交流电路的应用设计 裂相(分相)电路

交流电路的应用设计

裂相（分相）电路

设计人：陆佳元

学号：**********

班级：10级电信（1）班

摘要：本文研究了使用Multisim7软件对裂相电路进行仿真，主要讨论了将单相交流电源降压、分裂成相位差为90°的两相电源和将单相电流源降压、分裂成相位差为120°的三相电源的两种情况。

关键词： 交流电路 分裂 两相电源 三相电源

引言：三相电凭借其易于产生较大功率的电能、发电机工作稳定的特点广

泛被采用，由于产生电压较大为380V，而正常电器工作电压为220V，所以应该将其按照需要裂相处理，因此，裂相电路的处理有很多现实意义。本实验通过仿真测量、记录数据、数据处理，并进行简单的分析，从而达到对裂相电路的设计和研究的目的。

正文：

（1） 实验材料与设备装置

计算机、multisim软件

实验中模拟出220V、50Hz电压源、5kΩ电阻四个，其他不同阻值电阻若干、不同电容若干、不同电感若干。 （2） 实验原理

因为电容元件两端的电压和通过它电流有90°的相位差，所以可以利用这个性质，将电容和电阻串联后作为电源，这样就能把单相交流电源分裂成相位差为90°的两相电源。同理可将单相交流电源分裂成相位差为120°的三相电源。

（3） 设计要求：

1、 将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为90○的两相电源。

1）

。 2%）

2） 测量并作电压——负载（两负载相等，且为电阻性）特性曲线，到输出电压

150（1-10%）V；相位差为90×（1-5%）为止。 3）

测量证明设计的电路在空载时功耗最小。

○

两相输出空载是电压有效值相等，为150×（12%）；相位差为90×（1

○

2、 将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为120○对称的三相电源。

1) 两相输出空载时电压有效值相等，为110×（12%）V；相位差为120×（1

○

。 2%）

2) 测量并作电压——负载（三负载相等，且为电阻性）特性曲线，到输出电压110

×（12%）V；相位差为120×（12%）为止。

○

3) 测量证明实际的电路在空载时功耗最小。

ABI1R1I2C2I3R3UsA0R1CR2C3DO 图一

I2CI3R3I3Uc360AI1Uc2

。30。UAOUsUcUsDI2R2B

图二

图一所示电路中输出电压U1和U2分别与输入电压为

U2Us11(1)2wR2C2

U11 2Us1(wR1C1)对输入电压而言，输出电压U1和U2相位为

1arctanwR1C1

2arctan或

1

wR2C2cot2wR2C2tan(290)

由此

290arctanwR2C2

若

R1C1R2C2RC

则必有

1290

一般而言，1和2与角频率w无关，但为使U1和U2数值相等，可令

wR1C1 wR2C21

2、将单相电源分裂成三相 同样，将单相电源Us分裂成UOA、 UOB 、UOC

互成120的对称电压，其原理如图二所示。 将单相电源分裂成三相原理

设计电路关键是原件参数。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I2与I1相位差成60；使电流I3与I1相位差成30，则可使电压UA、 UB 、UC成对称三相电压。可利用公式

○

○

○

XC2Xtan60 C3tan30 R2R3

Multisim10.0软件在win7上的工作界面:

二相电路

二相电路图：

1） 按照上图接好裂相电路后，在空载情况下用示波器观察裂相后两相电源输出的相位差，用万用表读出此时的各相电压。 2） 两相电源的每一相上分别接一个电阻，两电阻阻值相等。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——负载特性曲线和功率——负载特性曲线。

3） 两相电源的每一相上分别接一个电感，两电感值相等。分别测量记录不同电感值

时两相电源的电压，然后绘制电压——负载特性曲线。 4） 两相电源的每一相上分别接一个电容，两电容值相等。分别测量记录不同电容值时两相电源的电压，然后绘制电压——负载特性曲线。

二相示波器图像：

该电路实验数据和图表如下所示： 二相电接入电阻 R/kΩ 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 U1 60.399 89.314 105.338 115.322 122.082 132.1 130.154 133.01 135.261 137.065 U2 59.866 88.526 104.408 114.304 121.004 130.934 130.15 133.006 135.257 137.061 P1/mw 1.824 1.994 1.849 1.662 1.49 1.163 1.228 1.123 1.035 0.9286 P2/mw 1.792 1.959 1.817 1.633 1.464 1.143 1.228 1.123 1.035 0.9586 二相电接入电阻后，U-R图像：

