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圖文詳解：電工基礎之三相交流電源
2022-06-18

目前，世界各國的電力系統(tǒng)中電能的生產(chǎn)、傳輸和供電方式絕大多數(shù)都是采用三相制。它只要是由三相電源、三相負載和三相輸電線路三部分組成，這種由三相交流電源供電的電路稱為三相交流電路。 三相對稱正弦交流電源是由3個頻率相同、幅值（或有效值）相等、初相一次滯后120°的正弦電壓源接成星形（Y）或三角形（△）組成的電源。 其中3個電壓源的電動勢稱為三相對稱電動勢。 與單相交流電相比較，三相交流電明顯更具優(yōu)勢，例如在功率相同的情況下，三相交流發(fā)電機比單相交流發(fā)電機體積小、重量輕、成本低； 目前得到廣泛應用的三相交流異步電動機，是以三相交流電作為電源的，與單相電動機或其他電動機相比，具有結構簡單、價格低廉、性能良好和使用維護方便等優(yōu)點。 回顧《電工基礎》的第三章和第四章的內容，關于交流電的產(chǎn)生原理，我相信大家也有了較為清晰的理解，簡單來說就是電磁感應原理的應用，這也是三相交流發(fā)電機的工作原理，即三相交流電動勢的產(chǎn)生原理。 三相交流發(fā)電機是生產(chǎn)正弦交流電的主要設備，它的模型示意圖如圖1所示，定子上嵌放著一組三相對稱電樞繞組U1-U2，V1-V2，W1-W2，三相繞組匝數(shù)相同，在空間位置上彼此相差120°，轉子上裝有勵磁繞組，通以直流電流，將產(chǎn)生一對磁極。 當轉子以恒定的角速度ω旋轉，其磁場就會匝鏈定子各相繞組，定子上的3個電樞繞組便產(chǎn)生3個單相電動勢。定子上的3個線圈的首末端標記除了采用U1-U2，V1-V2，W1-W2外，也有采用A-X，B-Y，C-Z的方式，后者是以前的舊標準，但目前依然在多處使用。 也正是由于定子上各相繞組的空間位置互差120°，所以三相電動勢的相位互差120°。 根據(jù)3個電樞繞組的標記方式，把3個電源依次稱為A相、B相和C相或U相、V相和W相。它們的電壓瞬時表達式及其相量如下圖37-2所示，式中以A相電壓uA為參考正弦量。其中三相電壓的相序（次序）A、B、C稱為正序或順序。與此相反，若B相超前A相120°，C相超前B相120°，這種相序稱為負序或逆序。 根據(jù)圖2中的三相電壓的瞬時表達式（波形圖）及其相量（相量圖），可以得到，3個電壓的幅值相等，頻率相同，相位互差120°，所以三相對稱電壓的瞬時值之和為0，同理，3個相量和亦為0。 根據(jù)上文所提到的，三相交流電源可以接成星形（Y）或三角形（△），而兩種不同的接法，其相電壓與線電壓之間、相電流與線電流之間的關系卻不相同。那么，它們之間是什么關系呢？我們繼續(xù)學習。 圖3為三相電源的星形連接方式，簡稱星形或Y形電源。從3個電壓源正極性端子A、B、C向外引出的導線稱為端線，從中性點N引出的導線稱為中性線（舊稱零線）。三相交流系統(tǒng)中，各輸電線線端之間的電壓，稱為線電壓； 三相電源中每一相的電壓，稱為相電壓，在星形接法時為相對中性點電壓。 星形連接方式的三相交流電源，其線電壓與相電壓的關系以相量圖的形式表示如下圖4所示。根據(jù)平行四邊形定則，求出線電壓與相電壓的關系如圖37-4，即線電壓為對應相電壓的根號3倍，且超前對應相電壓30°。 同理可以求出其他2個線電壓，從圖37-4所示，可以得到，相電壓對稱時，線電壓也一定依序對稱，大小相等，為相電壓的根號3倍，依次超前相應相電壓30°。 例如我們日常接觸比較多的380/220V電壓，就是直接根據(jù)線電壓與相電壓的關系得出，在三相四線制的接線方式中，線電壓為380V的三相電，其對應的單相電壓為220V。通俗來講，就是火零線之間的電壓為220V的線路，其對應火線與火線之間的電壓為380V。 三相交流電源的三角形（△）連接方式如上圖5所示，簡稱三角形或△電源。根據(jù)線電壓的定義，顯然，三角形連接方式的三相電源，線電壓等于相電壓，相電壓對稱時，線電壓也對稱，且三角形電源不能引出中性線，也就是說，三相電源作三角形連接時，只能是三相三線制。 其實，三相交流電源的星形連接和三角形連接時線電壓與相電壓的關系，同樣滿足于負載阻抗的星形連接和三角形連接時兩種電壓的關系。例如電機的星三角降壓啟動，其中的降壓，就是利用三角形接法時相電壓比線電壓小根號3倍的關系。 三相交流電源的內容相對簡單，大家只要理清電源電壓的相與相、線與線、相與線之間的關系，那么，這次的學習可以說是完全掌握了。 在掌握了三相交流電源的知識后，我們下次繼續(xù)學習接有三相負載的三相電路的相關知識吧！

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