电工电子综合实验裂相（分相）电路的仿真研究.docxVIP

裂相（分相）电路的仿真研究论文摘要：文章主要研究利用Multisim7仿真设计软件模拟的裂相电路。通过设定一定参数的R-C两相电路，将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为90°的两相电源（155V/50 Hz）。并从R-C两相电路出发，简单的通过输出电压、功耗与裂相电路负载参数之间的关系，研究电压-负载（阻性、感性、容性）特性曲线，同时验证所设计的电路在空载时功耗最小。关键词：裂相电路 单相电源 两相电源 负载特性曲线 空载功耗引言：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。可是在很多民用场合，往往没有两相动力电源，而只有单相电源，如何利用单相电源为两相负载供电，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实用价值。笔者从《电工仪表与电路实验技术》（马鑫金 编著）中提供的R-C裂相电路出发，在参考了一些资料后，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（两负载相等，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。正文： 实验材料和仪器设备序号名称型号与规格数量1单相交流电源220V/50Hz12电阻器318.31Ω13虚拟电容10μF14示波器XCS115万用表XMM1,XMM226功率表XWM1,XWM227虚拟线形电位器　28虚拟可变电容　29虚拟可变电感　2（2）实验原理裂相：将适当的电容、电感与两相对称负载配接，使得两相负载从单相电源获得两相对称电压。由电路理论可知，电容和电感元件最容易改变交流电的相位，且其只储存能量而不消耗能量，因此是用作裂相电路的理想裂相元件。电容和电感的移相原理：电容元件和电感元件两端的电压和通过它电流有90°的相位差。本次仿真就是利用电容的以上性质，采用RC桥式分相电路（图1），将两组电容和电阻串进行适当并联后加上电源，由两个支路分流，其中一个电路电阻及另一电路电容两端的电压就产生了一个相位差，通过计算，调整电阻及电容的值，就能把单相交流电源分裂成相位差为90°的两相电源。d’acc’U1U2UsU1’U2’dUsC2R1C11R2Ul1111123l111U2dcabRC桥式分项电路原理RC桥式分相电路原理将电源US分裂成U1和U2两个输出电压：利用R-C串并联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相位差为90°。如上图所示电路中输出电压U1和U2分别与输入电压US为 对输入电压US而言，输出电压U1和U2的相位是或 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（3）实验过程①试验线路的设计及参数的选择在实验过程中，同样满足R1C1=R2C2=RC且条件的电阻电容组合成千上万，例如318.31Ω的电阻及10uF的电容。本次仿真实验便选择阻值为318.31Ω的电阻以及容量为10uF的电容作为实验参数。实验最终设计电路图如下图所示：②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：示波器观察到两相电压源输出的相位差：由示波器图像可知，裂相后的两相电源输出的相位差约为90°功率表测得电压源空载时的功率：③在两相电源的每一相上分别接一个虚拟线性电位器，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。 表一负载 R3=R4 /ohm1000000900000800000700000600000500000电压U1/V155.578155.575155.572155.567155.561155.553电压U2V155.5155.497155.493155.489155.483155.475负载R3=R4 /ohm4000003000002000001000005000040000电压U1/V155.541155.52155.479155.355155.068154.985电压U2V155.462155.442155.401155.227155.03154.907负载R3=R4 /ohm300002000010000900080007000电压U1/V154.779154.369153.146152.876152.538152.106电压U2V154.701154.292153.069152.799152.462152.029负载R3=R4 /ohm600050004000350030002500电压U1/V151.531150.731149.539148.69414