43电工电子综合实验论文：Jie XU班级：学号：选题：裂相电路2014年6月19日容索引一、摘要 二、关键词 三、引言 四、正文I 、将单相电源分裂成两相1、原理2、实验电路3、分相后1u 和2u 的交流波形图4、分相后1u 和2u 的有效值5、负载为纯阻性时的电压负载特性曲线6、负载为感性时的电压负载特性曲线7、负载为容性时的电压负载特性曲线II 、将单相电源分裂成三相1、原理2、实验电路3、分相后A u 、B u 和C u 的交流波形图4、分相后A u 、B u 和C u 的有效值5、负载为纯阻性时的电压负载特性曲线III 、裂相电路的应用五、结论 六、参考文献一、摘要将单相交流电源（220V/50Hz ）分裂成相位差为90°的两相电源和相位差为120°的三相电源。

首先根据电路原理设计合适的参数，使用multisim11搭建电路并进行数据仿真，用万能表测试电压有效值，并从示波器观察波形图；然后用Excel 制作表格、绘制负载为纯阻性时的电压负载特性曲线，研究电路的功耗情况；再讨论负载为感性或容性时的电压负载曲线；最后列举分相电路的用途。

二、关键词裂相、双相输出、三相输出、电压负载特性曲线、功率、应用三、引言随着电子信息时代的来临，电工电子技术越来越多的进入人们的日常生活。

人们在使用电源时往往需要使用双相或多相电源，可是在很多民用场合，通常是220V ，50Hz 的普通供电电源，所以如何利用单相电源为多相负载，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使用价值。

根据马鑫金编著的《电工仪表与电路实验技术》，交流电路的应用设计之裂相电路这一个专题，在参考了一些资料后，本文对其进行了仿真研究，所使用的电阻、电容、电源等电路元件均为multisim 提供，即实际存在的电路元件，该电路可供家用或实验室使用。

四、正文I 、将单相电源分裂成两相1、原理 将电源s U 分裂成1U 和2U 两个输出电压，图1所示为RC 桥式分相电路原理的一种，它可将输入电压s U 分裂成1U 和2U 两个输出电压，且使1U 和2U 相位差成90°。

图1 RC 桥式分相电路原理图1所示电路中输出电压1U 和2U 分别与输入电压s U 为()2112111C R U U ω+= 2222111⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=C R U U S ω对输入电压s U 而言，输出电压1U 和2U 的相位为111arctan C R ωϕ-= 2221arctanC R ωϕ=或()︒+-==90tan cot 2222ϕωϕC R由此222arctan 90C R ωϕ-=︒+若RC C R C R ==2211则必有︒=-9021ϕϕ一般而言，1ϕ和2ϕ与角频率ω无关，但为使1U 和2U 数值相等，可令12211==C R C R ωω所以，对于本实验而言，理论值Ω==k R R 1021、F C C μ3183.021==是一组可选取的数据，但是由于multisim 仿真所提供的各类原件参数为实际实验中可以使用的原件参数，故实际参数在Ω==k R R 1021、F C C μ3183.021==附近浮动，并选出最佳值，为Ω==k R R 76.921、nF C C 33021==。

2、实验电路 根据以上参数，电路实验图如图2。

图2 实际电路中的元件参数与接线图3、分相后1u 和2u 的交流波形图 由如图2中所示的示波器测得图3 裂相后的输出波形图T=0.02s=20msms 802.4=τ2401.020802.4==T τ︒=︒⨯=436.863602401.0ϕ%0.490436.8690=-=E4、分相后1u 和2u 的有效值 由图2中所示的万能表测得图4 裂相后的各项输出电压有效值%27.0155581.1541551=-=E%91.0155155412.1562=-=E5、负载为纯阻性时的电压负载特性曲线 两负载相等，且为电阻性，到输出电压155（1-10%）V ；相位差90°⨯（1-5%）为止。

选取滑动变阻器为1M Ω（近似于断路），滑动变阻器由1k Ω到1M Ω，每变化500Ω记录一次数据，电路图如图5所示，电压负载特性曲线的数据如表1所示，电压负载特性曲线如图6所示，总功率负载曲线图如图7所示。

图5 测量电压-阻性负载特性曲线的电路图注：表1 电压-阻性负载特性曲线数据表图6 电压-阻性负载特性曲线图7 总功率-负载曲线图该曲线可以反映总功率随负载变化的大致规律，即随着负载电阻的增大，功率先逐渐增大，达到一个最大值，然后随着电阻的增大而逐渐减小。

由于输出端不能短路，所以根据功率-负载曲线图的趋势图可知，电路在空载时功耗趋向于0，功耗最小。

6、负载为感性时的电压负载特性曲线在输出端接入两相等的负载，且为纯电感，图8为实验电路图，表2显示了负载电感从0.1H-500H的电压变化情况，图9为电压-感性负载特性曲线图。

