電工電子綜合實驗報告-分相電路

1、電工電子綜合實驗報告分相電路摘要：本文主要介紹了從單相電源中獲取二相、三相電源的分相法，給出電路元件 參數(shù)及計算公式，對外加負(fù)載為線性電阻，容性負(fù)載及感性負(fù)載與電壓的關(guān)系進(jìn) 行研究，給出容性及感性電阻對于電壓影響的解決方法。關(guān)鍵詞：分相電路 單相電源 二相電源 三相電源 相位差引言：三相電路具有很多優(yōu)越性，廣泛應(yīng)用與國民生產(chǎn)及人們的日常生活的各個領(lǐng) 域中。但實際上，一般民用供電線路，照明電路及許多小功率用電負(fù)載都采用單 相制，使許多設(shè)備及產(chǎn)品的應(yīng)用受到了很大的限制。因此將單相電源裂相成兩相 特別是三相電源是具有重大的意義。由電路理論可知，電容元件及電感元件可以改變交流電的相位，再加上其只 儲能

2、不耗能的特點(diǎn)，從而成為理想的裂相元件。本文通過對將單相電源裂相成兩 相及三相電源的研究，由單相電源得到了所需要的兩相及三相對稱電源。正文：分相電路的設(shè)計要求：1）將單位交流電源（220V、50Hz）分裂成相位差為90。的兩相電源。兩相輸出空載時電壓有效值相等，為150*（14%）V；相位差為90*（12%）。測量并作電壓一負(fù)載（兩負(fù)載相等，且為電阻性）特性曲線，到輸出電壓150（1-10%）V；相位差為90 *（1-5%）為止。測量證明設(shè)計的電路在空載時功耗最小。2）將單位交流電源（220V/50Hz）分裂成相位差為120對稱的三相電源。兩相輸出空載是電壓有效值相等，為110*（14%）V;相

3、位差為120*（12%）。測量并作電壓一負(fù)載（三負(fù)載相等，且為電阻性）特性曲線，到輸出電壓110*（1-10%）；相位差為120（1-5%）為止。測量并證明設(shè)計的電路在空載是功耗最小。3）若負(fù)載分別為感性或容性時，討論電壓一負(fù)載特性。4）論述分相電路的用途，并舉一例詳細(xì)說明。將單相電源分裂為二相電源將電源Us分裂成U1和U2兩個輸出電壓，圖1所示為RC橋式分相電路原理的一種，可將輸入電壓路Us分裂成禹和U2兩個輸出電壓，且使禹和&相位差 成 90。圖1 RC橋式分相電路原理圖1所示電路中輸出電壓U1和U2分別與輸入電壓Us比為:U1US V1 + (圖1 RC橋式分相電路原理圖1所示電路中輸出

4、電壓U1和U2分別與輸入電壓Us比為:U1US V1 + (wR )2U 2 US1-)2 wR2 C 2對輸入電壓Us而言，輸出電壓u 1和U 2的相位為1中=arctan2 2或 cot 甲=R C22 2=一 tan的 + 90。)222 2若RC = R C = RC則必有甲-甲=90。一般而言，112 212圖2未分相前電壓輸出曲線中1和中2與角頻率無關(guān)，但為使1 12 2U1和U2圖2未分相前電壓輸出曲線中1和中2與角頻率無關(guān)，但為使1 12 2TSC1注：電路圖中 C1=10 u F,C2=10 u F,R1=0.32k Q ,R2=0.32k Q其中 R1 C1= R2 C2=

5、RCRC需要調(diào)整數(shù)值，二相電壓有效值才能近似相等，但需滿足上公式。RC值調(diào)整表R1/QCJuFU1/ Vr2/qC2/uFU2/ V10001066.729100010209.6365001011858430010160.03230010150.84435010148.02135010162.75733010152.73433010158.29232510153.9373251015742232310156.65532110154.8663211015609932010155.923圖4為二相在示波器上的波形圖圖4圖

6、4二相在示波器上 的波形圖，其中兩圖像 的相位差大致為90, 二相幅度大致相同。負(fù)載為線性電阻時負(fù)載-電壓關(guān)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電壓與線性負(fù)載的關(guān)系曲線（電腦擬合）:-U1/V-U2/V-U1/V-U2/VU/V如上表，當(dāng)負(fù)載為

