裂相（分相）電路研究論文

1、裂相（分相）電路研究論文PAGE 12 - 摘要本文主要是研究如何將一個單相的交流電源分裂成多相交流電源的問題。理論依據(jù)是：由于電容，電感元件兩端的電壓和通過它們的電流的相位差恒定為90，因此可以利用這一性質(zhì)，將電容（電感）和與之串聯(lián)的電阻分別作為電源，這樣就達(dá)到了把單相交流電源分裂成兩相交流電源（相位差為90）的目的；也可利用此原理，將單相交流電源分裂成三相交流電源（相位差為120）。為了研究這個結(jié)論，我做了兩個實驗：分別將一個單相交流電源分裂成兩個和三個相位差恒定的電源，同時還研究了裂相后的電源接不同性質(zhì)負(fù)載時的電壓、功率的變化。得到的結(jié)論是：1裂相后電源接相等負(fù)載時兩端的電壓和負(fù)載阻值成

2、一定的曲線關(guān)系（同增同減）。2接合適的負(fù)載時,裂相后的電路負(fù)載上消耗的功率將遠(yuǎn)大于電源消耗的功率。3負(fù)載為容性時，兩實驗得到的曲線差別較大。4負(fù)載為感性時，兩實驗得到的曲線差別很小。5裂二相實驗中，可以根據(jù)所接負(fù)載的實際情況，選擇不同的方法。 此外，裂相技術(shù)在實際應(yīng)用中還有很大的潛力有待開發(fā)。本文只對基本原理進(jìn)行簡單的研究探討，為實際應(yīng)用提供一些理論支持。關(guān)鍵詞：單相交流電源 二相電源 三相電源 裂相 相位差 負(fù)載 功率 引言 在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，電工技術(shù)在許多領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要的作用。裂相技術(shù)是一項原理較為簡單的電路處理技術(shù)，在實際應(yīng)用中還有很大的潛力有待開發(fā)。本文主要是研究如何將一個

3、單相的交流電源分裂成多相交流電源的問題。通過實驗，研究裂相后的電源接不同性質(zhì)負(fù)載時電壓的變化。主要設(shè)計了兩個實驗，分別將單相交流電源分裂成兩相電源和三相電源。在裂二相實驗中，我采取了電工儀表與電路實驗技術(shù)（馬鑫金 編著）中第144頁的方法，同時還自己研究出一種新的方法，通過各方面比較，最終得出這兩種方法的適用范圍。在裂三相實驗中，我采取了電工儀表與電路實驗技術(shù)（馬鑫金 編著）中第145頁的方法。實驗中，通過測量多組數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)曲線，并進(jìn)行簡單的分析，從而達(dá)到研究的目的。正文實驗材料與設(shè)置裝備本實驗是理想狀態(tài)下的實驗，所有數(shù)據(jù)都通過在電路專用軟件Multisim 7中模擬實驗測得的。（1）所有

4、實驗器材為（均為理想器材）：裂二相實驗：一個單相交流電壓源（220V/50HZ），兩個電阻（阻值均為3184.7）,兩個電容(均為1uF),導(dǎo)線若干；此外，還有交流電壓表，功率表若干，以及許多不同阻值的電阻。法: 裂三相實驗： 一個單相交流電壓源（220V/50HZ），四個電阻（阻值均為1000），兩個電容(均為1uF),導(dǎo)線若干；此外，還有交流電壓表，功率表若干，以及許多不同阻值的電阻。 （2）實驗原理由于電容，電感元件兩端的電壓和通過它們的電流的相位差恒定為90，因此可以利用這一性質(zhì)，將電容（電感）和與之串聯(lián)的電阻分別作為電源，這樣就達(dá)到了把單相交流電源分裂成兩相交流電源（相位差為90）的

5、目的；也可利用此原理，將單相交流電源分裂成三相交流電源（相位差為120）。 （3）實驗方法 本實驗中，我采取了電工儀表與電路實驗技術(shù)（馬鑫金 編著）中第144頁，145頁的兩個方法，同時還自己研究出一種裂成兩相電源的方法。 1）裂二相的實驗：方法一：將兩個電阻和兩個電容串聯(lián)接入電路中，在一個電阻和電容的串聯(lián)電路兩端接入單相交流電源，則可以將一個電阻和電容作為裂相后的電源，通過接入不同性質(zhì)的電阻來研究電源的電壓變化以及整個電路的功耗。方法二：將兩個電阻和兩個電感串聯(lián)接入電路中，在一個電阻和電感的串聯(lián)電路兩端接入單相交流電源，則可以將一個電阻和電感作為裂相后的電源，通過接入不同性質(zhì)的負(fù)載來研究電源

