裂相（分相）电路研究论文

1、裂相（分相）电路研究论文PAGE 12 - 摘要本文主要是研究如何将一个单相的交流电源分裂成多相交流电源的问题。理论依据是：由于电容，电感元件两端的电压和通过它们的电流的相位差恒定为90，因此可以利用这一性质，将电容（电感）和与之串联的电阻分别作为电源，这样就达到了把单相交流电源分裂成两相交流电源（相位差为90）的目的；也可利用此原理，将单相交流电源分裂成三相交流电源（相位差为120）。为了研究这个结论，我做了两个实验：分别将一个单相交流电源分裂成两个和三个相位差恒定的电源，同时还研究了裂相后的电源接不同性质负载时的电压、功率的变化。得到的结论是：1裂相后电源接相等负载时两端的电压和负载阻值成

2、一定的曲线关系（同增同减）。2接合适的负载时,裂相后的电路负载上消耗的功率将远大于电源消耗的功率。3负载为容性时，两实验得到的曲线差别较大。4负载为感性时，两实验得到的曲线差别很小。5裂二相实验中，可以根据所接负载的实际情况，选择不同的方法。 此外，裂相技术在实际应用中还有很大的潜力有待开发。本文只对基本原理进行简单的研究探讨，为实际应用提供一些理论支持。关键词：单相交流电源 二相电源 三相电源 裂相 相位差 负载 功率 引言 在科学技术迅猛发展的今天，电工技术在许多领域中都发挥着重要的作用。裂相技术是一项原理较为简单的电路处理技术，在实际应用中还有很大的潜力有待开发。本文主要是研究如何将一个

3、单相的交流电源分裂成多相交流电源的问题。通过实验，研究裂相后的电源接不同性质负载时电压的变化。主要设计了两个实验，分别将单相交流电源分裂成两相电源和三相电源。在裂二相实验中，我采取了电工仪表与电路实验技术（马鑫金 编著）中第144页的方法，同时还自己研究出一种新的方法，通过各方面比较，最终得出这两种方法的适用范围。在裂三相实验中，我采取了电工仪表与电路实验技术（马鑫金 编著）中第145页的方法。实验中，通过测量多组数据，绘制相应曲线，并进行简单的分析，从而达到研究的目的。正文实验材料与设置装备本实验是理想状态下的实验，所有数据都通过在电路专用软件Multisim 7中模拟实验测得的。（1）所有

4、实验器材为（均为理想器材）：裂二相实验：一个单相交流电压源（220V/50HZ），两个电阻（阻值均为3184.7）,两个电容(均为1uF),导线若干；此外，还有交流电压表，功率表若干，以及许多不同阻值的电阻。法: 裂三相实验： 一个单相交流电压源（220V/50HZ），四个电阻（阻值均为1000），两个电容(均为1uF),导线若干；此外，还有交流电压表，功率表若干，以及许多不同阻值的电阻。 （2）实验原理由于电容，电感元件两端的电压和通过它们的电流的相位差恒定为90，因此可以利用这一性质，将电容（电感）和与之串联的电阻分别作为电源，这样就达到了把单相交流电源分裂成两相交流电源（相位差为90）的

5、目的；也可利用此原理，将单相交流电源分裂成三相交流电源（相位差为120）。 （3）实验方法 本实验中，我采取了电工仪表与电路实验技术（马鑫金 编著）中第144页，145页的两个方法，同时还自己研究出一种裂成两相电源的方法。 1）裂二相的实验：方法一：将两个电阻和两个电容串联接入电路中，在一个电阻和电容的串联电路两端接入单相交流电源，则可以将一个电阻和电容作为裂相后的电源，通过接入不同性质的电阻来研究电源的电压变化以及整个电路的功耗。方法二：将两个电阻和两个电感串联接入电路中，在一个电阻和电感的串联电路两端接入单相交流电源，则可以将一个电阻和电感作为裂相后的电源，通过接入不同性质的负载来研究电源

6、的电压变化以及电源和负载的功耗。 2）裂三相的实验：将两个电阻串联作为并联电路的一个支路，另外两个支路由一个电阻和一个电容串联组成。把并联端口接入单相交流电源，这样可以把电源分裂成三相电源。实验过程裂二相实验方法一：参见电工仪表与电路实验技术（马鑫金编著）中第144页。db dadbdaccU1U2V1U1U2电路图 相量图 方法二：实验电路图如下： 设流过R1，L1的电流为I1，流过R2，L2的电流为I2。V1=I1（R1*R1+W*W*L1*L1）=I2（R2*R2+W*W*L2*L2） U1=I1*W*L1 U2=I2*R2 U2/V1=1/1+（W*W*L2*L2）/（R2*R2） U

7、1/V1=1/1+（R1*R1）/（W*W*L1*L1）为了方便计算，不妨令W*L2=W*L1=R2=R1，则：U2/V1=U1/V1=1/2相量图如下： dddabccU1U2V1U1U2裂相成功后，用得到的二相电源接不同性质的负载：在二相电源上接两个相等的电阻，分别测得不同阻值时二相电源的电压（多组数据），再绘制电压负载特性曲线。测得二相电源分别接不同阻值负载时电源和负载的功率，比较得出结论。在二相电源上接两个容性或感性负载，测得不同阻抗时电源的电压，并做电压负载特性曲线。 （2）裂三相实验 参见电工仪表与电路实验技术（马鑫金编著）中第145页。 电路图I2CI2CDBAI3R3I3Uc3

