裂相電路的參數(shù)設(shè)計(jì)及其研究應(yīng)用

1、裂相電路的參數(shù)設(shè)計(jì)及其研究應(yīng)用摘要：對(duì)于單相交流電源，可選取相應(yīng)的裂相元件組成裂相電路將其裂變?yōu)槎嘞?對(duì)稱電源。本文從裂變?yōu)閮上嚯娫闯霭l(fā)，重點(diǎn)研究了裂相電路的元件及參數(shù)選 擇，三相對(duì)稱負(fù)載性質(zhì)、參數(shù)與裂相電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)之間的關(guān)系，并簡(jiǎn)要論述了 裂相電路的用途。關(guān)鍵字：裂相電路三相電源 對(duì)稱負(fù)載引言：根據(jù)電路理論可知，電容元件和電感元件最容易改變交流電的相位，又因 它們不消耗能量，可用作裂相電路的裂相元件。所謂裂相，就是將適當(dāng)?shù)碾娙荨?電感與三相對(duì)稱負(fù)載相配接，使三相負(fù)載從單相電源獲得三相對(duì)稱電壓。而生活 和工作中一般沒(méi)有三相動(dòng)力電源，只有單相電源，如何利用單相電源為三相負(fù)載供 電，就成了值得深

2、入研究的問(wèn)題了。1.將單相電源分裂成兩相電源的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)原理及參數(shù)將電源 Us 分裂成 U1 和 U2 兩個(gè)輸出電壓，且使 U1 和 U2 相位差成 90，原理圖如圖 1所示。其中輸出電壓 U1 和 U2 分別與輸入電壓 Us 之比為圖 1 RC 橋式分相電路原理對(duì)輸入電壓 Us 而言，輸出電壓 U1 和 U2 的相位為由此若，則必有一般而言， 和與角頻率無(wú)關(guān)，但為使 U1 和 U2 數(shù)值相等，可令(2)用 MultiSim7 仿真: 其中U s =220V, f=50Hz, R 仁 10Q,R2=2CQ, C1=175.5F,C2=318.47 尸同時(shí)改變 R3 R5 的阻值，使得在

3、 U1 和 U2 端口所接負(fù)載不斷增大，同時(shí)記錄下 和 U2的變化，得到一張較為詳盡的數(shù)據(jù)表格（表 1），根據(jù)數(shù)據(jù)表格，畫(huà)出電壓 負(fù)載特性曲線。圖 2將單相電源分裂成兩相的裂相模擬電路圖U1/VU2/VR3 R5/Q0.0000.000069.56647.380598.37775.89910113.17394.00015U1122.015106.22120127.850114.92325131.975121.39130135.041126.36835137.405130.30640140.811136.12650143.143140.20760144.839143.22270146.12714

4、5.53880147.138147.37090147.954148.856100148.624150.085110149.186151.117120149.664151.997130150.074152.756140150.431153.417150表 1兩相裂相電路的電壓、負(fù)載數(shù)據(jù)表格2.將單相電源分裂成三相電源的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)原理及參數(shù)圖 3 將單相電源分裂成三相原理將單相電源 Us 分裂成三相 Uoa Uob Uoc 互成 120的對(duì)稱電壓，其原理圖如圖 3 所示。設(shè)計(jì)電路關(guān)鍵是元件參數(shù)。從向量圖中課件，B 和 C 兩點(diǎn)的軌跡是在圓周上變換。只要使電流 12 與 11 相位差成 60

5、;使電流 13 與 11 相位差成 30,這 可使電壓Ua Ub Uc 成對(duì)稱三相電壓?？衫霉胶驼页?、之間的聯(lián)系，即，。(2)用 MultiSim7 仿真: 其中U s =220V, f=50Hz, R 仁 10Q,R2=1CQ, R3=10Q,R4=10Q,C1=183.87 尸,C2=551.60 尸 同時(shí)改變 R5 R6 R7 的阻值，使得在 U1、U2 和 U3 端口所接負(fù)載不斷增大，同時(shí) 記錄下 U1、U2 和 U3 的變化，得到一張較為詳盡的數(shù)據(jù)表格（表 2），根據(jù)數(shù)據(jù)表 格，畫(huà)出電壓一負(fù)載特性曲線。圖 4 將單相電源分裂成三相的裂相模擬電路圖U1/VU2/VU3/VR5 R6

6、 R7/Q0.0000.0000.000086.42451.93064.963599.16168.96081.75310103.72377.85489.83715105.90083.42594.50320107.11187.28497.50225107.85690.13199.57530108.34592.327101.08435108.68594.076102.22740109.11296.693103.83750109.36198.562104.90960109.51899.967105.67270109.624101.062106.24080109.698101.941106.67990

