三相交流電源的產生及特點研究

方潔 歐陽艷蓉 譚耀洲

武漢軍械士官學校基礎部 湖北武漢 430075

三相交流電源的產生及特點研究

方潔 歐陽艷蓉 譚耀洲

武漢軍械士官學校基礎部 湖北武漢 430075

三相交流電源在工農業生產上應用極為廣泛，目前電能的生產、輸送和分配幾乎全部采用三相制，因此在單相交流的基礎上，進一步研究三相交流電路具有極其重要的意義。本文主要探討了三相交流電的產生、特點以及三相電源星形和三角形兩種連接方式。

三相電源；星形連接；三角形連接

目前應用的交流電，一般都采用三相制的、正弦交流電，即由三個電壓、頻率相同，而相位依次相差120度的電源供電系統，這樣的電源系統稱為對稱三相電源。日常生活用的單相交流電乃是三相交流電的一相。廣泛采用三相交流電，是因為通常情況下三相發電機在技術和經濟上比單相發電機優越；在相同的輸電條件下（電壓、功率、距離和線路損失），三相制輸電可以節省金屬材料的25%，三相交流電動機的性能比單相的好，具有結構簡單、運行可靠、維護方便等優點。

一、三相交流電源的產生及特點

交流電由交流發電機產生，交流發電機通過將線圈在磁場中轉動產生交流電，線圈和磁場間的相對運動在線圈兩端產生感應電壓。隨著線圈在磁場中旋轉，該電壓的幅度和極性都會發生變化。所有的發電機，大型小型、直流交流，都需要一個能產生機械能的能源來驅動轉子。這種機械能源稱為“原動力”，發電機使用的原動力可以是蒸汽機、柴油機，或者是水力發電站使用的水力。

交流發電機有兩種基本形式：旋轉電樞和旋轉磁場型。在旋轉電樞型中，電樞是可動部分，它由大量線圈纏繞在鐵芯上構成。電樞線圈感應而生的交流電壓連接到一組集流環上，外部電路通過一組電刷從集流環上接收交流電壓。電磁鐵用來為發電機產生強大的電磁場，稱為磁化線圈或勵磁線圈。旋轉電樞發電機在很有限的范圍內使用，這是因為從發電機上轉移電能的電刷和集流環只能工作于相對比較低的電壓和較小的功率。

旋轉磁場型或同步發電機是動力系統中運用的最廣泛的一種交流發電機。在旋轉磁場型發電機中，首先給轉子線圈（取代定子線圈）提供直流電產生一個轉子磁場。然后原動力轉動轉子，從而在機器中產生一個旋轉的磁場。旋轉的磁場依次在發電機的定子線圈中產生一個三相電壓。這樣的設計允許較高的電壓和額定功率（千瓦），這是因為外部負載直接連到定子上，不用經過集流環和電刷。

對于旋轉磁場形發電機，它主要由定子和轉子兩部分組成。定子主要由定子鐵芯和定子繞組構成，定子繞組是三個獨立的繞組，分別稱其為A、B、C相繞組。它們的三個起端或末端互差120°的電角。由于三相繞組以統一速度切割磁力線，所以磁力線的頻率相同，由于每相繞組的幾何形狀、尺寸和匝數相同，因此電動勢的最大值（或有效值）彼此相等；而三相繞組的空間位置互差120度的電角，所以三個由末端指向起端的電動勢之間相互存在著120度的相位差。

所以三相對稱電源存在三個主要的特點：最大值相等；頻率相同；相位互差120°。

在構造和連接不同的三相電系統時，正確的相位順序很重要。例如，三相交流電輸出需要并聯到普通的電壓系統時，正確的相位旋轉就很重要。根據需求，發電機經常有規律地域大電力網連接或斷開。這樣的電力網是一個無限大容量總線，因為它包含很多本質上并聯在一起且電壓和頻率都不能改變的發電機。在將三相交流發電機并聯或聯機前，它們必須先同步化。當滿足下列所有條件時，可以認為交流發電機已經同步化。1.機器的相位旋轉或相位序列和系統的相位序列相同；2.發電機和系統電壓相同；

3.發電機和系統電壓同相；

4.發電機頻率等于系統頻率。

如果沒有按照正確的同步過程操作，將會在電力系統中造成很大的擾動并且損壞發電機線圈，所以要保證防止電壓系統中失序情況的發生。

三相對稱電動勢的解析式表示和相量圖表示：

三相交流電到達正或負的最大值的順序稱為相序。供電系統三相交流電的相序為：ABC為順序，BAC為逆序。

二、三相電源的星形連接

（一）連接方式

把三相繞組的末端接在一起，從三個始端引出三根導線。

從三個起端分別引出的導線稱為端線（俗稱火線）。從中點引出的導線中線稱為中線。

三、三相電源的三角形連接

（一）連接方式

如果將一個電源的負極性端與另一個電源的正極性端相接，即X與B，Y與C，Z與A之間相連接，形成一個閉合回路，然后從三個連接點引出三根導線，就組成三角形（△形）連接。

本文通過對三相電源的產生及特點研究有助于對三相電源的使用以及維護，并為三相負載的相關知識學習打下良好的基礎，這也是電工技術知識的重點內容。

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