电工电子综合实验（I）仿真论文实验名称：裂相电路的仿真研究姓名：班级：学号：专业：学院：裂相电路的仿真研究摘要：本文主要研究利用Multisim 11.0仿真设计软件模拟的裂相电路。

通过设定一定参数的R-C两相电路，将单相交流电源（220V/50Hz）分裂成相位差为90°的两相电源（155V/50 Hz）。

并从R-C两相电路出发，简单的通过输出电压、功耗与裂相电路负载参数之间的关系，研究了电压—负载（阻性、感性、容性）特性曲线，同时验证所设计的电路在空载时功耗最小。

关键词：裂相电路，单相电源，两相电源，负载特性曲线1 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。

笔者从一些电工学教科书提到的R-C裂相电路出发，在参考了一些资料后，对其进行了仿真研究。

在将单相交流电源分裂成相位差为90°的两相电路的实验中，通过仿真测量，记录多组负载的数据，并作出电压——负载（两负载相等，分别有电阻，电感，电容）的特性曲线，并进行了简单的分析，以研究其性质（输出电压、功耗与裂相电路负载参数之间的关系），同时验证所设计的电路在空载时功耗最小。

2 正文1.1 实验原理如下：把电源U S分裂成U1和U2两个输出电压。

如下图所示为RC桥式分相电路原理的一种，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°。

1.2 RC 桥式分相电路原理将电源U S 分裂成U 1和U 2两个输出电压：利用R-C 串并联电路它可将输入电压路U S 分裂成U 1和U 2两个输出电压，且使U 1和U 2相位差为90°。

如上图所示电路中输出电压U 1和U 2分别与输入电压U S 为1s1U U =21sU U =对输入电压U S 而言，输出电压U 1和U 2的相位是111arctan R Cϕω=-2221arctanR C ϕω=-或2222cot tan(90)R C ϕωϕ==-+因此22290arctan R Cϕω+=-若1122R C R C RC ==则必有aU lU 2RC 桥式分项电路原理1290ϕϕ-=一般而言，1ϕ和2ϕ与角频率ω无关，但为使U 1和U 2数值相等，可令11221R C R C ωω==1.3 实验元件：1.4 实验电路图：序号 名称 型号与规格 数量 1 单相交流电源 220V/50Hz 1 2 电阻器 31.83Ω 2 3 电容 100μF 2 4 示波器 XCS1 1 5 万用表 XMM1,XMM2 2 6 功率表 XWM1,XWM22 7 线形电位器 2 8 可变电感 2 9 可变电容2在空载情况下运行时：万用表测得两相电压源空载时的电压值：示波器观察到两相电压源输出的相位差：由示波器图像可知，裂相后的两相电源输出的相位差约为90°功率表测得电压源空载时的功率：2.在两相电源的每一相上分别接一个虚拟线性电位器，调节两电位器使得阻值相等。

分别测量记录不同阻值时二相电源的电压和此时的负载功率，然后绘制电压——负载特性曲线（其中输出电压到150（1-10%）；相位差为90（1-5%））、以及功率——负载特性曲线。

R1=R2/Ω10 20 30 40 50 75 100 U1/V 51.148 79.194 96.029 107.026 114.698 126.400 132.947 U2/V 51.147 79.192 96.026 107.023 114.694 126.396 132.943 R1=R2/Ω200 300 500 700 1000 3000 5000 U1/V 143.697 147.529 150.682 152.057 153.097 154.729 155.058 U2/V 143.692 147.524 150.677 152.052 153.092 154.725 155.053 R1=R2/Ω7000 10000 15000 20000 30000 50000 100000 U1/V 155.199 155.305 155.387 155.429 155.470 155.503 155.528 U2/V 155.194 155.300 155.383 155.424 155.465 155.498 155.523电压——负载特性曲线R1=R2/Ω 1 5 10 20 30 50 100 P1/W 44.857 175.148 261.613 313.587 307.385 263.112 176.750 P2/W 44.854 175.138 261.597 313.568 307.367 263.096 176.739 R1=R2/Ω200 300 500 1000 1500 2000 3000 P1/W 103.243 72.549 45.410 23.439 15.792 11.907 7.980 P2/W 103.237 72.545 45.407 23.437 15.791 11.907 7.980 R1=R2/Ω5000 10000 15000 20000 30000 50000 100000 P1/W 4.809 2.412 1.610 1.208 0.805 0.483 0.242 P2/W 4.808 2.412 1.610 1.208 0.805 0.483 0.242功率——负载特性曲线3. 讨论裂相后电源接负载接电感或容性时的情况，并做电压-负载特性曲线。