6、的電壓變化以及電源和負(fù)載的功耗。 2）裂三相的實驗：將兩個電阻串聯(lián)作為并聯(lián)電路的一個支路，另外兩個支路由一個電阻和一個電容串聯(lián)組成。把并聯(lián)端口接入單相交流電源，這樣可以把電源分裂成三相電源。實驗過程裂二相實驗方法一：參見電工儀表與電路實驗技術(shù)（馬鑫金編著）中第144頁。db dadbdaccU1U2V1U1U2電路圖 相量圖 方法二：實驗電路圖如下： 設(shè)流過R1，L1的電流為I1，流過R2，L2的電流為I2。V1=I1（R1*R1+W*W*L1*L1）=I2（R2*R2+W*W*L2*L2） U1=I1*W*L1 U2=I2*R2 U2/V1=1/1+（W*W*L2*L2）/（R2*R2） U

7、1/V1=1/1+（R1*R1）/（W*W*L1*L1）為了方便計算，不妨令W*L2=W*L1=R2=R1，則：U2/V1=U1/V1=1/2相量圖如下： dddabccU1U2V1U1U2裂相成功后，用得到的二相電源接不同性質(zhì)的負(fù)載：在二相電源上接兩個相等的電阻，分別測得不同阻值時二相電源的電壓（多組數(shù)據(jù)），再繪制電壓負(fù)載特性曲線。測得二相電源分別接不同阻值負(fù)載時電源和負(fù)載的功率，比較得出結(jié)論。在二相電源上接兩個容性或感性負(fù)載，測得不同阻抗時電源的電壓，并做電壓負(fù)載特性曲線。 （2）裂三相實驗 參見電工儀表與電路實驗技術(shù)（馬鑫金編著）中第145頁。 電路圖I2CI2CDBAI3R3I3Uc3

8、UcUsUAI1OI2R2UsUc2 相量圖實驗結(jié)果裂二相實驗方法一：將單相交流電源（220V/50HZ）分裂成的兩個交流電源相位差約為89.9998，二相輸出空載時電壓的有效值分別為155.602V和155.524V。裂相后的電源接相等負(fù)載（電阻性）的電壓負(fù)載特性曲線數(shù)據(jù)：R1=R2/K33.33.53.74U1/V95.93599.691101.954104.049106.912U2/V95.88699.640101.903103.996106.858R1=R2/K4.34.655.56U1/V109.484111.805114.569117.580120.186U2/V109.42811

9、1.749114.512117.521120.126R1=R2/K6.578910U1/V122.464124.470127.838130.553132.785U2/V122.402124.407127.774130.487132.719R1=R2/K1111.5U1/V134.653134.585U2/V135.476135.408 曲線： 二相電源接相等負(fù)載時的電壓-負(fù)載特性曲線二相電源接相等負(fù)載時的電壓-負(fù)載特性曲線020406080100120140160051015R1=R2/U/VU1/VU2/V電源消耗的功率與負(fù)載消耗的功率的關(guān)系 將裂相后的電源分別接不同阻值的電阻，測得電源消耗

10、的功率與相應(yīng)電阻消耗的功率的值如下表：方法二：將單相交流電源（220V/50HZ）分裂成的兩個交流電源相位差約為89.9950，二相輸出空載時電壓的有效值分別為155.485V和155.586V。裂相后的電源接相等負(fù)載（電阻性）的電壓負(fù)載特性曲線數(shù)據(jù)：R1=R2/0510305080100110U1/V010.45919.90749.43369.53589.30898.342102.035U2/V010.46419.91849.4769.57389.35698.395102.091R1=R2/120130140150160170180190U1/V105.3108.21110.8113.141

11、15.25117.17118.917120.516U2/V105.36108.26110.86113.202115.32117.233118.982120.582R1=R2/200230260290320350U1/V121.98125.74128.76131.224133.28135.017U2/V122.05125.81128.83131.295133.35135.09曲線：二相電源接相等負(fù)載時的電壓-負(fù)載特性曲線二相電源接相等負(fù)載時的電壓-負(fù)載特性曲線0204060801001201401600100200300400R1=R2/U/VU1/VU2/V3）電源消耗的功率與負(fù)載消耗的功率的

