/√[1+1/（wR2c*wRwC）]
相位a1=-arctanwR1C1
a2=-arctan1/wR2C2
或Cota=wR2C2=-tan（a2+90）
因此a2+90=-arctanwR2C2
则必有R1C1=R2C2=ＲＣ
一般而言，ａ１，ａ２与角频率ｗ无关，但为使U1和Ｕ２数值相等，可令
ｗＲ１Ｃ１＝ｗＲ２Ｃ２＝１
（３）结果
1）将单相交流电源（220V/50HZ）分裂成的两个交流电源相位差约为89.５°，二相输出空载时电压的有效值分别为155.6３９V和155.４８７V。
2）裂相后的电源接相等负载（电阻性）的电压——负载特性曲线
数据：
R1=R2
50
100
150
200
250
300
350
U1
147.909
151.646
152.915
153.554
153.939
154.196
154.38
U2
148.053
151.794
153.094
153.704
154.089
154.346
154.35
R1=R2
400
450
500
550
600
650
700
U1
154.518
154.625
154.471
154.782
154.84
154.89
154.993
U2
154.668
154.776
154.862
154.932
154.991
155.041
155.083
R1=R2
750
800
850
900
950
1000
U1
154.969
155.002
155.031
155.056
155.078
155.099
U2
155.12
155.153
155.181
155.207
155.209
155.25
3）电源消耗的功率与负载消耗的功率的关系
将裂相后的电源分别接相同阻值的电阻，测得电源消耗的功率与相应电阻消耗的功率的值，
电路如下图：
电阻阻值和其消耗功率P1和P2如下表
电阻R1,R2（千欧）
0.1
1
5
10
功率P1（mw）
230415
24103
4840
2421
功率P2（mw）
229967
24056
4830
2416
电阻R1,R2（千欧）
20
30
40
50
60
70
80
功率P1（mw）
1211
807.317
605.513
484.423
403.692
346.026
302.775
功率P2（mw）
1209
805.747
604.446
483.49
402.592
345.343
302.187
电阻R1,R2（千欧）
90
100
功率P1（mw）
269.136
242.223
功率P2（mw）
268.997
241.886
负载与功率曲线：
：
（2）裂三相实验
设计成要求的电路关键是元件参数的选取，我们可以从向量图中看出，B,C两点的轨迹在圆周上变化，只要使电流I2与I1相位差成60°，使电流I3与I1相位差为30°，就可以得到三个大小相等，相位差为120°的三相交流电压，利用公式
相位如下图所示：
1）裂相后的电源接相等负载（电阻性）的电压——负载特性曲线
数据:
R1=R2=R3（千欧）
电压u1
电压u2
电压u3
0.5
76.045
51.57
21.619
1
89.919
68.97
36.452
2
99.38
84.453
56.274
3
103.255
91.488
68.387
4
105.329
95.455
76.338
5
106.577
97.969
81.876
6
107.387
99.72
85.919
7
107.942
101.009
88.984
8
108.337
101.999
91.378
9
108.629
102.785
93.295
10
108.85
103.425
94.861
电压负载曲线：
2）测量证明设计的电路在空载时功耗最小
电阻
1
10
20
30
40
50
60
功率
8090
1186
601.838
402.534
302.273
241.958
201.7
电阻
1
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
功率
8090
1186
601.838
402.534
302.273
241.958
201.7
172.921
151.327
134.525
121.081
（3）负载为感性时，讨论电压——负载的特性
1.讨论单相电源分解为两相电源
前边将单相电源分解为两相交流电源同1）中相同，此实验电路选择量程为500mH的可变电感
实验电路如下图所示：
通过改变电感的感抗值测得输出电压，得到的数据如下表所示：
R
7853.982
15707.96
23561.94
31415.93
39269.91
47123.89
54977.87
62831.85
70685.83
78539.82
U
188.646
171.68
166.096
163.347
161.713
160.631
159.862
159.288
158.842
158.487
R
86393.8
94247.78
102101.8
109955.7
117809.7
125663.7
133517.7
141371.7
149225.6
157079.6
U
158.196
157.954
157.75
157.575
157.424
157.291
157.175
157.071
156.978
156.895
通过对上面的数据进行处理我们可以得到电感上满的电压——负载特性曲线，如下图所示：
4．实验结果分析
（1）裂二相实验
1）比较这两种方法,方法一测得的相位差和空载时的电压更准确；而在裂相后的电源接相等电阻的实验中,仔细观察两条电压—负载特性曲线,发现方法二得出的曲线两相电压几乎重合,而方法一则有一点偏差。
2）将裂相后的电源分别接不同阻值的电阻，测得电源消耗的功率与相应电阻消耗的功率的数据表明：
这两种方法在一定范围内均能起到较好的裂相作用。
但具体分析得知：
由于方法一中的预设电阻为1000Ω，因此得到的裂相电源适合接小电阻或1000Ω左右的电阻；由于方法二中的预设电阻为100Ω，因此得到的裂相电源适合接100Ω以下的小电阻。
实际应用中可以根据需要，调整预设电阻的阻值，从而达到在裂相后的电源上接不同大小电阻的目的。
3）比较两种方法裂相后电源接容性和感性负载时的电压—负载曲线可知：
两种方法接容性负载时的曲线差别较大，接感性负载时曲线差别很小。
（2）裂三相实验
当裂相后所接负载较小时，三相两端的电压相差较大（第三相和前两相电压的差别尤为明显）；但随着负载的逐渐变大，三相两端的电压差距在逐渐缩小，这点由电压—负载特性曲线也可以看出来。
这是和裂二相实验不同的地方。
二、结论
本实验原理比较简单，实验目的也较为明确，但在测量过程中仍然遇到了不少问题。
经过反复思考，多次尝试，终于把困难一一克服了。
实验中，我除了借鉴书上的方法外还提出了一个自己的方法，并通过比较，得出两种方法的适用范围。
实验中，我得到了以下几个结论：
1．裂相后电源接相等负载时两端的电压和负载阻值成一定的曲线关系（同增同减）。
2．接合适的负载时,裂相后的电路负载上消耗的功率将远大于电源消耗的功率。
3．负载为容性时，两实验得到的曲线差别较大。
4．负载为感性时，两实验得到的曲线差别很小。
5．裂二相实验中，可以根据所接负载的实际情况，选择不同的方法。
通过这两个实验，我加深了对裂相技术的理解，将为以后对实际应用的进一
升级会员 