7、109.753102.661107.028100109.794103.263107.312110109.825103.773107.546120109.870104.592107.913140109.886104.925108.058150表 2三相裂相電路的電壓、負(fù)載數(shù)據(jù)表格3.裂相電路功耗與負(fù)載的關(guān)系以上是我們討論的裂相電路輸出電壓與其負(fù)載（電阻性負(fù)載）大小的關(guān)系，從電 壓一負(fù)載特性曲線上可以發(fā)現(xiàn)，電壓和負(fù)載基本符合拋物線關(guān)系，即當(dāng)負(fù)載均勻 增大時(shí)，電壓先是快速增大，后增速慢慢較小，當(dāng)電壓大于一定值時(shí)，我們可以 認(rèn)為電壓的大小幾乎不變。但是此時(shí)，流過(guò)負(fù)載的電流急劇減小，其值大小幾乎 降到

8、0。所以我們提出設(shè)想，當(dāng)裂相電路空載時(shí)功耗最小。下面利用軟件 MultiSim7 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)， 所采用的電路圖如下所示，最終的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果是，當(dāng)R7=2k 時(shí)，功率表示數(shù)為 6.050W（如圖 5。而當(dāng)R5=R6=R7=200kk 時(shí)，此時(shí)負(fù)載可近似為無(wú)窮大，即電路空載，功率表顯示功率僅 為60.500mW（如圖 6）?；掘?yàn)證了之前的猜想，可以認(rèn)為此時(shí)電路功耗達(dá)到最 小值。圖 5三相電路功率測(cè)量圖 6 三相電路空載時(shí)功率測(cè)量109.850104.211104.7741304.所接負(fù)載為感性或容性時(shí)的電壓一負(fù)載特性前面我們分別針對(duì)將單相電源分裂成兩相和三相電源的裂相電路分別討論了其電 壓一負(fù)載

9、特性曲線。不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用中，我們時(shí)常會(huì)遇到容性或者感性的負(fù) 載，那么此時(shí)的電壓一負(fù)載特性曲線會(huì)如何呢？所接負(fù)載為容性時(shí)的電壓一負(fù)載特性以分裂成三相電源的裂相電路為例，我們采用參數(shù)為Us= 220V, f = 50Hz,R1=10Q，R2=10Q, R3=10Q，R4=1（K，3= 183.87F,C2=551.60 尸的相應(yīng)元件構(gòu) 成將單相電源分裂成三相電源的裂相電路（如圖7），不過(guò)此時(shí)負(fù)載為最大電容值為 10mF 的可變電容器。利用 MultiSim7 軟件進(jìn)行仿真，得到如下的一張數(shù)據(jù)表格圖 7 容性負(fù)載的三相模擬電路U1/VU2/VU3/VC/mFXC/Q110.000110.00011

10、0.000090.72650.76670.80913.1875.93935.01461.20621.5963.03827.24449.49531.0655.21522.54741.45740.8047.42619.32335.61850.6443.27017.42831.63060.5338.75015.09827.72870.4535.19113.62224.94580.4032.21512.41326.66290.3529.69411.40320.757100.32表 3 容性負(fù)載三相電路的電壓、負(fù)載數(shù)據(jù)表格所接負(fù)載為感性時(shí)的電壓一負(fù)載特性 與中方法相同，用描點(diǎn)畫(huà)圖的方法來(lái)研究所接負(fù)載為感

11、性時(shí)的電壓、負(fù)載特性 曲線。采用與剛才參數(shù)相同的元件組成裂相電路，現(xiàn)在把負(fù)載換成最大電感值為 100mH 勺可變電感，電路如圖 &利用 MultiSim7 軟件進(jìn)行仿真，得到如下的一張 數(shù)據(jù)表格（表 4），根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，即可作出電壓一負(fù)載特性曲線。圖 8感性負(fù)載的三相模擬電路U1/VU2/VU3/VL/mHXL/Q147.989118.950104.257206.280.0000.0000.00000144.47882.63864.913103.14142.148124.748128.077309.42134.496122.719133.6634012.56128.430120.850133

12、.8765015.70124.977119.753132.5736018.84120.747119.117130.8827021.98118.389118.699129.1778025.12118.650118.373127.5919028.26115.352118.084126.16110031.40表 4感性負(fù)載三相電路的電壓、負(fù)載數(shù)據(jù)表格5.裂相電路的作用對(duì)于使用小功率單相電機(jī)的家用電器，如家用洗衣機(jī)、窗式空調(diào)、吸塵器及電風(fēng) 扇等，若將單相異步電動(dòng)機(jī)換為三相異步電動(dòng)機(jī)，由于其負(fù)載較為固定，使用這種 裂相電路,可獲得較為穩(wěn)定的輸出電壓，大大改善其性能，提高經(jīng)濟(jì)效益。6.結(jié)論本文從基本的裂相電路出發(fā)，經(jīng)過(guò)理論分析和MultiSim7 軟件仿真，得出裂相電路各元件參數(shù)的關(guān)系，完成了裂相電路的設(shè)計(jì)；證明了電路在空載時(shí)功耗最小， 得出三相對(duì)稱負(fù)載（阻性、容性、感性）輸出電壓一負(fù)載的特性曲線，并簡(jiǎn)要說(shuō) 明