二相接入电阻后，P-R图像：

L/H 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 二相电路接入电感 U1/V U2/V 155.139 155.178 145.321 138.809 131.601 124.134 116.785 109.682 103.034 96.891 155.133 155.135 145.319 138.817 131.597 124.13 116.752 109.679 103.032 96.858

二相接入电感后，U-L图像：

二相电路接入电容 C/μf U1/V U2/V 1 79.682 79.68 2 51.609 51.607 3 37.919 37.917 4 29.923 29.914 5 24.683 24.682 6 21 21.006 7 18.261 18.27 8 16.172 16.167 9 14.504 14.497 10 13.14 13.139 二相电路接入电容后，V-C图像：

三相电路：

三相电路图：

三相电路示波器图像：

三相电接入三个电阻 R/kΩ 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 三相电路U-R图像：

U1 74.361 90.012 96.509 100.008 102.185 103.7 104.694 105.471 106.144 106.561 U2 50.321 68.719 78.202 83.969 87.857 90.66 92.774 94.425 95.766 96.868 U3 60.04 75.777 83.965 89.07 92.558 95.082 97 98.489 99.695 100.678 P1/mw 2.771 2.035 1.562 1.261 1.055 0.906 0.794 0.707 0.627 0.579 P2/mw 1.269 1.186 1.026 0.889 0.78 0.694 0.623 0.567 0.519 0.479 P3/mw 1.807 1.442 1.183 1 0.8657 0.763 0.682 0.616 0.562 0.517

三相电路 P-R图像：

L/H 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 U1/V 90.34 156.943 157.092 153.034 150.56 147.962 145.398 142.588 139.898 137.462 三相电接入电感 U2/V 41.323 84.463 104.693 120.921 132.488 135.431 141.027 140.967 139.799 138.117 U3/V 63.183 90.861 75.633 73.265 81.923 92.159 100.289 105.915 109.686 112.179

三相电路接入电感U-L图像：

C/μf 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 三相电接入电容 U1/V U2/V 79.211 62.518 51.813 44.094 30.338 30.56 30.613 27.596 25.364 23.359 22.259 20.149 18.87 58.066 39.407 30.121 24.544 21.607 18.659 15.909 13.864 12.932 11.83 10.934 10.082 9.441 U3/V 80.605 61.011 48.955 40.829 34.927 30.496 27.23 25.123 22.261 20.4 18.944 17.488 16.289 三相电路接入电容，U-C图像：

（1） 实验结果讨论

裂成两相电源实验 1） 按文中所示电路图连接后，空载时电源的输出电压值与每相电源的相位差能

达到要求。

2） 两相电源接入相同阻值的电阻性负载后，变换阻值的大小，获得的电压曲线

和功率曲线基本重合，由功率曲线可知，接入适当大小的电阻时，功率可达到最大值，空载时功耗最小。

3） 负载为两相同电感值的电感，各相电压在电感取特定值时有最大值。 4） 负载为两相同电容值的电容，电容小于一定值时，各相电压基本平稳保持在

空载电压值附近，大于该值后电压明显降低。

裂成三相电源实验 1） 按文中所示电路图连接后，空载时电源的输出电压值与每相电源的相位差能

达到要求。

2） 三相电源接入相同阻值的电阻性负载后，变换阻值的大小，三相电压相差较

大，这方面与裂两相电源实验明显不同。

3） 负载为感性和容性时，曲线的趋势与裂两相电源实验基本一致，但各相电压

还是存在明显区别。

1. 结论

（1） 由实验可知，电路在空载时功耗最小，这满足能量守恒定律。 （2） 裂相后电源接阻值相等的电阻性负载时，两端的电压和负载阻值具有相同的

增减性。

（3） 负载为容性时，负载电压随电容值先平稳再减小。

（4） 负载为感性时，负载电压随电感值先增后减，再趋于平稳。

实验开始时，由于不太熟悉multisim软件，做起来比较吃力，后来慢慢熟悉就好点了，该软件的使用比较方便，仿真程度比较高，容易上手，开始在机房做了一些数据记录在纸上，后来回来用multisim10.0完善了一下，感觉蛮不错的。有些器材不太会使用，在这里感谢老师曾经给予的帮助。实验是本人独立完成，若有不足，望斧正。

参考文献：

1、《电工仪表与电路实验技术》 2、《电路》

马鑫金编著 机械工业出版社 黄锦安主编 机械工业出版社