12、關(guān)系 將裂相后的電源分別接不同阻值的電阻，測得電源消耗的功率與相應(yīng)電阻消耗的功率的值如下表：R3/R4/P1(電源)/WP1(負(fù)載)/WP2(電源)/WP2(負(fù)載)/W1010039.6743.96339.6312020065.40913.06865.3384040091.33136.49391.2326060099.46859.61699.368080099.81479.76599.7062080065.40979.76599.7065090096.81388.6298.4673070081.5870.103100.1464080091.33179.76599.7068020099.8141

13、3.06865.3389050098.57448.35496.70870300100.23724.44781.4918040099.81436.49391.23210020096.82413.06865.338 裂三相實驗將單相交流電源（220V/50HZ）分裂成的三個交流電源相位差約為119.9997，120.0002,120.0001。三相輸出空載時電壓的有效值分別為109.945V,109.945V和109.855V。裂相后的電源接相等負(fù)載（電阻性）的電壓負(fù)載特性曲線數(shù)據(jù):R1=R2=R3/U1/VU2/VU3/V000010030.73417.3335.830057.06538.016

14、17.04550069.10250.85527.193100082.69469.2545.665200092.69285.28765.668300097.07292.46176.13400099.61496.47682.5625000101.29699.02386.9226000102.497100.77590.0767000103.401102.05192.4648000104.107103.03494.3369000104.674103.77995.84211000105.529104.89498.12112000105.86105.31299.00113000106.145105.668

15、99.759曲線:二相電源接容性和感性負(fù)載時的電壓負(fù)載曲線1）方法一接容性負(fù)載接感性負(fù)載 2）方法二接容性負(fù)載 接感性負(fù)載三相電源接容性和感性負(fù)載時的電壓負(fù)載關(guān)系（由于不易做曲線，此項由數(shù)據(jù)表代替）接容性負(fù)載負(fù)載一/uF負(fù)載二/uF負(fù)載三/uFU1/VU2/VU3/V111105.34195.451101.3785105093.92533.7917.4365001003002.816.8860.7581000200101.3553.47519.56540010503.30460.5894.48210010050013.7276.6850.5173000100300.4636.9237.1031

16、5555550.79102.8333.95911001000108.393.5570.377接感性負(fù)載負(fù)載一/mH負(fù)載二/mH負(fù)載三/mHU1/VU2/VU3/V1110.140.0690.022510500.7020.6931.0850010030063.5256.9551.09110002001092.88711.93603550.7070.21210010050014.477.148.948300010030110.2774.3350.9281555555104.8130.2581.336110010000.1486.97922.74 實驗結(jié)果分析（1）裂二相實

17、驗1）比較這兩種方法,方法一測得的相位差和空載時的電壓更準(zhǔn)確；而在裂相后的電源接相等電阻的實驗中,仔細(xì)觀察兩條電壓負(fù)載特性曲線,發(fā)現(xiàn)方法二得出的曲線兩相 電壓幾乎重合,而方法一則有一點(diǎn)偏差。2）將裂相后的電源分別接不同阻值的電阻，測得電源消耗的功率與相應(yīng)電阻消耗的功率的數(shù)據(jù)表明：這兩種方法在一定范圍內(nèi)均能起到較好的裂相作用。但具體分析得知：由于方法一中的預(yù)設(shè)電阻為1000，因此得到的裂相電源適合接小電阻或1000左右的電阻；由于方法二中的預(yù)設(shè)電阻為100，因此得到的裂相電源適合接100以下的小電阻。實際應(yīng)用中可以根據(jù)需要，調(diào)整預(yù)設(shè)電阻的阻值，從而達(dá)到在裂相后的電源上接不同大小電阻的目的。3）比較兩種方法裂相后電源接容性和感性負(fù)載時的電壓負(fù)載曲線可知：兩種方法接容性負(fù)載時的曲線差別較大，接感性負(fù)載時曲線差別很小。 （2）裂三相實驗 當(dāng)裂相后所接負(fù)載較小時，三相兩端的電壓相差較大（第三相和前兩相電壓的差別尤為明顯）；但隨著負(fù)載的逐漸變大，三相兩端的電壓差距在逐漸縮小，這點(diǎn)由電壓負(fù)載特性曲線也可以看出來。這是和裂二相實驗不同的地方。結(jié)論本實驗原理比較簡單，實驗?zāi)康囊草^為明確，但在測量過程中仍然遇到了不少問題。經(jīng)過反復(fù)思考，多次嘗試，終于把困難一一克服了。實驗中，我除了借鑒書上的方法外還提出了一個自己的方法，并通過比較，