三相交流電源的產(chǎn)生及特點研究

方潔　歐陽艷蓉　譚耀洲

[摘要]三相交流電源在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應用極為廣泛，目前電能的生產(chǎn)、輸送和分配幾乎全部采用三相制，因此在單相交流的基礎(chǔ)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(chǎn)生、特點以及三相電源星形和三角形兩種連接方式。

[關(guān)鍵詞]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(tǒng)，這樣的電源系統(tǒng)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(fā)電機在技術(shù)和經(jīng)濟上比單相發(fā)電機優(yōu)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(jié)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(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。

一、三相交流電源的產(chǎn)生及特點

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

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

旋轉(zhuǎn)磁場型或同步發(fā)電機是動力系統(tǒng)中運用的最廣泛的一種交流發(fā)電機。在旋轉(zhuǎn)磁場型發(fā)電機中，首先給轉(zhuǎn)子線圈（取代定子線圈）提供直流電產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)子磁場。然后原動力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，從而在機器中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場。旋轉(zhuǎn)的磁場依次在發(fā)電機的定子線圈中產(chǎn)生一個三相電壓。這樣的設(shè)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(jīng)過集流環(huán)和電刷。

對于旋轉(zhuǎn)磁場形發(fā)電機，它主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子主要由定子鐵芯和定子繞組構(gòu)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(tǒng)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(shù)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(gòu)造和連接不同的三相電系統(tǒng)時，正確的相位順序很重要。例如，三相交流電輸出需要并聯(lián)到普通的電壓系統(tǒng)時，正確的相位旋轉(zhuǎn)就很重要。根據(jù)需求，發(fā)電機經(jīng)常有規(guī)律地域大電力網(wǎng)連接或斷開。這樣的電力網(wǎng)是一個無限大容量總線，因為它包含很多本質(zhì)上并聯(lián)在一起且電壓和頻率都不能改變的發(fā)電機。在將三相交流發(fā)電機并聯(lián)或聯(lián)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(fā)電機已經(jīng)同步化。

1.機器的相位旋轉(zhuǎn)或相位序列和系統(tǒng)的相位序列相同；

2.發(fā)電機和系統(tǒng)電壓相同；

3.發(fā)電機和系統(tǒng)電壓同相；

4.發(fā)電機頻率等于系統(tǒng)頻率。

如果沒有按照正確的同步過程操作，將會在電力系統(tǒng)中造成很大的擾動并且損壞發(fā)電機線圈，所以要保證防止電壓系統(tǒng)中失序情況的發(fā)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(tǒng)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(chǎn)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(guān)知識學習打下良好的基礎(chǔ)，這也是電工技術(shù)知識的重點內(nèi)容。

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