三相交流电源的产生及特点研究

方洁　欧阳艳蓉　谭耀洲

[摘要]三相交流电源在工农业生产上应用极为广泛，目前电能的生产、输送和分配几乎全部采用三相制，因此在单相交流的基础上，进一步研究三相交流电路具有极其重要的意义。本文主要探讨了三相交流电的产生、特点以及三相电源星形和三角形两种连接方式。

[关键词]三相电源；星形连接；三角形连接

目前应用的交流电，一般都采用三相制的、正弦交流电，即由三个电压、频率相同，而相位依次相差120度的电源供电系统，这样的电源系统称为对称三相电源。日常生活用的单相交流电乃是三相交流电的一相。广泛采用三相交流电，是因为通常情况下三相发电机在技术和经济上比单相发电机优越；在相同的输电条件下（电压、功率、距离和线路损失），三相制输电可以节省金属材料的25%，三相交流电动机的性能比单相的好，具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点。

一、三相交流电源的产生及特点

交流电由交流发电机产生，交流发电机通过将线圈在磁场中转动产生交流电，线圈和磁场间的相对运动在线圈两端产生感应电压。随着线圈在磁场中旋转，该电压的幅度和极性都会发生变化。所有的发电机，大型小型、直流交流，都需要一个能产生机械能的能源来驱动转子。这种机械能源称为“原动力”，发电机使用的原动力可以是蒸汽机、柴油机，或者是水力发电站使用的水力。

交流发电机有两种基本形式：旋转电枢和旋转磁场型。在旋转电枢型中，电枢是可动部分，它由大量线圈缠绕在铁芯上构成。电枢线圈感应而生的交流电压连接到一组集流环上，外部电路通过一组电刷从集流环上接收交流电压。电磁铁用来为发电机产生强大的电磁场，称为磁化线圈或励磁线圈。旋转电枢发电机在很有限的范围内使用，这是因为从发电机上转移电能的电刷和集流环只能工作于相对比较低的电压和较小的功率。

旋转磁场型或同步发电机是动力系统中运用的最广泛的一种交流发电机。在旋转磁场型发电机中，首先给转子线圈（取代定子线圈）提供直流电产生一个转子磁场。然后原动力转动转子，从而在机器中产生一个旋转的磁场。旋转的磁场依次在发电机的定子线圈中产生一个三相电压。这样的设计允许较高的电压和额定功率（千瓦），这是因为外部负载直接连到定子上，不用经过集流环和电刷。

对于旋转磁场形发电机，它主要由定子和转子两部分组成。定子主要由定子铁芯和定子绕组构成，定子绕组是三个独立的绕组，分别称其为A、B、C相绕组。它们的三个起端或末端互差120°的电角。由于三相绕组以统一速度切割磁力线，所以磁力线的频率相同，由于每相绕组的几何形状、尺寸和匝数相同，因此电动势的最大值（或有效值）彼此相等；而三相绕组的空间位置互差120度的电角，所以三个由末端指向起端的电动势之间相互存在着120度的相位差。

所以三相对称电源存在三个主要的特点：最大值相等；频率相同；相位互差120°。

在构造和连接不同的三相电系统时，正确的相位顺序很重要。例如，三相交流电输出需要并联到普通的电压系统时，正确的相位旋转就很重要。根据需求，发电机经常有规律地域大电力网连接或断开。这样的电力网是一个无限大容量总线，因为它包含很多本质上并联在一起且电压和频率都不能改变的发电机。在将三相交流发电机并联或联机前，它们必须先同步化。当满足下列所有条件时，可以认为交流发电机已经同步化。

1.机器的相位旋转或相位序列和系统的相位序列相同；

2.发电机和系统电压相同；

3.发电机和系统电压同相；

4.发电机频率等于系统频率。

如果没有按照正确的同步过程操作，将会在电力系统中造成很大的扰动并且损坏发电机线圈，所以要保证防止电压系统中失序情况的发生。

三相对称电动势的解析式表示和相量图表示：

三相交流电到达正或负的最大值的顺序称为相序。供电系统三相交流电的相序为：ABC为顺序，BAC为逆序。

二、三相电源的星形连接

（一）连接方式

把三相绕组的末端接在一起，从三个始端引出三根导线。

从三个起端分别引出的导线称为端线（俗称火线）。从中点引出的导线中线称为中线。

三、三相电源的三角形连接

（一）连接方式

如果将一个电源的负极性端与另一个电源的正极性端相接，即X与B，Y与C，Z与A之间相连接，形成一个闭合回路，然后從三个连接点引出三根导线，就组成三角形（△形）连接。

本文通过对三相电源的产生及特点研究有助于对三相电源的使用以及维护，并为三相负载的相关知识学习打下良好的基础，这也是电工技术知识的重点内容。

参考文献

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