电工电子综合实验报告-分相电路

1、电工电子综合实验报告分相电路摘要：本文主要介绍了从单相电源中获取二相、三相电源的分相法，给出电路元件 参数及计算公式，对外加负载为线性电阻，容性负载及感性负载与电压的关系进 行研究，给出容性及感性电阻对于电压影响的解决方法。关键词：分相电路 单相电源 二相电源 三相电源 相位差引言：三相电路具有很多优越性，广泛应用与国民生产及人们的日常生活的各个领 域中。但实际上，一般民用供电线路，照明电路及许多小功率用电负载都采用单 相制，使许多设备及产品的应用受到了很大的限制。因此将单相电源裂相成两相 特别是三相电源是具有重大的意义。由电路理论可知，电容元件及电感元件可以改变交流电的相位，再加上其只 储能

2、不耗能的特点，从而成为理想的裂相元件。本文通过对将单相电源裂相成两 相及三相电源的研究，由单相电源得到了所需要的两相及三相对称电源。正文：分相电路的设计要求：1）将单位交流电源（220V、50Hz）分裂成相位差为90。的两相电源。两相输出空载时电压有效值相等，为150*（14%）V；相位差为90*（12%）。测量并作电压一负载（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。测量证明设计的电路在空载时功耗最小。2）将单位交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为120对称的三相电源。两相输出空载是电压有效值相等，为110*（14%）V;相

3、位差为120*（12%）。测量并作电压一负载（三负载相等，且为电阻性）特性曲线，到输出电压110*（1-10%）；相位差为120（1-5%）为止。测量并证明设计的电路在空载是功耗最小。3）若负载分别为感性或容性时，讨论电压一负载特性。4）论述分相电路的用途，并举一例详细说明。将单相电源分裂为二相电源将电源Us分裂成U1和U2两个输出电压，图1所示为RC桥式分相电路原理的一种，可将输入电压路Us分裂成禹和U2两个输出电压，且使禹和&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U1和U2分别与输入电压Us比为:U1US V1 + (图1 RC桥式分相电路原理图1所示电路中输出

4、电压U1和U2分别与输入电压Us比为:U1US V1 + (wR )2U 2 US1-)2 wR2 C 2对输入电压Us而言，输出电压u 1和U 2的相位为1中=arctan2 2或 cot 甲=R C22 2=一 tan的 + 90。)222 2若RC = R C = RC则必有甲-甲=90。一般而言，112 212图2未分相前电压输出曲线中1和中2与角频率无关，但为使1 12 2U1和U2图2未分相前电压输出曲线中1和中2与角频率无关，但为使1 12 2TSC1注：电路图中 C1=10 u F,C2=10 u F,R1=0.32k Q ,R2=0.32k Q其中 R1 C1= R2 C2=

5、RCRC需要调整数值，二相电压有效值才能近似相等，但需满足上公式。RC值调整表R1/QCJuFU1/ Vr2/qC2/uFU2/ V10001066.729100010209.6365001011858430010160.03230010150.84435010148.02135010162.75733010152.73433010158.29232510153.9373251015742232310156.65532110154.8663211015609932010155.923图4为二相在示波器上的波形图图4图

6、4二相在示波器上 的波形图，其中两图像 的相位差大致为90, 二相幅度大致相同。负载为线性电阻时负载-电压关系表:RL1=RL2/。U1/V&/V53.3833.402106.6646.698159.8419.8942012.91412.9873018.78718.8824024.28624.4155029.48029.60810050.92850.614500114.368114.9761000132.590133.2612000143.285144.0465000150.293151.091电压与线性负载的关系曲线（电脑拟合）:-U1/V-U2/V-U1/V-U2/VU/V如上表，当负载为

7、线性电阻，且RL1=RL2时；两电阻的电压变化基本相等，曲线近似重合;负载很大时，两负载电压接近理论计算值。电路消耗功率与负载的关系表:RL1=RL2/。rL1消耗功率P1/WRL2消耗功率P2/W电路总功率P/W52.2902.315297.871104.4404.487293.351156.4566.525289.051208.3458.432284.8565017.35617.542262.54610025.95126.226214.65650026.16026.440168.707100017.58117.768157.64850004.5174.566152.361100002.33

8、22.356152.127500000.4780.484152.0881000000.2390.243152.05210000000.0240.024152.050功率与负载的关系图（电脑拟合）:WT/nTRL1消耗功率PWT/nT_RL 2消耗功率P2电路总功率P/W/W/W200000 400000 600000 80000010000001200000/W/W负载为感性时负载-电压关系表:如上表，可以看出当负载一8,即电路空载时，电路功耗最小,趋近于152W.负载为感性时负载-电压关系表:51.0841.091102.1812.192204.4064.4315011.34511.4051

