电工电子综合实验Word文档下载推荐.docx
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三.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。
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。
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。
主要设计了将单相交流电源分裂成两相电源。
在实验中,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。
四.正文:
(1)实验原理:
把电源Us分裂成U1和U2两个输出电压。
如下图所示为RC分相电路中的一种,它可将输入电压Us分裂成U1和U2两个输出电压,且使U1和U2的相位差为90°
。
图1:
RC桥式电路分相原理
图中输出的电压U1和U2分别和输入电压Us为:
=
对输入电压Us而言,输出电压U1和U2与其的相位为:
1=-arctan(
R1C1)
2=arctan(
)
或
cotφ2=
R2C2=-tan(φ2+90°
)
由此φ2+90=-arctanwR2C2
若R1C1=R2C2=RC
必有φ1-φ2=90°
一般而言,φ1和φ2与角频率w无关,但为使U1与U2数值相等,可令:
wR1C1=wR2C2=1
(2)负载为电阻时,电阻与电压的关系
根据上面的实验原理,我们取C1=C2=100uF,R1=R2=31.831Ω。
1.实验电路如下:
2.当负载电阻为R3=R4=10KΩ(设定的最大值)时,各电压表示数如下:
3.示波器:
由示波器的读书可知,相位差为△φ=5.068/20*360°
=91.224°
满足实验要求的90O*(1+-2%)。
4.不断改变滑动变阻器的接入阻值,各仪器的读书如下表:
R1=R2/Ω
5
20
50
100
200
300
400
500
U1/V
29.587
79.179
114.67
132.957
143.707
147.501
149.451
150.693
U2/V
600
700
800
1000
3000
5000
7000
10000
151.493
152.028
152.451
153.108
154.74
155.029
155.21
155.316
5.电压-负载特性曲线:
从上图可以看出,电压随着负载的增大而增大,且当负载较大时,电压趋于稳定,曲线与X轴平行。
另外,U1与U2基本重合,这与我们之前的理论证明是一致的。
6.验证设计的电路在空载时功耗最小
不断改变阻值,读出各功率表示数,如下表:
P1/W
175.169
313.629
263.149
176.776
103.259
72.522
55.876
45.417
P2/W
38.25
33.202
29.181
23.442
7.981
4.807
3.441
2.412
功率与负载特性曲线如下:
由上图可以看出,随着负载阻值的不断增大,电路的功耗先增大(大约在20Ω时达到最大)后减小。
并且我们可以得到这样的结论:
当负载阻值无穷大时,电路的功耗为零。
因此,当电路空载时,功耗最小。
(3)负载为电感性阻抗时,负载与电压的关系
电路图如下:
不断改变接入电感的大小,读出各表示数如下:
L/mh
10
30
70
90
UI/V
23.94
52.523
85.3
153.482
200.762
218.224
219.981
183.423
171.967
163.589
158.163
157.147
156.305
163.632
158.212
电压-负载特性曲线如下:
由上图可以看出,随着电感值的增加,电压先急速增大后缓慢减小,并逐渐趋于平稳,稳定在150V。
实验结果理论分析:
深入研究可以发现,支路电感与电容并联,这样就有可能发生并联谐振。
发生LC并联谐振时,1支路相当于断路,U1就接近U的值(220V)。
对支路2也可同样进行分析。
(4)负载为电容性阻抗时,负载与电压的关系
实验电路如下:
不断改变接入电容的大小,读出各表的示数,如下表:
C/uF
15
25
151.676
147.949
144.321
140.84
137.397
144.322
140.793
134.136
121.993
98.358
36.168
19.918
负载-电压特性曲线如下:
由上图可以看出,随着电容的增大,电压逐渐减小,并趋于稳定。
我们可以合理推断:
当C趋近于0时,U1=U2趋近于155.56V。
当C趋近于无穷大时,U1=U2趋近于0V。
实验结果理论分析:
以C1所在支路为例。
当负载C趋近于0时,其容抗趋近于无穷大。
C1端并联阻抗几乎没有影响,负载路相当于断路。
U1趋近于155.56V。
当负载C趋近于无穷大时,其容抗趋近于无穷小,负载所在路相当于短路,所以U1趋近于0(U2同理)。
(5)裂相电路的实际应用及前景
裂相电路在我们生活中正在扮演者越来越重要的作用。
对于使用小功率单相电机的家用电器,如家用洗衣机、窗式空调、吸尘器及电风扇等,若将单相异步电动机换为三相异步电动机,由于其负载较为固定,使用这种裂相电路,可获得较为稳定的输出电压,大大改善其性能,提高经济效益。
相信随着人们对裂相电路研究的深入,它将发挥越来越重要的作用。
五.结论
本论文对裂相电路进行了深入研究,分别研究了负载为电阻、电容和电感时,电压与负载的关系。
还通过实验证明了,在电路空载时,电路的功耗最小。
当然,研究还带有局限性,只是研究了相位差为90°
时的情况,对于其他情况未多做研究。
六.参考文献
《电工仪表与电路实验技术》机械工业出版社马鑫金编著
《电路》机械工业出版社黄锦安主编
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- 关 键 词:
- 电工 电子 综合 实验