南京理工-电工电子综合实验(一)-裂相(分相)电路的仿真研究new

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1、电工电子综合实验（I）实验报告奚睿智电工电子综合实验实验报告院系：动力工程学院学号：0808190149姓名：奚睿智指导老师：完成时间：2010年3月23日裂相（分相）电路的仿真研究中文摘要：第14页共15页电工电子综合实验（I）实验报告奚睿智本文主要研究利用Multisim10仿真设计软件模拟的裂相电路。通过设定一定参数的R-C两相电路，将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为90°的两相电源（155V/50Hz）。并从R-C两相电路出发，简单的通过输出电压、功耗与裂相电路负载参数之间的关系，研究了电压—负载（阻性、感性、容性）特性曲线，同时验证所设计的电路在空载时功

2、耗最小。关键词：裂相单相电源两相电源负载特性曲线功率引言：随着电子科技的发展，物理学与电工学教学演示越来越多的进入人们的日常生活。可是在大多数家庭民用场合，往往没有两相动力电源，而只有单相电源，如何利用单相电源为两相负载供电，成为了值得深入研究的问题，此时裂相技术就体现了它很大的实用价值。笔者从一些电工学教科书提到的R-C裂相电路出发，在参考了一些资料后，对其进行了仿真研究。在将单相交流电源分裂成相位差为90°的两相电路的实验中，通过仿真测量，记录多组负载的数据，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，并进行了简单的分析，以研究其性质（输出电压、功耗与

3、裂相电路负载参数之间的关系），同时验证所设计的电路在空载时功耗最小。正文：（1）料与设备装置第14页共15页电工电子综合实验（I）实验报告奚睿智序号名称型号与规格数量1单相交流电源220V/50Hz12电阻器10Ω23电阻器100Ω24电阻器1kΩ25虚拟电容318.30μF26虚拟电容31.830μF27虚拟电容3.183μF28万用表1GV29示波器XCS1110功率表XWM1111虚拟线形电位器212虚拟可变电容213虚拟可变电感2（2）实验原理裂相：将适当的电容、电感与两相对称负载配接，使得两相负载从单相电源获得两相对称电压。由电路理论可知，电容和电感元件最容易改变交流电

4、的相位，且其只储存能量而不消耗能量，因此是用作裂相电路的理想裂相元件。电容和电感的移相原理：电容元件和电感元件两端的电压和通过它电流有90°的相位差。本次仿真就是利用电容的以上性质，将两组电容和电阻串进行适当并联后加上电源，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产生了一个相位差，通过计算，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。图1为基本R-C裂相电路，图2为向量图。第14页共15页电工电子综合实验（I）实验报告奚睿智图1d’acc’U1U2UsV1U1’U2’图2（3）实验方法将电源US分裂成U1和U2两个输出电压：利用R-C串

5、并联电路它可将输入电压路US分裂成U1和U2两个输出电压，且使U1和U2相位差为90°。如上图所示电路中输出电压U1和U2分别与输入电压US为第14页共15页电工电子综合实验（I）实验报告奚睿智对输入电压US而言，输出电压U1和U2的相位是或因此若则必有一般而言，和与角频率无关，但为使U1和U2数值相等，可令（4）实验过程及结果①试验线路的设计及参数的选择在实验过程中，同样满足R1C1=R2C2=RC且条件的电阻电容组合成千上万，例如10kΩ的电阻及0.318uF的电容。以10kΩ的电阻及0.318uF的电容为例。在空载情况下，测得电压表电压分别为155.487V和155.638

6、V，但是发现当负载可变电阻调至100kΩ时，两电压表示数居然有不小的变化，分别为140.759V和140.896V,其数值已经接近150（1-10%）V，可见此时电源供压在发生较大变化时，电阻可变化的阻值范围却很小，无法满足为一般第14页共15页电工电子综合实验（I）实验报告奚睿智生活中的用电器提供一个较为稳定的供电范围的条件，显然这样的电源输出质量不好，不能作为裂相电路的参数。经过多次实验，笔者发现在发生同等幅度电压变化时，当所选电阻越小，电容越大，电阻可变化的范围就越大，即电源输出质量越好，电压越稳定！实际变化规律如下表所示：R/ΩC/uFR变/ΩU变/V10k0.31810

7、0k140.7591k3.18310k140.83810031.8311k140.83810318.310100140.841为了得到较为精密的仿真效果，本次试验选择阻值为10Ω的电阻以及容量为318.310uF的电容作为实验参数。实验最终设计电路图如下图所示：②在空载情况下运行：万用表测得两相电压源空载时的电压值：第14页共15页电工电子综合实验（I）实验报告奚睿智示波器观察到两相电压源输出的相位差：由示波器图像可知，裂相后的两相电源输出的相位差约为90°功率表测得电压源空载时