一、三相交流电的产生与描述
1.三相对称交流电动势的产生
三相交流电路和单相交流电路相比,有以下优点。
(1)三相交流发电机比同等体积的单相交流发电机输出功率大。
(2)三相交流发电机的结构和制造比单相交流发电机简单,性能更良好,且维修方便。
(3)在同等条件下输送相同的功率时,特别是远距离输电时,采用三相制输电比单相制输电要节约导线,而且电能损耗较单相输电时少。
三相交流电动势是由三相交流发电机产生的。如图(a)所示是旋转磁极式三相交流发电机的示意图,它主要由定子和转子组成。
三相交流电机
三个电动势的最大值相等、频率相同、相位互差120°,称为三相对称交流电动势。如上图(b)所示,规定每相电动势的正方向是从绕组的末端指向始端,即当电流从始端流出时为正,反之为负。
2.三相对称交流电动势的表示
若设第一相电动势的初相角是0°,则第二相是-120°,第三相是120°或-240°。则各相电动势的瞬时值表达式为 :
三相交流表达式
如果以eU为参考正弦量,那么三相对称电动势的波形图和相量图如图所示。
三相电动势
由三角函数运算法则可知,三相对称电动势在任意瞬时的代数和为零。由相量图可知,三相对称电动势在任意瞬时的相量和为零。
从上图中可以看出,三相电动势到达最大值或者零值的顺序是错开的,3个电动势到达最大值或者零值的先后次序叫做相序。如上图所示,3个电动势的相序是U相-V相-W相-U相,这样的相序叫做正序。若到达最大值或者零值的次序是U相-W相-V相-U相,则称为负序或逆序。通常,采用黄、绿、红3种颜色来识别U,V,W三相。
二、三相电源的连接
1.三相电源的星形连接
如图所示,将三相绕组的末端U2,V2,W2连接成一个公共点N,始端U1,V1,W1分别与负载相联的连接方式,叫做星形(Y形)连接。
星形连接
在低压配电系统中采用3根相线和一根中线的输电方式,叫做三相四线制。高压输电时去掉中线,只有3根相绕组成的输电方式叫做三相三线制。三相四线制供电可以提供两种电压:线电压和相电压。
每相绕组两端的电压或各相线与中性线之间的电压,叫做相电压,其瞬时值用uU,uV,uW表示。两根相线之间的电压叫做线电压,其瞬时值用uUV,uVW,uWU表示。
由上图可得
线电压
由此可得线电压和相电压的相量图如图所示。
线电压与相电压的关系
2.三相电源的三角形连接
如图所示,将三相交流发电机每一相绕组的首端和另一相绕组的末端依次相连,形成闭合回路的连接方式,叫做三角形连接或△连接。绕组作三角形连接时只用3根相线供电,即三相三线制供电。
三角形连接
由上图可知,采用三角形连接时,线电压等于相电压。即:
线电压
此时,在三相绕组组成的闭合回路中,因为
相电
即回路中的各相瞬时电动势的和为零,所以,三相绕组中的电流代数和也为零。