裂相电路的参数设计及其研究应用.doc

裂相电路的参数设计及其研究应用摘要：对于单相交流电源，可选取相应的裂相元件组成裂相电路将其裂变为多相对称电源。本文从裂变为两相电源出发，重点研究了裂相电路的元件及参数选择，三相对称负载性质、参数与裂相电路结构、参数之间的关系，并简要论述了裂相电路的用途。关键字：裂相电路 三相电源 对称负载引言：根据电路理论可知，电容元件和电感元件最容易改变交流电的相位，又因它们不消耗能量，可用作裂相电路的裂相元件。所谓裂相，就是将适当的电容、电感与三相对称负载相配接，使三相负载从单相电源获得三相对称电压。而生活和工作中一般没有三相动力电源,只有单相电源,如何利用单相电源为三相负载供电,就成了值得深入研究的问题了。将单相电源分裂成两相电源的电路结构设计（1）原理及参数将电源Us分裂成U1和U2两个输出电压，且使U1和U2相位差成90，原理图如图1所示。其中输出电压U1和U2分别与输入电压Us之比为图1 RC桥式分相电路原理对输入电压Us而言，输出电压U1和U2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U1和U2数值相等，可令（2）用MultiSim7仿真：其中220V, f50Hz， R1=10，R2=20, C1=175.5F,C2=318.47F同时改变R3、R5的阻值，使得在U1和U2端口所接负载不断增大，同时记录下U1和U2的变化，得到一张较为详尽的数据表格（表1），根据数据表格，画出电压负载特性曲线。图2 将单相电源分裂成两相的裂相模拟电路图U1/VU2/VR3、R5/0.0000.000069.56647.380598.37775.89910113.17394.00015122.015106.22120127.850114.92325131.975121.39130135.041126.36835137.405130.30640140.811136.12650143.143140.20760144.839143.22270146.127145.53880147.138147.37090147.954148.856100148.624150.085110149.186151.117120149.664151.997130150.074152.756140150.431153.417150 表1 两相裂相电路的电压、负载数据表格将单相电源分裂成三相电源的电路结构设计（1） 原理及参数图3 将单相电源分裂成三相原理将单相电源Us分裂成三相Uoa、Uob、Uoc互成120的对称电压，其原理图如图3所示。设计电路关键是元件参数。从向量图中课件，B和C两点的轨迹是在圆周上变换。只要使电流I2与I1相位差成60；使电流I3与I1相位差成30，这可使电压Ua、Ub、Uc成对称三相电压。可利用公式和 找出 、 、 、 、 之间的联系，即 , 。（2）用MultiSim7仿真：其中220V, f50Hz， R1=10，R2=10, R3=10，R4=10，C1=183.87F,C2=551.60F同时改变R5、R6、R7的阻值，使得在U1、U2和U3端口所接负载不断增大，同时记录下U1、U2和U3的变化，得到一张较为详尽的数据表格（表2），根据数据表格，画出电压负载特性曲线。图4 将单相电源分裂成三相的裂相模拟电路图U1/VU2/VU3/VR5、R6、R7/0.0000.0000.000086.42451.93064.963599.16168.96081.75310103.72377.85489.83715105.90083.42594.50320107.11187.28497.50225107.85690.13199.57530108.34592.327101.08435108.68594.076102.22740109.11296.693103.83750109.36198.562104.90960109.51899.967105.67270109.624101.062106.24080109.698101.941106.67990109.753102.661107.028100109.794103.263107.312110109.825103.773107.546120109.850104.211104.774130109.870104.592107.913140109.886104.925108.058150 表2 三相裂相电路的电压、负载数据表格裂相电路功耗与负载的关系以上是我们讨论的裂相电路输出电压与其负载（电阻性负载）大小的关系，从电压负载特性曲线上可以发现，电压和负载基本符合抛物线关系，即当负载均匀增大时，电压先是快速增大，后增速慢慢较小，当电压大于一定值时，我们可以认为电压的大小几乎不变。但是此时，流过负载的电流急剧减小，其值大小几乎降到0。所以我们提出设想，当裂相电路空载时功耗最小。下面利用软件MultiSim7进行仿真实验，所采用的电路图如下所示,最终的实验结果是，当R5=R6=R7=2k时，功率表示数为6.050W(如图5)。而当R5=R6=R7=200k时，此时负载可近似为无穷大，即电路空载，功率表显示功率仅为60.500mW（如图6）。基本验证了之前的猜想，可以认为此时电路功耗达到最小值。图 5 三相电路功率测量图6 三相电路空载时功率测量所接负载为感性或容性时的电压负载特性前面我们分别针对将单相电源分裂成两相和三相电源的裂相电路分别讨论了其电压负载特性曲线。不过，在实际应用中，我们时常会遇到容性或者感性的负载，那么此时的电压负载特性曲线会如何呢？所接负载为容性时的电压负载特性以分裂成三相电源的裂相电路为例，我们采用参数为220V, f50Hz，R1=10，R2=10, R3=10，R4=10，C1=183.87F,C2=551.60F的相应元件构成将单相电源分裂成三相电源的裂相电路（如图7），不过此时负载为最大电容值为10mF的可变电容器。利用MultiSim7软件进行仿真，得到如下的一张数据表格 图7 容性负载的三相模拟电路U1/VU2/VU3/VC/mFXC/110.000110.000110.000090.72650.76670.80913.1875.93935.01461.20621.5963.03827.24449.49531.0655.21522.54741.45740.8047.42619.32335.61850.6443.27017.42831.63060.5338.75015.09827.72870.4535.19113.62224.94580.4032.21512.41326.66290.3529.69411.40320.757100.32表 3 容性负载三相电路的电压、负载数据表格所接负载为感性时的电压负载特性与中方法相同，用描点画图的方法来研究所接负载为感性时的电压、负载特性曲线。采用与刚才参数相同的元件组成裂相电路，现在把负载换成最大电感值为100mH的可变电感，电路如图8。利用MultiSim7软件进行仿真，得到如下的一张数据表格（表4），根据相应的数据，即可作出电压负载特性曲线。图8 感性负载的三相模拟电路U1/VU2/VU3/VL/mHXL/0.0000.0000.00000144.47882.63864.913103.14147.989118.950104.257206.28142.148124.748128.077309.42134.496122.719133.6634012.56128.430120.850133.8765015.70124.977119.753132.5736018.84120.747119.117130.8827021.98118.389118.699129.1778025.12118.650118.373127.5919028.26115.352118.084126.16110031.40 表 4 感性负载三相电路的电压、负载数据表格裂相电路的作用对于使用小功率单相电机的家用电器，如家用洗衣机、窗式空调、吸尘器及电风扇等 ,若将单相异步电动机换为三相异步电动机,由于其负载较为固定,使用这种裂相电路,可获得较为稳定的输出电压，大大改善其性能，提高经济效益。结论本文从基本的裂相电路出发，经过理论分析和MultiSim7软件仿真，得出裂相电路各元件参数的关系，完成了裂相电路的设计；证明了电路在空载时功耗最小，得出三相对称负载（阻性、容性、感性）输出电压负载的特性曲线，并简要说明了分相电