8、UcUsUAI1OI2R2UsUc2 相量图实验结果裂二相实验方法一：将单相交流电源（220V/50HZ）分裂成的两个交流电源相位差约为89.9998，二相输出空载时电压的有效值分别为155.602V和155.524V。裂相后的电源接相等负载（电阻性）的电压负载特性曲线数据：R1=R2/K33.33.53.74U1/V95.93599.691101.954104.049106.912U2/V95.88699.640101.903103.996106.858R1=R2/K4.34.655.56U1/V109.484111.805114.569117.580120.186U2/V109.42811

9、1.749114.512117.521120.126R1=R2/K6.578910U1/V122.464124.470127.838130.553132.785U2/V122.402124.407127.774130.487132.719R1=R2/K1111.5U1/V134.653134.585U2/V135.476135.408 曲线： 二相电源接相等负载时的电压-负载特性曲线二相电源接相等负载时的电压-负载特性曲线020406080100120140160051015R1=R2/U/VU1/VU2/V电源消耗的功率与负载消耗的功率的关系 将裂相后的电源分别接不同阻值的电阻，测得电源消耗

10、的功率与相应电阻消耗的功率的值如下表：方法二：将单相交流电源（220V/50HZ）分裂成的两个交流电源相位差约为89.9950，二相输出空载时电压的有效值分别为155.485V和155.586V。裂相后的电源接相等负载（电阻性）的电压负载特性曲线数据：R1=R2/0510305080100110U1/V010.45919.90749.43369.53589.30898.342102.035U2/V010.46419.91849.4769.57389.35698.395102.091R1=R2/120130140150160170180190U1/V105.3108.21110.8113.141

11、15.25117.17118.917120.516U2/V105.36108.26110.86113.202115.32117.233118.982120.582R1=R2/200230260290320350U1/V121.98125.74128.76131.224133.28135.017U2/V122.05125.81128.83131.295133.35135.09曲线：二相电源接相等负载时的电压-负载特性曲线二相电源接相等负载时的电压-负载特性曲线0204060801001201401600100200300400R1=R2/U/VU1/VU2/V3）电源消耗的功率与负载消耗的功率的

12、关系 将裂相后的电源分别接不同阻值的电阻，测得电源消耗的功率与相应电阻消耗的功率的值如下表：R3/R4/P1(电源)/WP1(负载)/WP2(电源)/WP2(负载)/W1010039.6743.96339.6312020065.40913.06865.3384040091.33136.49391.2326060099.46859.61699.368080099.81479.76599.7062080065.40979.76599.7065090096.81388.6298.4673070081.5870.103100.1464080091.33179.76599.7068020099.8141

13、3.06865.3389050098.57448.35496.70870300100.23724.44781.4918040099.81436.49391.23210020096.82413.06865.338 裂三相实验将单相交流电源（220V/50HZ）分裂成的三个交流电源相位差约为119.9997，120.0002,120.0001。三相输出空载时电压的有效值分别为109.945V,109.945V和109.855V。裂相后的电源接相等负载（电阻性）的电压负载特性曲线数据:R1=R2=R3/U1/VU2/VU3/V000010030.73417.3335.830057.06538.016

14、17.04550069.10250.85527.193100082.69469.2545.665200092.69285.28765.668300097.07292.46176.13400099.61496.47682.5625000101.29699.02386.9226000102.497100.77590.0767000103.401102.05192.4648000104.107103.03494.3369000104.674103.77995.84211000105.529104.89498.12112000105.86105.31299.00113000106.145105.668

15、99.759曲线:二相电源接容性和感性负载时的电压负载曲线1）方法一接容性负载接感性负载 2）方法二接容性负载 接感性负载三相电源接容性和感性负载时的电压负载关系（由于不易做曲线，此项由数据表代替）接容性负载负载一/uF负载二/uF负载三/uFU1/VU2/VU3/V111105.34195.451101.3785105093.92533.7917.4365001003002.816.8860.7581000200101.3553.47519.56540010503.30460.5894.48210010050013.7276.6850.5173000100300.4636.9237.1031

16、5555550.79102.8333.95911001000108.393.5570.377接感性负载负载一/mH负载二/mH负载三/mHU1/VU2/VU3/V1110.140.0690.022510500.7020.6931.0850010030063.5256.9551.09110002001092.88711.93603550.7070.21210010050014.477.148.948300010030110.2774.3350.9281555555104.8130.2581.336110010000.1486.97922.74 实验结果分析（1）裂二相实

17、验1）比较这两种方法,方法一测得的相位差和空载时的电压更准确；而在裂相后的电源接相等电阻的实验中,仔细观察两条电压负载特性曲线,发现方法二得出的曲线两相 电压几乎重合,而方法一则有一点偏差。2）将裂相后的电源分别接不同阻值的电阻，测得电源消耗的功率与相应电阻消耗的功率的数据表明：这两种方法在一定范围内均能起到较好的裂相作用。但具体分析得知：由于方法一中的预设电阻为1000，因此得到的裂相电源适合接小电阻或1000左右的电阻；由于方法二中的预设电阻为100，因此得到的裂相电源适合接100以下的小电阻。实际应用中可以根据需要，调整预设电阻的阻值，从而达到在裂相后的电源上接不同大小电阻的目的。3）比较两种方法裂相后电源接容性和感性负载时的电压负载曲线可知：两种方法接容性负载时的曲线差别较大，接感性负载时曲线差别很小。 （2）裂三相实验 当裂相后所接负载较小时，三相两端的电压相差较大（第三相和前两相电压的差别尤为明显）；但随着负载的逐渐变大，三相两端的电压差距在逐渐缩小，这点由电压负载特性曲线也可以看出来。这是和裂二相实验不同的地方。结论本实验原理比较简单，实验目的也较为明确，但在测量过程中仍然遇到了不少问题。经过反复思考，多次尝试，终于把困难一一克服了。实验中，我除了借鉴书上的方法外还提出了一个自己的方法，并通过比较，