電工電子綜合實(shí)驗(yàn)論文課題：裂相（分相）電路的仿真研究學(xué)院:班級(jí):學(xué)號(hào):姓名：摘要本實(shí)驗(yàn)通過(guò)multisiml2軟件仿真，理論分析驗(yàn)證了使用RC橋式裂相電路的方法。選取了優(yōu)化方案，著重深入研究了RC橋式裂相電路中單相電裂相為兩相、三相電時(shí)電壓與負(fù)載的關(guān)系：裂相電路電壓與電阻性阻抗、電容性容抗、電感性感抗的關(guān)系，裂相電路負(fù)載的功耗與所接負(fù)載的關(guān)系。關(guān)鍵詞：multisim仿真RC橋式裂相電路單向電裂相為兩相電單向電裂相為三相電雙相電源負(fù)載功耗三相電負(fù)載功耗?引言 I^^i在日常生活中，我們所常用到的往往是單相交流電源沒(méi)有電壓值相等，相位差為90。的兩相、相位差為120。三相電源，而在某些場(chǎng)合，單相交流電往往不能夠滿(mǎn)足電路的所需要求；為了克服這一弊端，設(shè)計(jì)了RC橋式裂相電路來(lái)產(chǎn)生符合要求的兩相、三相電源。利用MUItiSin112軟件對(duì)RC橋式裂相電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行分析，從而驗(yàn)證這種電路的可靠性和合理性；根據(jù)RC橋式分相電路原理圖，本文深入研究了怎樣將單相電源分裂為穩(wěn)定相同有效值，相位差恒定的兩相、三相電源，并且同時(shí)使之不會(huì)隨著負(fù)載的改變作太大的改變。同時(shí)設(shè)計(jì)出了優(yōu)化的裂相電路,進(jìn)行了電壓一阻抗的研究。利用MUltiSim12軟件進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了電路在空載時(shí)功耗最小。為了使實(shí)驗(yàn)研究更加具有針對(duì)性和廣泛代表性，我把負(fù)載的種類(lèi)分為電阻性，電容性，電感性三種，分開(kāi)討論并用實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)負(fù)載為此三種阻抗時(shí)，電壓一阻抗的關(guān)系。為了使實(shí)驗(yàn)研究具有針對(duì)性和廣泛代表性，把負(fù)載的種類(lèi)分為電阻性，電容性，電感性三種，分開(kāi)討論并用實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)負(fù)載為此三種阻抗時(shí)，電壓一阻抗的關(guān)系。.正文(1)實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)置裝備實(shí)驗(yàn)一：將單相交流電源分裂成相位差為90。的兩相電源一個(gè)單相交流電壓源(220V/50HZ),兩個(gè)阻值分別為IKC的電阻,兩個(gè)電容均為3.183UF的電容,兩臺(tái)萬(wàn)用表，兩臺(tái)功率表，一臺(tái)示波器，一些不同阻值的電阻，導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)二：將單相交流電源分裂成相位差為120對(duì)稱(chēng)的三相電源一個(gè)單相交流電壓源(220V/50HZ),阻值為30k。和15k0的電阻各兩個(gè)，電容為0?1225uF和0.3676UF的電容各一個(gè),三臺(tái)萬(wàn)用表，三臺(tái)功率表，一臺(tái)四相示波器，一些不同阻值的電阻，導(dǎo)線若干。(2)實(shí)驗(yàn)原理由于電容元件兩端的電壓和通過(guò)它電流有90°的相位差，利用這一性質(zhì)，可以將電容和電阻串聯(lián)后作為電源，這樣單相交流電源就分裂成相位差為90。的兩相電源。同理可將單相交流電源分裂成相位差為120。的三相電源。(3)實(shí)驗(yàn)方法、過(guò)程、結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)一：將單相交流電源分裂成相位差為90。對(duì)稱(chēng)的兩相電源相量分析圖2由圖1的原理圖設(shè)計(jì)要求可知：①空載時(shí)輸出電壓Ul與U2有效值相等②兩輸出電壓的相位差φl(shuí)-φ2=90。,則有：Ul_ ] 。2 1 瓦^(guò)6(WRC)2 「1；對(duì)于輸入電壓US而言，輸出電壓UI和02的相位為:φ1=-arctanwR?C?1=arctan *2 wR2C2或cotφ2=wR2C2=-tanθ(φ2+90°)所以φ2+90°=-arctanvvR2C2即若： Re=R2C2=RC則必有(Pl-(P2=90°一般而言，(PI和φ2與角頻率3無(wú)羌但為使Ui和小數(shù)值相等，可令3RICI=3R2C2~1而Us=220V,角頻率3=50Hz,UI=. 1 =Us U2= 1 =UsJi+(wRC)2 1 12綜上所述，得要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求只需要滿(mǎn)足下式即可：3RiCi-3R2C2—1綜上所述，根據(jù)計(jì)算,選取參數(shù)RI=R2=1KO,C1=C2=3.183uF,設(shè)計(jì)如下圖所示的電路圖進(jìn)行仿真,結(jié)果如下:

IL?≥Rl......IOOOQ::；::IL?≥Rl......IOOOQ::；::；仿真實(shí)驗(yàn)圖3在仿真實(shí)驗(yàn)中：兩輸出電壓分別為Ul=155.558V,U2=155.553V,Ul與U2的有效值在誤差范圍內(nèi)認(rèn)為是相等的，即U1=U2;且滿(mǎn)足Ul=U2≤150x(1±4%)V;計(jì)算兩電壓的相位差：φ1=-arctanwR?C?=-44.999°φ9=arctan——-——=45.000°

wRιCι相位差為90。，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)相位差要求(90o×(1±2%))o探究電壓-負(fù)載特性曲線實(shí)驗(yàn).負(fù)載為電阻性阻抗時(shí)的電壓—阻抗曲線，功率一阻抗曲線的研究；線路連接如圖4所示，改變負(fù)載電阻，記錄相應(yīng)參數(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)值如下:表表1：接阻性負(fù)載情況下的裂相電路各參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)R315QQonUIACIMOhm150.394R4i5oαon150.343IX'WM∕QQ?9接阻性負(fù)載情況下的裂相電路圖4WfcRl=IOOOQRMOOOQCl?183μFCH183μFRQCO16QQ120001100010000≡80007000600050004000哂155.558150.707150,394150.037149,629149,149148.587147.918147.101146,089144,801143,105140,774137,368期155.533150.703150,39。150.033149,622149.145148.587Itt147.09?146.048IttW143.101140,773137.321P1V0.000U201.5081.6081,7221.8542,0072.1882.4042,6682.M53.4133.M34,717&『0.0001.4191.5081.6081.7221.8542,0072.1882,4042,6682,9953.4133,9634.717Pa∕?0.0002,8393,0163.2163,4443.7084.0144,3764.8085,3365,99。6,8267,9269,434?τ?5.0115.0004,9924,9874,98。4,9804,98。4,98。4,9804,98。4,9824,9844,9874,988T/ffls20.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.000一卜90.19890,00089,85689,76689.64089,64。89.64089,64089.04089.64089,67689,71289.7?89,784實(shí)驗(yàn)仿真截圖如下：（負(fù)載電阻為4000歐姆時(shí)）示波器數(shù)據(jù)處理：利用excel,繪制負(fù)載阻性情況下電壓-負(fù)載；功率-負(fù)載曲線：電壓-阻性負(fù)載曲線由圖中的曲線可知，Ul,U2的曲線幾乎重合，即他們的有效值相等，與上訴理論分析是一致的，且Ul,U2的值隨負(fù)載的減小而下降;功率-阻性負(fù)載曲線由圖可以看出，Pl和P2的曲線幾乎重疊；可以得出結(jié)論：負(fù)載消耗的功率隨著負(fù)載的增大而減小，在負(fù)載無(wú)窮大，即電路空載時(shí)，功耗最小為Oo從而驗(yàn)證了該裂相電路在空載的時(shí)功耗最小這一結(jié)論。.負(fù)載為容性阻抗時(shí)的電壓—阻抗曲線的研究按如圖5所示的接容性負(fù)載情況下的裂相電路圖，將負(fù)載電阻改為負(fù)載電容，改變負(fù)載的電容值，記錄UI、U2,數(shù)據(jù)如下：表2：接容性負(fù)載情況下的裂相電路各參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)接容性負(fù)載情況下的裂相電路圖5（C=IOOuF時(shí)）表表3：接感性負(fù)載情況下的裂相電路各參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理：利用excel,繪制負(fù)載容性情況下電壓-負(fù)載曲線如下:由該曲線，我們發(fā)現(xiàn)：電壓隨著電容容值的增大而減小，直到最后趨近于0。而當(dāng)C-O時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)路，由此有U尸&=155V,而當(dāng)C-8時(shí)相當(dāng)于短路，所以有UlU2=0。