7、線性電阻，且RL1=RL2時；兩電阻的電壓變化基本相等，曲線近似重合;負(fù)載很大時，兩負(fù)載電壓接近理論計算值。電路消耗功率與負(fù)載的關(guān)系表:RL1=RL2/。rL1消耗功率P1/WRL2消耗功率P2/W電路總功率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功率與負(fù)載的關(guān)系圖（電腦擬合）:WT/nTRL1消耗功率PWT/nT_RL 2消耗功率P2電路總功率P/W/W/W200000 400000 600000 80000010000001200000/W/W負(fù)載為感性時負(fù)載-電壓關(guān)系表:如上表，可以看出當(dāng)負(fù)載一8,即電路空載時，電路功耗最小,趨近于152W.負(fù)載為感性時負(fù)載-電壓關(guān)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電壓與感性負(fù)載的曲線關(guān)系圖（電腦擬合）:如上圖，當(dāng)負(fù)載為感性電阻時：兩負(fù)載的電壓基本相等，電壓曲線近似重合；感性負(fù)載兩端電壓增長趨勢為先增后減，最后趨于一常數(shù)，值與線性電阻的趨 值相同。負(fù)載為容性時負(fù)載-電壓關(guān)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電壓與容性負(fù)載的曲線關(guān)系圖（電腦擬合）:如上圖，當(dāng)負(fù)載為容性電阻時，兩負(fù)載的電壓基本相等，電壓曲線近似重合；隨著電容值的增大，電壓逐漸減小，裂相所得電壓達(dá)不到所需值，因此裂相所 得電壓只適合值較小的容性電阻。將單相電源分裂為三相電源電路原理圖如下：圖5將單相電源分裂為三相原理從以上向量圖中可見，B和C兩點(diǎn)的軌跡是在圓周上變化，只要使電流I2與I1 相位差成60 ；使電流【3與I1相位差成30，則可使電壓UA UB橢成對稱三 相電壓?？衫?/p>

11、公式XC2XC2/R2二tan60XC3/R3二tan30圖中元件參數(shù)：Ci=C2=32 u F, Ri=R2=1k Q , R3=57.46 Q , R4=172.38 Q 三相電壓波形圖:如圖，三相電壓相位差為120 .負(fù)載為線性電阻時負(fù)載-電壓關(guān)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電壓與線性負(fù)載的關(guān)系曲線（電腦擬合）:通過對數(shù)據(jù)測量及生成曲線分析可知：三相所得三條曲線基本重合；當(dāng)外加負(fù)載阻值較大時所得的電壓值更加接近分相空載所得電壓110伏。電路消耗功率與負(fù)載關(guān)系:Ra二Rb二Rc/QPa/WPb/WPc/W總功率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功率與負(fù)載的關(guān)系圖（電腦擬合）:通過對數(shù)據(jù)測量及生成曲線分析可知：外加負(fù)載電阻阻值越小，電路所消耗的功率越大，隨著電阻阻值的增加電路消耗 功率減小，最后趨于不變。負(fù)載為感性時負(fù)載-電壓關(guān)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電壓與感性負(fù)載的曲線關(guān)系圖（電腦擬合）:通過對數(shù)據(jù)測量及生成曲線分析可知隨著L的增大，電壓呈現(xiàn)先增后減的趨勢； 最后趨于常數(shù)；觀察生成的曲線發(fā)現(xiàn)在L1，L2, L3取一定值時可獲得最大電壓 值。引起的原因是RC橋式電路利用電容進(jìn)行裂相，而當(dāng)外加負(fù)載為電感時，負(fù) 載電感與

15、電路中的電容相互作用影響，當(dāng)發(fā)生諧振時獲得最大電壓值。負(fù)載為容性時負(fù)載-電壓關(guān)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電壓與容性負(fù)載的曲線關(guān)系圖（電腦擬合）UA/V UB/VUC/V通過對數(shù)據(jù)測量及生成曲線分析可知外加

16、容性負(fù)載對電壓影響很大，隨著電容值的增大，電容兩端的電壓值遞減，無法得到理想的分壓電壓，可見此RC橋式電 路只適用與外加容性負(fù)載比較小的情況。結(jié)論通過本實驗可得到以下結(jié)論：利用RC, RL橋式電路裂相時裂相電路里所用的電阻相當(dāng)與電源的內(nèi)阻，因此 在選擇參數(shù)是應(yīng)該使此內(nèi)阻越小越好?？梢酝ㄟ^增大電容C來減小內(nèi)阻。利用RC，RL橋式電路可以將單相交流電源裂相成兩相及三相電源。主要是利 用了電容及電感與電阻時間的相位差及電容和電感正常工作時不消耗功率的 特性。當(dāng)裂相電路外加電阻性負(fù)載時，當(dāng)負(fù)載阻值比較大的時候可以得到理想的分 相電壓，可以有效的利用裂相電路。但是當(dāng)負(fù)載阻值較小的時候無法得到所 要的電壓值。因此在生產(chǎn)生活中利用裂相時要注意外加負(fù)載的阻值的大小。當(dāng)裂相電路外加容性或者感性負(fù)載時，只能是RC橋式裂相電路外加容性負(fù)載