电工电子综合实验报告-裂相电路word版

43电工电子综合实验论文姓名：Jie XU 班级：学号：选题：裂相电路2014年6月19日内容索引一、摘要二、关键词三、引言四、正文 I、将单相电源分裂成两相 1、原理 2、实验电路 3、分相后和的交流波形图 4、分相后和的有效值 5、负载为纯阻性时的电压负载特性曲线 6、负载为感性时的电压负载特性曲线 7、负载为容性时的电压负载特性曲线 II、将单相电源分裂成三相 1、原理 2、实验电路 3、分相后、和的交流波形图 4、分相后、和的有效值 5、负载为纯阻性时的电压负载特性曲线 III、裂相电路的应用五、结论六、参考文献一、摘要将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为90的两相电源和相位差为120的三相电源。首先根据电路原理设计合适的参数，使用multisim11搭建电路并进行数据仿真，用万能表测试电压有效值，并从示波器观察波形图；然后用Excel制作表格、绘制负载为纯阻性时的电压负载特性曲线，研究电路的功耗情况；再讨论负载为感性或容性时的电压负载曲线；最后列举分相电路的用途。二、关键词裂相、双相输出、三相输出、电压负载特性曲线、功率、应用三、引言随着电子信息时代的来临，电工电子技术越来越多的进入人们的日常生活。人们在使用电源时往往需要使用双相或多相电源，可是在很多民用场合，通常是220V，50Hz的普通供电电源，所以如何利用单相电源为多相负载，成为了值得深入研究的问题，此时裂相技术就体现了它很大的使用价值。根据马鑫金编著的电工仪表与电路实验技术，交流电路的应用设计之裂相电路这一个专题，在参考了一些资料后，本文对其进行了仿真研究，所使用的电阻、电容、电源等电路元件均为multisim提供，即实际存在的电路元件，该电路可供家用或实验室使用。四、正文I、将单相电源分裂成两相1、原理 将电源分裂成和两个输出电压，图1所示为RC桥式分相电路原理的一种，它可将输入电压分裂成和两个输出电压，且使和相位差成90。图1 RC桥式分相电路原理图1所示电路中输出电压和分别与输入电压为 对输入电压而言，输出电压和的相位为或由此若则必有一般而言，和与角频率无关，但为使和数值相等，可令所以，对于本实验而言，理论值、是一组可选取的数据，但是由于multisim仿真所提供的各类原件参数为实际实验中可以使用的原件参数，故实际参数在、附近浮动，并选出最佳值，为、。2、实验电路 根据以上参数，电路实验图如图2。图2 实际电路中的元件参数与接线图3、分相后和的交流波形图 由如图2中所示的示波器测得图3 裂相后的输出波形图T=0.02s=20ms4、 分相后和的有效值 由图2中所示的万能表测得 图4 裂相后的各项输出电压有效值5、负载为纯阻性时的电压负载特性曲线 两负载相等，且为电阻性，到输出电压155（1-10%）V；相位差90（1-5%）为止。选取滑动变阻器为1M（近似于断路），滑动变阻器由1k到1M，每变化500记录一次数据，电路图如图5所示，电压负载特性曲线的数据如表1所示，电压负载特性曲线如图6所示，总功率负载曲线图如图7所示。图5 测量电压-阻性负载特性曲线的电路图注：表1 电压-阻性负载特性曲线数据表图6 电压-阻性负载特性曲线图7 总功率-负载曲线图该曲线可以反映总功率随负载变化的大致规律，即随着负载电阻的增大，功率先逐渐增大，达到一个最大值，然后随着电阻的增大而逐渐减小。由于输出端不能短路，所以根据功率-负载曲线图的趋势图可知，电路在空载时功耗趋向于0，功耗最小。6、负载为感性时的电压负载特性曲线 在输出端接入两相等的负载，且为纯电感，图8为实验电路图，表2显示了负载电感从0.1H-500H的电压变化情况，图9为电压-感性负载特性曲线图。图8 电压-感性负载实验电路图表2 电压-感性负载特性曲线图9 电压-感性负载特性曲线7、负载为容性时的电压负载特性曲线 两负载相等，且为纯电容，图10为实验电路图，表3显示了负载电感从到100的电压变化情况，图11为电压-容性负载特性曲线图。图10 电压-容性负载实验电路图表3 电压-容性负载特性曲线图11 电压-电容负载特性曲线II、将单相电源分裂成三相 1、原理 同样，将单相电源分裂成三相、互成120的对称电压，其原理如图2所示。图12 将单相电源分裂成三相原理设计电路关键是元件参数。从相量图中可见，B和C两点的轨迹是在圆周上变化。只要使电流与相位差成60；使电流与相位差成30，则可使电压、成对称三相电压。可利用公式 所以，对于本实验而言，理论值，,，是一组可以选择的值，但是由于multisim仿真所提供的各类原件参数为实际实验中可以使用的原件参数，故实际参数在，,，附近浮动，并选出最佳值，为，,，注意，参数下标有所不同。2、实验电路 根据以上参数，电路实验图如图13所示，输出端取点的点位与地的差值，这样可以保证电路有较稳定的输出。图13 单相电源裂变成三相电源的实验电路3、分相后、和的交流波形图 采用四综示波器，分别连接、和的输出端，如图14所示，得出的波形如图15所示。图14 使用四综示波器测量的电路图图15 分裂后的三相输出波形T=0.02s=20ms，4、分相后、和的有效值 由图13中所示的万能表测得图16 单相电源裂变成三相电源的各项电压有效值5、 负载为纯阻性时的电压负载特性曲线 三负载相等，且为电阻性（暂不考虑星型或三角型连接），到输出电压110（1-10%）V；相位差120（1-5%）为止。选取滑动变阻器为5k，滑动变阻器由0.2k到5k变化，电路图如图17所示，电压负载特性曲线的数据如表4所示，电压负载特性曲线如图18所示，总功率负载曲线图如图19所示。图17 裂成三相外接纯电阻电路图注：表4 电压-阻性负载特性曲线数据表图18 电压-阻性负载特性曲线图19 总功率-负载曲线图该曲线可以反映总功率随负载变化的大致规律，即随着负载电阻的增大，功率逐渐减小。所以根据功率-负载曲线图的趋势图可知，电路在空载时功耗趋向于0，功耗最小。III、裂相电路的应用 三相电机旋转磁场 三相异步电机是靠同时接入380V三相交流电源(相位差120度)供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。如果实验室中没有现成的三相电源，就必须自己将实验室的单相电源裂成三相，接入三相电机旋转磁场中。接线图如图20所示。图20 三相电机旋转磁场原理图图21 三相电机旋转磁场原理图图20-a的三个接线端分别接裂出的三相输出端，即可以开始工作；图21是三相电机旋转的原理图。裂相电路的优点是满足了电机的工作对三相电源的要求，但是裂相出来的电路电压值会有所减小，我们可以使用变压器提升它的输出电压值，以满足三相电机旋转磁场所需要的输入电压有效值，但是变压器又会在一定程度上影响三相电压的相位值。所以三相旋转磁场的输入可以由裂相电路提供，但并不是很精确。五、结论本文从基本的裂相电路出发，经过理论分析和multisim11软件仿真，提供了裂相电路的搭建方法和参数的选取规律，展现了各项电压有效值和各项相位之间的关系。并对裂相电路在输出端外接纯电阻、纯电感和纯电容时的电压进行了分类讨论，双相电路的纯电阻负载在1k之后，电压值就趋于稳定，电感在100H后，电压趋于稳定，而电容值越高，电压值越低，趋向于0；由于三相电源的使用原理