电子电工综合实验_裂相电路实验论文.doc

南京理工大学裂相电路实验论文姓名:xx学号:xxxxxxxxx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155V5%；相位差为902%。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 功率实验具体内容: 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Multisim 7中模拟实验测得的。（1）所有实验器材为（均为理想器材）：裂二相实验：一个单相交流电压源（220V/50HZ），两个电阻（阻值均为3184.7）,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.(3)实验方法 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：1=-tg(wR1C1)2=tg()或ctg2=wR2C2=-tg(2+90)若 R1C1=R2C2=RC必有 1-2=90一般而言，1和2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=0.64k,C1=5uF;R2=1.6k,C2=2uF以上可知,空载时电压有效值和相位差均在误差允许的范围内,因此电路的设计是合理的.2. 保持1中电路及参数不变。负载处接上可变电阻，并保持两电阻相等,并测量电压-负载特性曲线。R1=R2/ U1 /V U2/V 0.345 0.345 1150 119 11910 3.4 3.4 1200 120.3 120.320 6.7 6.7 1250 121.5 121.550 15.9 15.9 1300 122.5 122.580 24.3 24.3 1350 123.6 123.6100 29.5 29.5 1400 124.5 124.5150 41.1 41.1 1450 125.4 125.4 200 51 51 1500 126.4 126.4250 59.5 59.5 1550 127.2 127.2300 67 67 1600 128 128350 73.4 73.4 1700 129.3 129.3 400 79.1 79.1 1800 130.7 130.7450 84 84 1900 131.8 131.8500 88.5 88.5 2000 132.8 132.8550 92.5 92.5 2100 133.7 133.7600 96 96 2200 134.7 134.7650 99 99 2500 137.5 137.5700 102 102 3000 139.9 139.9750 104.5 104.5 3500 142.1 142.1800 107 107 4000 143.7 143.7850 109.2 109.2 5000 146.9 146.9900 111.1 111.16000 147.5 147.5950 113113 8000 149.5 149.51000 114.75114.7510000 150.5 150.51050 116.3116.312000 151.5 151.51100 117.8 117.8由此可得结论：通过曲线可看出，电压随电阻的增大而增大，而增大的趋势渐渐变慢。3. 测量证明设计的电路在空载时功耗最小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/ 1 10 20 50 80 100 150 200P1 /w 0.11 1.2 2.2 5 7.4 8.7 11.3 13 P2/w 0.11 1.2 2.2 5 7.4 8.7 11.3 13R1=R2/ 300 350 400 450 500 550 600 650P1 /w 15 15.4 15.6 15.68 15.66 15.55 15.36 15P2/w 15 15.4 15.6 15.68 15.66 15.55 15.36 15R1=R2/ 700 750 800 850 900 950 1000 1050P1 /w 14.8 14.6 14.3 14 13.7 13.4 13.2 12.9P2/w 14.8 14.6 14.3 14 13.7 13.4 13.2 12.9R1=R2/ 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 P1=P2/w 12.61 12.31 12 11.8 11.54 11.3 11.07R1=R2/ 1450 1500 1550 1600 2000 2500 3000P1 /w 10.8 10.65 10.4 10.24 8.8 7.6 6.5P2/w 10.8 10.65 10.4 10.24 8.8 7.6 6.5R1=R2/ 4000 5000 6000 8000 10000 12000P1 /w 5.2 4.3 3.6 2.8 2.3 1.9P2/w 5.2 4.3 3.6 2.8 2.3 1.9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。 实验表格如下：L1=L2/mh 1 5 10 30 50 70 100 U1/V 0.18 0.54 1.1 3.3 5.6 7.9 11.4U2/V 0.18 0.54 1.1 3.3 5.6 7.9 11.4L1=L2/mh 140 200 250 300 350 400 500U1/V 16.2 23.9 30.6 37.6 44.9 52.5 68.3U2/V 16.2 23.9 30.6 37.6 44.9 52.5 68.3 L1=L2/mh 700 900 1100 1300 1500 2000U1/V 102.5 137.2 168.3 192 208 220.5U2/V 102.5 137.2 168.3 192 208 220.5L1=L2/mh 2500 3000 4000 5000 7000 10000U1/V 216.6 208 198.5 188 179 172U2/V 216.6 208 198.5 188 179 172由上面数据及图像可初步得出：随着电感值增加，所测电压先增大后减小.当L=2000mh时，有最大值。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。表格如下：C1=C2/uF 0.1 0.2 0.5 0.8 1 2 5U1/V 154.2 152 148 143 141 128 98 U2/V 154.2 152 148 143 141 128 98C1=C2/uF 10 15 20 25 30 35 40U1/V 69 53 42 38 31 27 24U2/V 69 53 42 38 31 27 24C1=C2/uF 50 100 150 200 250U1/V 19.8 10 7 5.2 4.3U2/V 19.8 10 7 5.2 4.3随着电容增大，曲线呈下降趋势，下降速度变缓。五试验结论及实验数据的分析裂相电路的作用的作用时将将单相的电源裂变为两相电源，电路的原理非常简单，上面已经加以推导通过电路图可以算出U1向量和U2向量的表达式，从而得到U1和U2的值如下： 以及U1,U2的相位角 tan1=-C1R1； tan2=；R1=R2;C1=C2；可得到1-2=90；通过示波器绘图可以得到很好的吻合。又根据我的数据设计，即R1=R2=21.22；C1=C2=150uF 保证了wCR=1从而保证了U1=U2。而在空载的时候，代入数据课直接算得U1=U2=155.5647V，与实验值相吻合，当接上负载以后，U1,U2为负载与电阻或电容并联电路上的电压，负载较小的时候，并联阻抗值较小，故分压较少，随着负载电阻的增大，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左右不变了，相当于空载时的电路。六.在讨论完裂相电路的原理及相关实验内容之后，我们有必要了解一些有关裂相电路的实际应用：在实际生活中，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