止匕外，隨著負(fù)載電容的變化，Ul和U2雖然發(fā)生了變化，但兩者對(duì)應(yīng)的值卻保持基本不變。這是因?yàn)棣豏lCl=ωR2C2=1,即Rl=I/(①Cl),那么各部分的阻抗相等，兩個(gè)相等的阻抗并上同一個(gè)電容，阻抗仍然相等，由并聯(lián)電路分壓原理可知，兩部分的電壓相等。.負(fù)載為感性阻抗時(shí)的電壓—阻抗曲線的研究按如圖6所示的接感性負(fù)載情況下的裂相電路圖，將負(fù)載電阻改為負(fù)載電感，改變負(fù)載的電感值，記錄UI、U2,數(shù)據(jù)如下：XSClXWMl猊芷XWM27.132U2AGlMohmIOQmH接感性負(fù)載情況下的裂相電路圖5(L=IOOInH時(shí))數(shù)據(jù)處理:利用excel,繪制負(fù)載感性情況下電壓-負(fù)載曲線如下:由該曲線我們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)(KL<3000mH時(shí)，電壓隨著電感的增加而增加，到L=3000mH時(shí)，電壓達(dá)到最大值UlU2=219.302V;然后隨著電感的繼續(xù)增加，電壓又慢慢的減少，漸漸逼近空載電壓155V。和負(fù)載電容一樣，雖然負(fù)載電感值在變化，但相對(duì)應(yīng)的Ul和U2基本相等;實(shí)驗(yàn)二：將單相交流電源分裂成相位差為120。對(duì)稱(chēng)的三相電源同樣，將單相電源Us(220V/50HZ)分裂成三相U。a,UoB,UOC互成1200單相分裂成三相電路相量圖

設(shè)計(jì)電路關(guān)鍵是原件參數(shù)。從相量圖中可見(jiàn)，B和C兩點(diǎn)的軌跡是在圓周上變化。只要使得電流12與電流Ii相位差成60。,使得電流%與電流Ii相位差成30°,則可以使三相輸出電壓之間的相位差120。，利用公式：Z=tan60° 叢=tan30°根據(jù)計(jì)算，選取參數(shù)Rι?500Q,R2=250Q,得C2=7.35μF,C3=ll.03uF,設(shè)計(jì)如圖6所示的電路圖進(jìn)行仿真；結(jié)果如下：110.000ACIOMOhmC3≠11W109.999U4AC10MOIιm.R115QQQ110.000ACIOMOhmC3≠11W109.999U4AC10MOIιm.R115QQQ單相電源裂成三相電源仿真圖6仿真實(shí)驗(yàn)中，三相輸出電壓分別為：U0A=110.000,U0B=109.998,U0C=110?999;滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求的HOV(1+4%),計(jì)算出相位差均為120。,滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求的120。(1+2%)；探究電壓-負(fù)載特性曲線實(shí)驗(yàn)：.負(fù)載為阻性阻抗時(shí)的電壓—阻抗曲線，功率—阻抗曲線的研究:按如圖7所示的電路圖連接,改變負(fù)載電阻,記錄UI(UOA)、U2(Uob)、U3(Uoc)>Pl、P2、P3等的實(shí)驗(yàn)數(shù)。

1041?8U3AC10MOhmC3：11.03uFU4ACIOMOhnl1041?8U3AC10MOhmC3：11.03uFU4ACIOMOhnl接阻性負(fù)載情況下的裂成三相電源電路圖7（當(dāng)R=3000Ω時(shí)）各實(shí)驗(yàn)參數(shù)：R1?500Ω,R2=250Ω,C2=L35μF,C3=ll.03uFTOC\o"1-5"\h\zR/Q 50 100 200 300 500 700 1000 1300 1600 2000 3000U1/V 46.902 66.897 84.768 84. 768 92.962 103.88 106.33 107.55 108.24 108.79 109.4U2/V 31.084 48.032 66.249 66. 249 75.89 91.126 95.577 98.246 100.05 101.71 104.13U3/V 26.085 41.222 59.969 59.969 71.287 90.353 95.878 99.036 101.07 102.85 105.25P1/W 43.996 44.751 35.928 28. 