图8 电压-感性负载实验电路图表2 电压-感性负载特性曲线图9 电压-感性负载特性曲线7、负载为容性时的电压负载特性曲线两负载相等，且为纯电容，图10为实验电路图，表3显示了负载电感从Fμ的电压变化情况，图11为电压-容性负载特性曲μ1到100F线图。

图10 电压-容性负载实验电路图表3 电压-容性负载特性曲线图11 电压-电容负载特性曲线II 、将单相电源分裂成三相1、原理 同样，将单相电源s U 分裂成三相OA U 、OB U 、OC U 互成120°的对称电压，其原理如图2所示。

图12 将单相电源分裂成三相原理设计电路关键是元件参数。

从相量图中可见，B 和C 两点的轨迹是在圆周上变化。

只要使电流2I 与1I 相位差成60°；使电流3I 与1I 相位差成30°，则可使电压A U 、B U 、C U 成对称三相电压。

可利用公式︒=60tan 22R X C ︒=30tan 33R XC 所以，对于本实验而言，理论值Ω=k R 101，Ω=k R 102,nF C 1832=，Ω=k R 5.53，F C μ13=是一组可以选择的值，但是由于multisim 仿真所提供的各类原件参数为实际实验中可以使用的原件参数，故实际参数在Ω=k R 101，Ω=k R 102,nF C 1832=，Ω=k R 5.53，F C μ13=附近浮动，并选出最佳值，为Ω=k R 101，Ω=k R 2.103,nF C 1801=，Ω=k R 49.54，F C μ12=，注意，参数下标有所不同。

2、实验电路 根据以上参数，电路实验图如图13所示，输出端取x U 点的点位与地的差值，这样可以保证电路有较稳定的输出。

图13 单相电源裂变成三相电源的实验电路3、分相后A u 、B u 和C u 的交流波形图 采用四综示波器，分别连接A u 、B u 和C u 的输出端，如图14所示，得出的波形如图15所示。

图14 使用四综示波器测量的电路图图15 分裂后的三相输出波形T=0.02s=20ms ，ms 745.61=τ，ms 661.62=τ︒=︒⨯=︒⨯=41.12136020745.636011Tτϕ，︒=︒⨯=︒⨯=898.11936020661.636022T τϕ%112012041.1211=-=E ，%09.0120898.1191202=-=E4、分相后A u 、B u 和C u 的有效值 由图13中所示的万能表测得图16 单相电源裂变成三相电源的各项电压有效值%05.0110938.1091101=-=E%03.0110110034.1102=-=E%09.0110892.1091101=-=E5、负载为纯阻性时的电压负载特性曲线 三负载相等，且为电阻性（暂不考虑星型或三角型连接），到输出电压110（1-10%）V ；相位差120°⨯（1-5%）为止。

选取滑动变阻器为5k Ω，滑动变阻器由0.2k Ω到5k Ω变化，电路图如图17所示，电压负载特性曲线的数据如表4所示，电压负载特性曲线如图18所示，总功率负载曲线图如图19所示。

图17 裂成三相外接纯电阻电路图注：表4 电压-阻性负载特性曲线数据表图18 电压-阻性负载特性曲线图19 总功率-负载曲线图该曲线可以反映总功率随负载变化的大致规律，即随着负载电阻的增大，功率逐渐减小。

所以根据功率-负载曲线图的趋势图可知，电路在空载时功耗趋向于0，功耗最小。

III、裂相电路的应用三相电机旋转磁场三相异步电机是靠同时接入380V三相交流电源(相位差120度)供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。

如果实验室中没有现成的三相电源，就必须自己将实验室的单相电源裂成三相，接入三相电机旋转磁场中。

接线图如图20所示。

图20 三相电机旋转磁场原理图图21 三相电机旋转磁场原理图图20-a的三个接线端分别接裂出的三相输出端，即可以开始工作；图21是三相电机旋转的原理图。

裂相电路的优点是满足了电机的工作对三相电源的要求，但是裂相出来的电路电压值会有所减小，我们可以使用变压器提升它的输出电压值，以满足三相电机旋转磁场所需要的输入电压有效值，但是变压器又会在一定程度上影响三相电压的相位值。

所以三相旋转磁场的输入可以由裂相电路提供，但并不是很精确。

五、结论本文从基本的裂相电路出发，经过理论分析和multisim11软件仿真，提供了裂相电路的搭建方法和参数的选取规律，展现了各项电压有效值和各项相位之间的关系。

并对裂相电路在输出端外接纯电阻、纯电感和纯电容时的电压进行了分类讨论，双相电路的纯电阻负载在1k 之后，电压值就趋于稳定，电感在100H后，电压趋于稳定，而电容值越高，电压值越低，趋向于0；由于三相电源的使用原理与双相电路类似，所以本文并没有讨论裂成三相后负载为电容、电感的情况。

从功率的角度来讲，开路时的输出功率最小。

Multisim软件仿真的精度极高，在合理的参数下，实验误差接近于0，是一种非常可信的仿真软件。

六、参考文献《电工仪表与电路实验技术》马鑫金主编机械工业，2007《电路》黄锦安主编机械工业， 2007。