裂相分相电路的仿真研究

1、裂相(分相)电路的仿真研究摘要本文主要介绍用Multisim7对裂相电路进行仿真，主要讨论了将单相交流 电源(220V/50Hz)分裂成相位差为90的两相电源的情况。根据电源特性，通过 多次实验，选出一个质量好的电源进行实验， 并画出电压随电阻的变化曲线； 然 后在电压输出端接负载电阻，仿真测出不同电阻阻值时功耗大小，并绘出功率-电阻图像，通过观察研究， 得出当其空载时功耗最小。然后将负载换成电感或电容，同样画出阻抗-电压图像，观察所绘图像，发现电感的电压一感抗曲线有一个最高点，据试验数据， 结合代数运算，得出当 WL=R( 3.183 Q)时，电压取得最大值。关键词裂相 分相 单相电源 两相

2、电源.引言随着3G时代的到来，电子科学及电工技术在日常及社会生活中的应用也越来 越广泛，裂相技术作为一项较为简单的技术， 在教学演示和实际生活中有着很大 的实用价值。而本次试验中就有 R-C裂相电路，我对此很感兴趣，在参考了一 些课内及课外资料后，决定研究下这个课题。本次试验对裂相电路进行了仿真研 究，将单相交流电源分裂成相位差为 90。的两相电源，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，并证明设计电路在空载时 功耗最小。.正文(1)实验材料与设备装置裂成两相电源一个单相交流电压源(220V/50HZ),两个阻值分别为3.183 Q的电阻, 两个电容均为1mF的电

3、容，两台万用表，两台功率表，一台示波器，一些可 变电阻，可变电容及可变电感和导线若干。本实验的所有数据均为在Multisim7上仿真得出。(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有一个相位差，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。(3)实验方法做实验过程中，我参考了电工仪表与电路实验技术(马鑫金 编著)中第144页，145页的方法。电路图与向量图如下。裂成两相电源电路图 Mu吹喇H回fldc.工 kC51)按照上图接好裂相

4、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，然后绘制电压一一负载特性曲线和功率一一 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，然后绘制电压一一负载特性曲线。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，始雕翳靖 M 壁工且健幽窗口嬲 毕图a0QQ七国史上土2幅触Tran:函一限丽厂-丽丽丽裂成两相电源(4)实验过程及结果樽 Vultis t - Ci

5、raiitlCti耻 = A3,1必加1时两相电源的电压，然后绘制电压一一负载特性曲线。电阻电容的选择在实验过程中，同样满足 R1C1=R2C2=RC. wR1C1=wR2C2=条件的电阻电容组 合成千上万，比如我一开始选择 3.183k Q的电阻及电容均为1uF的电容，在 空载情况下，测得电压表电压分别为155.651V和155.644V,但是发现当负载可变电阻调至50Q *80%寸，两电压表示数居然有不小的变化，分 别为132.913V和149.453V;当负载可变电阻调至 500*85%寸，两电压 表示数变为126.364V和149.806V!显然这样的电源输出质量不好，然后经 过多次实

6、验，发现电阻越小，电容越大时，其电源输出质量也就越好， 电压越稳定！ 于是我最后选择 阻值分别为3.183。的电阻以及容量为1mF的电容，开始 做实验。示波器观察电源输出的相位差示波器图像由图可见，裂相后的两电源输出的相位差为 90各相电压值7万用表155.556 V艮“7/亍 电压随电阻变化曲线U-明*R有图可见，电压前后变化很小不同阻值时二相电源的负载功率P-R图P2(W)T- P1(W)心1 5 101520250354045实验结果：R*1000T1-T2T相位差P2(W)P1(W)2.54.84720.15386.580.5090.5154.84720.15386.580.5380.

7、538104.84720.15386.580.6040.603154.84719.89887.690.6910.691205.10220.15391.140.8060.805255.10220.15391.140.9680.967305.10220.15391.141.211.212355.10220.15391.141.6131.61405.10220.15391.142.4192.421455.10220.15391.144.8374.83647.55.10219.89892.319.6679.668*1R此图为两电阻所消耗的功率随电阻变化而改变的折线图电感电感负载的实验电路图* Muft

8、nim - 出11IJtSgS.Tran：3JBB5 制以下为所测电感感抗-电压对应数据表L(mH)U1(V)U2(V)1.575153.47153.4753.1410219.91219.9164.7115209.195209.2016.2820197.236197.2427.8725189.033189.0399.4230183.363183.36710.9935179.291179.29612.5640176.219176.22614.1345173.87173.86115.750171.956176.961250电容电容负载的实验电路图Muhjsrn-|Circuitl口同|学娣 睡醯

9、就飓倍工且健越茴口励-5：口值。上降自e也国胃于以，留前R32 _um-01力网gxsciG务电格号（imq佳秘4小|邮瀛 Tm：迎9啊U1U2C1(uF)1/WC1C2(uF)1/WC2155.69155.713184.7133813184.713155.364155.36921592.3566921592.357155.25155.25131061.5711331061.571155.1155.14796.1783444796.17831551555636.9426755636.9427154.92154.926530.7855636530.7856154.91154.917454.959

10、0547454.9591154.901154.9058398.0891728398.0892154.816154.8219353.8570429353.857154.737154.74210318.47133810318.4713此为电容容抗-电压之间关系图(5)结果的讨论仿真测出不同电阻阻值时功耗大小，通过观察研究功率-电阻图像，得出当其空 载时功耗最小。然后将负载换成电感时，观察所绘阻抗-电压图像，发现电感的电压一感抗曲线有一个最高点，据试验数据，结合代数运算，得出当 WL=R( 3.183 Q)时，电压取得 最大值。3.结论本实验的实验原理较简单，实验过程基本顺利，有些问题在问过老师之后得到了圆满解 答。经过反复思考，反复做实验，查阅书籍资料，终于克服了诸多困难，很好的完成了 实验，并得到以下结论：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。裂相后，各相电源空载时功耗最小。负载为感性时，负载电压随电感值先增后减，有一最大值，再趋于平稳。负载为容性时，负载电压随电容值先平稳再减小呈递减趋势。