裂相分相电路研究和基于Multisim仿真实验.docx
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裂相分相电路研究和基于Multisim仿真实验
裂相(分相)电路的研究和基于Multisim的仿真实验
姓名:
沈俊逸
班级:
学号:
29
2013年4月14日
摘要.....................................................3
关键词...................................................3
一、引言.................................................3
二、正文.................................................3
实验材料与设备装置...................................3
实验原理.............................................4
实验进程.............................................4
结果分析............................................14
三、结论................................................15
四、致谢................................................16
五、参考文献............................................16
摘要:
裂相电路通过电容和电阻,利用电容的阻抗与电阻分压,同时电容对电压相位具有移位性质,将单相交流电源((((220V/50HZ))))割裂成相位差为90度的二相电源。
通过RC桥式分相电路原理,研究了RC桥式裂相电路中电压与负载的关系。
通过测量与作图讨论了电压与负载的关系,讨论负载为感性或容性时的电压负载曲线。
并在最后证明了设计电路在空载时功耗最小。
关键词:
裂相单相电源两相电源电压-负载特性空载
一、引言
裂相技术是一项原理较为简单的电路处置技术,在实际应用中还有专门大的潜力有待开发。
利用裂相电路实现对交流电源的分相,知足了对多电源的需求,具有较好的现实意义。
二、正文
实验材料与设备装置
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Multisim11中模拟实验测得的。
(1)所有实验器材为(均为理想器材):
1)裂二相实验:
一个单相交流电压源(220V/50HZ),两个电阻(阻值均为Ω),两个电容(均为1uF),导线若干;另外,还有交流电压表,功率表若干,和许多不同阻值的电阻。
2)裂三相实验:
一个单相交流电压源(220V/50HZ),四个电阻(阻值均为1000Ω),两个电容(均为1uF),导线若干;另外,还有交流电压表,功率表若干,和许多不同阻值的电阻
实验原理
由于电容,电感元件两头的电压和通过它们的电流的相位差恒定为90°,因此能够利用这一性质,将电容(电感)和与之串联的电阻别离作为电源,如此就达到了把单相交流电源割裂成两相交流电源(相位差为90°)的目的;也可利用此原理,将单相交流电源割裂成三相交流电源(相位差为120)。
实验进程
1)裂二相电源
将单相电源割裂成两相,将电源Us割裂成U1和U2两个电压,图一所示为RC桥式分相电路原理的一种,它能够将输入电压Us割裂成U1和U2两个输出电压,且使U1和U2相位差成图一所示电路中的输出电压U1和U2别离比上输入电压Us为:
输入电压Us而言,输出电压U1和U2与其的相位为:
或为:
由此:
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
当上述两条件都知足时则单相交流电被割裂成大小相等、相位差为90o的两相交流电。
以下是上述设计的电路图:
图2.3.3
由所示的图2.3.3,其电压输出大约为155V(由实验测得),而其相位差如图示波器所显示为90°。
图2.3.4
裂相后的电源接相等负载(电阻性)的电压——负载特性曲线
图2.3.5
负载值/欧姆
0
50
500
1000
2000
5000
50000
∞
电压R3/V
0
电压R4/V
0
功耗R3/W
0
0
功耗R4/W
0
0
图2.3.6
由实验数据能够证明设计的电路在空载时功耗最小
负载和电压的曲线关系
图2.3.7
