三相交流電源的產(chǎn)生及特點(diǎn)研究

方潔　歐陽(yáng)艷蓉　譚耀洲

[摘要]三相交流電源在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)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(jìn)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(diǎn)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(yīng)用的交流電，一般都采用三相制的、正弦交流電，即由三個(gè)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(duì)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?yàn)橥ǔＧ闆r下三相發(fā)電機(jī)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上比單相發(fā)電機(jī)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(dòng)機(jī)的性能比單相的好，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

一、三相交流電源的產(chǎn)生及特點(diǎn)

交流電由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，交流發(fā)電機(jī)通過(guò)將線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交流電，線圈和磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓。隨著線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，該電壓的幅度和極性都會(huì)發(fā)生變化。所有的發(fā)電機(jī)，大型小型、直流交流，都需要一個(gè)能產(chǎn)生機(jī)械能的能源來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。這種機(jī)械能源稱為“原動(dòng)力”，發(fā)電機(jī)使用的原動(dòng)力可以是蒸汽機(jī)、柴油機(jī)，或者是水力發(fā)電站使用的水力。

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

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)型或同步發(fā)電機(jī)是動(dòng)力系統(tǒng)中運(yùn)用的最廣泛的一種交流發(fā)電機(jī)。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)型發(fā)電機(jī)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(gè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。然后原動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，從而在機(jī)器中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)依次在發(fā)電機(jī)的定子線圈中產(chǎn)生一個(gè)三相電壓。這樣的設(shè)計(jì)允許較高的電壓和額定功率（千瓦），這是因?yàn)橥獠控?fù)載直接連到定子上，不用經(jīng)過(guò)集流環(huán)和電刷。

對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形發(fā)電機(jī)，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(gè)獨(dú)立的繞組，分別稱其為A、B、C相繞組。它們的三個(gè)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(dòng)勢(shì)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(gè)由末端指向起端的電動(dòng)勢(shì)之間相互存在著120度的相位差。

所以三相對(duì)稱電源存在三個(gè)主要的特點(diǎn)：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(shí)，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(shí)，正確的相位旋轉(zhuǎn)就很重要。根據(jù)需求，發(fā)電機(jī)經(jīng)常有規(guī)律地域大電力網(wǎng)連接或斷開(kāi)。這樣的電力網(wǎng)是一個(gè)無(wú)限大容量總線，因?yàn)樗芏啾举|(zhì)上并聯(lián)在一起且電壓和頻率都不能改變的發(fā)電機(jī)。在將三相交流發(fā)電機(jī)并聯(lián)或聯(lián)機(jī)前，它們必須先同步化。當(dāng)滿足下列所有條件時(shí)，可以認(rèn)為交流發(fā)電機(jī)已經(jīng)同步化。

1.機(jī)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(jī)和系統(tǒng)電壓相同；

3.發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓同相；

4.發(fā)電機(jī)頻率等于系統(tǒng)頻率。

如果沒(méi)有按照正確的同步過(guò)程操作，將會(huì)在電力系統(tǒng)中造成很大的擾動(dòng)并且損壞發(fā)電機(jī)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(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的解析式表示和相量圖表示：

三相交流電到達(dá)正或負(fù)的最大值的順序稱為相序。供電系統(tǒng)三相交流電的相序?yàn)椋篈BC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(gè)始端引出三根導(dǎo)線。

從三個(gè)起端分別引出的導(dǎo)線稱為端線（俗稱火線）。從中點(diǎn)引出的導(dǎo)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(gè)電源的負(fù)極性端與另一個(gè)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(gè)閉合回路，然后從三個(gè)連接點(diǎn)引出三根導(dǎo)線，就組成三角形（△形）連接。

本文通過(guò)對(duì)三相電源的產(chǎn)生及特點(diǎn)研究有助于對(duì)三相電源的使用以及維護(hù)，并為三相負(fù)載的相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，這也是電工技術(shù)知識(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容。

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