806 28.806 15.415 11.305 8.897 7.323 5.913 3.99P2/W 19.324 23.071 21.945 19.198 19.198 11.863 9.135 7.425 6.256 5.173 3.614P3/W,13.608,16.993,17.982,16.902,16.90211.8629.1937.5456.3845.2893.693P總/W'76.928’84.815’75.855’64.906’64.906’39.14’29.633’23.867’19.963’16.375’IL297表4:接阻性負(fù)載情況下的裂成三相電路各參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仿真截圖：（取負(fù)載電阻為3kQ時(shí)）功率計(jì)-XWMl 功率計(jì)-XWM2 功率計(jì)-XWM3電壓 電壓 電流 電壓 電流電壓 電流+ — ÷ — + — + — 十_ +_功率表電壓表電壓表數(shù)據(jù)處理：繪制電壓-負(fù)載、功率-負(fù)載曲線:電壓-負(fù)載曲線：功率-負(fù)載曲線:→-Pl∕W→-Pl∕W*P2∕WTHP3/W '一?≡P總/W由電壓-負(fù)載曲線可以看出：當(dāng)R大于300OQ后，三相輸出電壓的曲線基本完全重合，當(dāng)R區(qū)域無(wú)窮時(shí)（即空載時(shí)）達(dá)到輸出電壓有效值為∏0V的要求。同時(shí)由于參數(shù)滿(mǎn)足叢=tan60°,^=tan30°,所以三相間的相位差為120。,滿(mǎn)足要求。由功率-負(fù)載曲線可以看出：負(fù)載功耗隨著電阻的增大有一段增大的過(guò)程，后逐漸減小,并且在電阻大于IOOOQ后,三相輸出功率的圖像基本完全重合,說(shuō)明輸出功率相等；當(dāng)R趨向于無(wú)窮時(shí)（即空載時(shí)），功耗為3由此驗(yàn)證了空載時(shí)功耗最小。.負(fù)載為容性阻抗時(shí)的電壓—阻抗曲線的研究按如圖8所示的電路圖進(jìn)行連接，將負(fù)載電阻換成負(fù)載電容，改變負(fù)載電容的值，記錄UI、U2、U3、等的實(shí)驗(yàn)值；接容性負(fù)載情況下的裂成三相電源電路圖8（當(dāng)C=IUF時(shí)）各實(shí)臉參數(shù):R1?500Ω,R2≡250Ω,C2=7.35uF,C3=Il.03uFC∕μF1510152030501002005001000U1/V110.446109.226101.64293.99587.11175.61459.20237.60121.3939.2394.736U2/V105.42284.03267.68358.04157.53142.9332.91220.97312.0795.2812.72U3/V103.27388.77677.31167.99260.48349.35335.88421.00611.3524.7932.39∣表5：接容性負(fù)載情況下的裂成三相電路各參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)處理：繪制電壓-容性負(fù)載曲線:電壓-容性負(fù)載曲線：由該曲線可知：三相輸出電壓隨著負(fù)載電容的增大而逐漸減小，最后趨近于3且當(dāng)電容值較大或者較小時(shí)三相電壓的有效值吻合的較好。該結(jié)論和裂成兩相的電路仿真實(shí)驗(yàn)類(lèi)似。，豆丁.負(fù)載為感性阻抗時(shí)的電壓—阻抗曲線的研究按如圖9所示的電路圖進(jìn)行連接，將負(fù)載換成負(fù)載電感，改變負(fù)載電感的值，記錄UI、U2、U3、等的實(shí)驗(yàn)值；表壓表壓?電3CUA-接感性負(fù)載情況下的裂成三相電源電路圖9（當(dāng)L=5000πι時(shí)）?gf∣?500Ω,Rf250Q,年7.35uF,Cfll.03uF—L∕?IO2050IOO200300500id。IOOO1500200030005000Ul/V4,9Q110,Q2226.o7936,334103.1118.94121.93126.5131.1128.62124,5118.6?113.6112T28455.85615.85635.173/3.05798,829134.43154.02；152.74136.14126,4118.64114.93眼V2,424.88312,4624,39638.524419477,9M117.35142.44IU583.140.33133.3612U3表6：接感性負(fù)載情況下的裂成三相電路各參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理：繪制電壓-負(fù)載曲線如下:由曲線可以看出：輸出電壓先隨著電感的增大而增大,然后逐漸減小趨近于空載電壓輸出∏OV,該結(jié)論也和裂成兩相電路的感性負(fù)載結(jié)論類(lèi)似。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論實(shí)驗(yàn)一：將單相交流電源裂成兩相電源(1)在裂成的兩相電源中接入相同阻值的電阻性負(fù)載時(shí)，變換阻值的大小，每相獲得的電壓曲線和功率曲線基本重合；由功率曲線可知，接入適當(dāng)大小的電阻時(shí)，功率可達(dá)到最大值；空載時(shí)功耗最小。(2)裂成的兩相電源中接入相同值的電容負(fù)載時(shí)，電壓隨著電容容值的增大而減小，直到最后趨近于0。(3)裂成的兩相電源中接入相同值的電感負(fù)載時(shí)，電壓先隨著電感的增加而