3.1讨论裂相后电源接负载接电感时的情况，并做电压-负载特性曲线。

两相电源的每一相上分别接一个可变线性电感，调节使得两电感显值相等。

负载为感性的裂相电路实验线路如下：表格如下： 电压——负载特性曲线L 1=L 2/mH 10 20 25 30 35 40 U1/V 23.946 52.538 68.479 85.295 102.674 120.188 U2/V 23.946 52.536 68.477 85.293 102.671 120.184 L 1=L 2/mH 50 60 70 80 100 200 U1/V 153.511 181.175 200.798 212.562 219.962 197.277 U2/V 153.507 181.170 200.792 212.555 219.955 197.271 L 1=L 2/mH 300 500 800 1000 3000 5000 U1/V 183.409 172.000 165.690 163.620 158.201 157.136 U2/V 183.403171.995165.685163.615158.196157.132结论：负载为两相同电感值的电感时，随着电感值增加，所测电压先增大后减小，且在 L=R(20Ω)，即L=80mH时，电压取得极大值。

越过最大值之后，电压值随电感值增加而增加。

3.2讨论裂相后电源接负载接电容时的情况，并做电压-负载特性曲线。

两相电源的每一相上分别接一个可变电容，两电容值相等。

负载为容性实验线路如下：表格如下：C1=C2/μF 1 10 20 30 40 50 60U1/V 154.777 147.987 140.831 134.127 127.864 122.026 116.592 U2/V 154.724 147.983 140.827 134.123 127.860 122.022 116.589C1=C2/μF 70 80 90 100 300 500 1000 U1/V 111.502 106.835 102.458 98.381 53.355 36.166 19.917 U2/V 111.498 106.831 102.455 98.378 53.353 36.165 19.916电压——负载特性曲线结论：负载为两相同电容值的电容，电容小于一定值时，各相电压基本平稳保持在空载电压值附近，大于该值后随着电容容性的增加，电压明显降低。

三 实验结果分析1.裂相电路的作用是将单相的电源裂变为两相电源，电路的原理非常简单。

空载时的电压有效值分别是155.552V 和155.548V ，满足试验所需值150V ±10%；由示波器图像可知，裂相后的两相电源输出的相位差在90°±2%范围内。

又根据我的数据设计，即R1=R2=31.83Ω；C1=C2=100uF 。

通过代入数据计算可得U1=U2理论值为155.551V ，与实验值较为吻合。

，当接上负载以后，随着负载电阻的增大，负载上的电压U1,U2也增大。

当负载增大到远大于C1或R2的阻抗值时，U1,U2基本保持155V 左右，相当于空载时的电路。

2.当负载为电阻时，功率和负载关系为随着阻值的慢慢增大，负载消耗的功率先增大(增大速度较快)后减小，且当负载趋向于无穷大的时候（即空载的时候）功耗趋近于0，可知空载时功耗最小。

当阻值从1到12Ω这一段功率增长比较明显，之后又逐渐变缓，当阻值取100000Ω时，功率为0.242W 。

因此，当阻值趋向于∞即我们要讨论的空载情况时，功率最小（逐渐趋向于0）。

从而可以得出空载时电路功耗最小这个结论。

3.当负载为电感时，我们同样可以作出分析。

对于U1，当ωL=11C ω时，即L=80mh 时，电路发生串联谐振R1被短路，此时L1两端的电压U2应为单相电源电压值220V 。

对于U2，同理当ωL=11C ω，即L=80mh 时，电路发生并联谐振，R2断路，L 两端电压亦为最大220V 。

观察实验所测数据以及所画特征曲线，在63.7mh 左右取得峰值，理论计算和仿真测量结果较一致。

4.负载为电容时电压随电容的变化关系和接电阻时的变化关系基本一致，不同的是，随着电容值增大，并联阻抗值是减小的，所以U —R 曲线是呈下降趋势。

四 裂相电路应用随着电子技术的飞速发展，裂相技术在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。

例如：1：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。

2：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.例如彩电中的色度处理,要将付载频分相。

3：简单的电路结构进行分相器输出绕组断线等故障诊断，降低分相器故障诊断电路的成本及提高可靠性，而且降低分相器故障诊断电路的功耗。