电子电工专题论文 裂相电路.docx
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电子电工专题论文裂相电路
电工电子综合实验专题论文
专题:
裂相(分相)电路
院系:
电子工程与光电技术学院
专业:
电子科学与技术
姓名:
张婷婷
学号:
1004240110
裂相(分相)电路的研究(单相交流电源)
摘要
利用Multism7.0仿真设计软件模拟裂相电路,依据参考线路,将单相交流电源(220V/50Hz)分裂成相位差为90°两相电源。
通过测量证明了设计电路在空载时功耗最小。
当负载分别为容性感性时,讨论电压负载特性。
论述了分相电路的实际用途。
主题词
裂相电路,单相电源,负载,空载,阻性,容性,感性
引言
多相电路性能稳定,与单相电路相比有更大的优越性,被运用在各种场合。
故而研究裂相(分相)电路具有一定的意义与价值。
本文主要讨论了如何利用单相交流电源得到具有一定相位差的多相交流电源。
正文
(1)设计要求
1.将单相交流电源(220V/50Hz)分裂成相位差为90°的两相电源。
1两相输出空载时电压有效值相等,为150×(1±4%)V;相位差为90°×(1±2%)。
2测量并作电压----负载(两负载相等,且为电阻性)特性曲线,到输出电压150(1-10%)V;相位差为90°×(1-5%)为止。
3测量证明设计的电路在空载时功耗最小。
2.若负载分别为感性或容性时,讨论电压----负载特性。
3.论述分相电路的用途,并举一例详细说明。
(2)实验原理
将单相电源分裂成两相
在如图所示电路中,将V1分裂成U1和U2两个输出电压,且使U1和U2相位差成90°。
图中输出的电压U1和U2和输入电压Us分别为:
=
=
对输入电压Us而言,输出电压U1和U2的相位为:
Φ1=-arctan(ωR1C1)
Φ2=arctan(
)
或
ctgφ2=ωR2C2=-tan(φ2+90°)
若R1C1=R2C2=RC
则必有φ1-φ2=90°
一般而言,φ1和φ2与角频率ω无关,但为使U1与U2数值相等,可令wR1C1=wR2C2=1。
选取适当参数,使R1=R2=1kΩ,则经计算得C1=C2=3.18μF。
此时可以将单相交流电源分裂为满足设计要求的两相交流电源。
(3)实验数据及分析
1.单相裂两相
电路图如下图所示
a.空载时的数据
空载时,电阻值趋向于无穷大,利用万用表以及功率表测量记录数据。
①空载时的电压有效值U1=155.639VU2=155.488V,满足条件电压为155×(1±4%)V。
②空载时功耗P=0W。
波形如下图所示:
b.负载为电阻性时的实验数据
改变滑动变阻器R3和R4的值,分别记录对应的U1、U2以及P的变化。
R3/kΩ
R4/KΩ
U1/V
U2/V
P1/W
P2/W
1
1
98.406
98.310
9.684
9.665
2
2
122.071
121.952
7.451
7.436
3
3
132.046
131.918
5.812
5.801
4
4
137.485
137.351
4.726
4.716
5
5
140.897
140.760
3.970
3.963
6
6
143.233
143.094
3.419
3.413
7
7
144.932
144.791
3.001
2.995
8
8
146.223
146.081
2.673
2.667
9
9
147.236
147.093
2.409
2.404
10
10
148.053
147.909
2.192
2.188
分析数据及折线图可知,当电阻增大时,电压也随之增大,当R继续增大时,电压的增幅越来越小,且逐渐趋于稳定,稳定值在155V左右,接近空载时的电压输出值。
两负载的电压值基本相同,图中两曲线基本重合。
两相间的相位差比较稳定,电阻值的变化对其并无太大影响,始终稳定在90°附近。
空载时P=0W,分析图中曲线可得,负载越大,功耗越小,且越来越接近负载无穷大即空载时的功耗,由此可以证明设计的电路在空载时功耗最小。
c.负载为电容性时的实验数据
将滑动变阻器R3和R4替换为电容C1和C2,分别测量记录两端电压有效值U1和U2。
C/μF
U1/V
U2/V
0.2
150.828
150.682
0.4
146.182
146.040
0.6
141.708
141.570
0.8
137.409
137.275
1
133.285
133.156
2
115.181
115.069
分析数据及折线图可知,当电容增大时,电压随之减小。
两负载电容上的电压值基本相同,图中两曲线基本重合。
当电容值继续减小时,电压的增幅越来越小,并逐渐趋于稳定,稳定值在155V左右,接近空载时的电压输出值。
两相间的相位差比较稳定,电容值的变化对其无太大影响,始终稳定在90°附近。
d.负载为电感性时的实验数据
将滑动变阻器R3和R4替换为电感L1和L2,分别记录测量两端电压有效值U1和U2。
L/H
U1/V
U2/V
1
91.586
91.497
2
189.270
189.086
3
219.578
219.365
4
215.592
215.382
5
206.836
206.635
6
199.219
199.025
7
193.231
193.043
8
188.553
188.370
9
184.849
184.669
10
181.863
181.686
15
172.897
172.729
20
168.466
168.302
分析数据及特性曲线图可知,开始时随着电感的增大,电压值逐渐增大,直到电压峰值达到220V附近。
然后,随着电感的增大,电压开始降低,降低的速率比增大的慢,当电感增大到一定程度时,电压逐渐趋于稳定,稳定值为155V左右,接近空载时的电压输出值。
(4)实验结论
a.空载时,电阻趋向无穷大,此时功耗最小。
设计的电路符合要求,电压有效值与相位差值均在误差范围内;
b.负载为电阻性时,电压随电阻的增大而增大并逐渐趋于稳定,稳定值接近空载时的电压有效值155V;
c.负载为容性时,电压随电容的减小而增大并逐渐趋于稳定,稳定值接近空载时的电压有效值155V;
d.负载为感性时,电压随电感的增大先增大到峰值220V,后减小并逐渐趋于稳定,稳定值接近空载时的电压有效值155V;
e.负载为电阻性、容性和感性时,所设计的电路均为空载时功耗最小。
(5)裂相(分相)电路的用途
在实际生活中,虽然发电厂发出的是三相交流电,但是大部分的民用供电线路中有一条火线,一条零线,两相间的电压为220V,既单相交流电。
大多数时候单相电源即可满足需要,但是在某些特殊场合我们也希望用单相电源对三相用电器进行供电。
此时需要裂相电路了。
例如,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,由于其负载较为稳定,使用裂相电路可大大改善其性能,并且能够获得一定的社会经济效益。
再如在单相电动机里头,需要不同的相位的电源以形成"移进磁场",或者"旋转磁场"才能使鼠笼转子转起来.采用的电源是单相的,内部却要多相的.这就要靠分相电路了。
还有在电子电路中,有时由于电路性能指标的需要,也要设计分相电路。
但是对于文中所提的裂相电路来说,只有当负载在一定范围内才能保证电压的稳定输出,否则当负载大小变化时对电路影响较大。
(6)参考文献
《电工仪表与电路实验技术》马鑫金主编南京理工大学出版
《单相电源变为三相电源的裂相电路的研究》刘正生,夏敦柱,翁凌主编
《电路》(第二版)黄锦安主编机械工业出版社出版
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