9、0023.82223.94920052.27952.556500153.105153.9191000219.980221.1492000197.087198.1345000171.657172.56910000163.244164.112电压与感性负载的曲线关系图（电脑拟合）:如上图，当负载为感性电阻时：两负载的电压基本相等，电压曲线近似重合；感性负载两端电压增长趋势为先增后减，最后趋于一常数，值与线性电阻的趋 值相同。负载为容性时负载-电压关系表:呻U1/V&/V1147.587148.3422140.399141.1465121.578122.2311097.97198.4902069.2

10、3869.6075035.98236.17410019.81419.91820010.40410.4655004.3034.31410002.1622.178电压与容性负载的曲线关系图（电脑拟合）:如上图，当负载为容性电阻时，两负载的电压基本相等，电压曲线近似重合；随着电容值的增大，电压逐渐减小，裂相所得电压达不到所需值，因此裂相所 得电压只适合值较小的容性电阻。将单相电源分裂为三相电源电路原理图如下：图5将单相电源分裂为三相原理从以上向量图中可见，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【3与I1相位差成30，则可使电压UA UB椭成对称三 相电压。可利用

11、公式XC2XC2/R2二tan60XC3/R3二tan30图中元件参数：Ci=C2=32 u F, Ri=R2=1k Q , R3=57.46 Q , R4=172.38 Q 三相电压波形图:如图，三相电压相位差为120 .负载为线性电阻时负载-电压关系表:Ra二Rb二Rc/QUa/VUb/VUc/V1032.61629.12617.3312049.86646.70529.3355073.13472.91052.65510087.56688.95972.50420097.89698.88288.469500105.546104.995100.7241000108.223107.115105.2

12、972000109.333108.304107.6365000109.855109.163109.02010000109.931109.532109.493电压与线性负载的关系曲线（电脑拟合）:通过对数据测量及生成曲线分析可知：三相所得三条曲线基本重合；当外加负载阻值较大时所得的电压值更加接近分相空载所得电压110伏。电路消耗功率与负载关系:Ra二Rb二Rc/QPa/WPb/WPc/W总功率p/w10106.38084.83130.036119.90320124.394109.06843.029157.41650106.973106.31955.450185.68310076.67979.13

13、752.569199.59720047.91848.88839.133210.63750022.26822.05920.303218.789100011.69811.47411.087221.03420005.9775.8655.793222.22350002.4142.3852.379222.655100001.2091.2001.200222.870功率与负载的关系图（电脑拟合）:通过对数据测量及生成曲线分析可知：外加负载电阻阻值越小，电路所消耗的功率越大，随着电阻阻值的增加电路消耗 功率减小，最后趋于不变。负载为感性时负载-电压关系表:LA=LB=LC/mHUa/VUb/VUc/V11.

14、4611.2140.69757.5326.3083.5201015.61113.2067.1065082.67379.18230.012100102.431127.88646.034500120.408146.651142.2441000117.081124.728126.2122000114.132115.601118.493电压与感性负载的曲线关系图（电脑拟合）:通过对数据测量及生成曲线分析可知随着L的增大，电压呈现先增后减的趋势； 最后趋于常数；观察生成的曲线发现在L1，L2, L3取一定值时可获得最大电压 值。引起的原因是RC桥式电路利用电容进行裂相，而当外加负载为电感时，负 载电感与

15、电路中的电容相互作用影响，当发生谐振时获得最大电压值。负载为容性时负载-电压关系表：CA=CB=CC/ 口 FUA/VUb/VUc/V1110.274108.658107.6772110.421106.816106.0595109.310102.010102.41910106.48995.88296.58520100.96686.59186.2455086.58869.41364.65110069.21954.23845.41320048.45538.24728.256UA/V UB/VUC/V电压与容性负载的曲线关系图（电脑拟合）UA/V UB/VUC/V通过对数据测量及生成曲线分析可知外加

16、容性负载对电压影响很大，随着电容值的增大，电容两端的电压值递减，无法得到理想的分压电压，可见此RC桥式电 路只适用与外加容性负载比较小的情况。结论通过本实验可得到以下结论：利用RC, RL桥式电路裂相时裂相电路里所用的电阻相当与电源的内阻，因此 在选择参数是应该使此内阻越小越好。可以通过增大电容C来减小内阻。利用RC，RL桥式电路可以将单相交流电源裂相成两相及三相电源。主要是利 用了电容及电感与电阻时间的相位差及电容和电感正常工作时不消耗功率的 特性。当裂相电路外加电阻性负载时，当负载阻值比较大的时候可以得到理想的分 相电压，可以有效的利用裂相电路。但是当负载阻值较小的时候无法得到所 要的电压值。因此在生产生活中利用裂相时要注意外加负载的阻值的大小。当裂相电路外加容性或者感性负载时，只能是RC桥式裂相电路外加容性负载