1)裂三相实验:
设计成要求的电路关键是元件参数的选取,咱们能够从向量图中看出,B,C两点的轨迹在圆周上转变,只要使电流I2与I1相位差成60°,使电流I3与I1相位差为30°,就可以够取得三个大小相等,相位差为120°的三相交流电压。
电路原理图如下所示:
R3
R2
C2
R1
R1
A
C
O
B
Us
C3
图2.3.8图由相量图可知,Ua、Ub、Uc相位差为120°,如此Uod、Uoc、Uob相差60°。
同时由电容器性质,联系阻抗三角形可得:
以下是上述设计的电路图:
图2.3.10
相位如下图所示:
图2.3.11
裂相后的电源接相等负载(电阻性)的电压——负载特性曲线
图2.3.12
R1=R2=R3(千欧)
电压u1
电压u2
电压u3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
测量证明设计的电路在空载时功耗最小
电阻
1
10
20
30
40
50
功率
8090
1186
电阻
60
70
80
90
100
功率
负载为感性时,讨论电压——负载的特性
1.讨论单相电源分解为两相电源
前边将单相电源分解为两相交流电源同1)中相同,此实验电路选择量程为500mH的可变电感
实验电路如下图所示:
通过改变电感的感抗值测得输出电压,取得的数据如下表所示:
R
U
R
U
通过对上面的数据进行处置咱们能够取得电感上满的电压——负载特性曲线,如下图所示:
由数据曲线可知,输出电压随着负载电容值的转变而近似线性转变。
随着负载电容增大,输出电压逐渐减小,且三条曲线中Ua转变较慢,对应电源性能较好。
结果分析
(1)裂二相实验
1)比较这两种方式,方式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,发觉方式二得出的曲线两相电压几乎重合,而方式一则有一点误差。
2)将裂相后的电源别离接不同阻值的电阻,测得电源消耗的功率与相应电阻消耗的功率的数据表明:
这两种方式在必然范围内均能起到较好的裂相作用。
但具体分析得知:
由于方式一中的预设电阻为1000Ω,因此取得的裂相电源适合接小电阻或1000Ω左右的电阻;由于方式二中的预设电阻为100Ω,因此取得的裂相电源适合接100Ω以下的小电阻。
实际应用中能够按照需要,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)比较两种方式裂相后电源接容性和感性负载时的电压—负载曲线可知:
两种方式接容性负载时的曲线不同较大,接感性负载时曲线不同很小。
(2)裂三相实验
当裂相后所接负载较小时,三相两头的电压相差较大(第三相和前两相电压的不同尤其明显);但随着负载的逐渐变大,三相两头的电压差距在逐渐缩小,这点由电压—负载特性曲线也能够看出来。
这是和裂二相实验不同的地方
三、结论
本论文研究了如何将单相交流电源割裂成相位差为90度的二相电源及相位差为120度的三相电源,并测量证明了电压与负载和功耗与负载的关系,具体结论为:
1.分相电路能够提供更多的接口,使各负载之间能够分开,而不需要同时并联到哪一单相电源上,用电加倍安全。
2.阻性负载时,负载越大,取得的电压越稳固,越接近理论值。
3.空载时,电阻趋向无穷大,现在功耗最小。
4.当负载为容性时,负载越小,取得的电压越稳固,越接近理论值。
5.当负载为感性时,电压先随负载的增大而增大,而后随负载的增大而减小。
6.所接负载(电阻性)较小时,三相两头的电压相差较大;但随着负载的逐渐变大,三相两头的电压差距在逐渐缩小。
7.比较裂相后电源接感性负载时的电压—负载曲线可知:
在阻抗(感性)时,不同相间负载电压不同较大,当阻抗(感性)足够大时,负载电压趋于一致。
8.比较裂相后电源接容性负载时的电压—负载曲线可知:
负载电压随着阻抗(容性)而转变,且在阻抗(容性)时,不同相间负载电压不同较大,当阻抗(容性)足够大时,负载电压趋于一致。
四、致谢
通过本次实验,我个人加深了对裂相技术的理解,也熟悉了对Multisim电路仿真软件的灵活运用。
这些都将为以后的进一步研究和实践提供了丰硕的理论支持与经验。
在此感激所有进行电工电子实验教学的老师表示真挚的感激!
五、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
《从单相电源取得三相电源的分相电》田重阳丁丽芬(云南师大物理系)
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- 关 键 词:
- 裂相分相 电路 研究 基于 Multisim 仿真 实验