三相對稱電源
當轉子在原動機的帶動下,以均勻速度按順時針方向轉動時,每相定子繞組依次切割磁力線。定子繞組中產生頻率相同,幅值相等的正弦交流電源。三個電源電壓的參考方向規定由定子繞組的始端指向末端。
這種最大值相等,角頻率相同,相位互差的三個正弦交流電源稱為對稱三相電源。
假定三相發電機的初始位置如上圖所示,產生的電源最大值為,頻率為,是有效值。如果選擇A相為參考正弦量,則可得出
其對應的正弦波形和相量圖如圖5-2所示。
從波形圖和相量圖很顯然可得到這樣的結論:三相對稱電源在任一時刻的和為零。即
三相交流電出現正幅值(或零值)的順序稱為相序。
圖5-2所示,三相交流電中的相序為A→B→C,稱為正序(或順序);
若相序為C→B→A,則稱為逆序(或反序)。若無特別說明,相序均為正序。
三相電源的相量模型圖,如圖5-3所示。
三相電源的星形連接
三相電源向負載供電時,發電機的三相定子繞組必須進行恰當的連接。把三相定子繞組的末端連在一起,三個始端為電源的輸出端,這種連接形式稱為三相電源的星形連接,用連接表示。末端連接在一起的點稱為中性點(簡稱中點)或零點,用表示,如圖5-4所示。
從中點引出的導線稱為中線或零線,從始端A、B、C引出的三根導線稱為相線或端線,俗稱火線。
相線與中線間的電壓,即每相定子繞組始端與末端之間的電壓,稱為相電壓;參考方向由相線指向中線,相線與相線之間的電壓,即任意兩端線間的電壓,稱為線電壓,參考方向分別為A→B、B→C、C→A。
當三相電源相電壓對稱時(一般三相電源都是對稱的),假設
則線電壓與相電壓的相量關係為
其相量圖如圖5-5所示。
由相量式和相量圖可知,也是對稱三相正弦量,且相序相同。同理,任一時刻三個線電壓的代數和也為零。且:
因此三相電源星形連接有兩種供電方式,一種是三相四線制,另一種是三相三線制即無中線。目前電力網的低壓供電系統(又稱民用電)為三相四線制,此系統供電的線電壓是380V,相電壓是220V,通常寫作電源電壓380/220V。
三相電源的三角形連接
三相電源的三角形連接就是把三相電源的始、末端依次相接,由三個連接點引出三條相線就形成三相電源的三角形連接,如圖5-6(a)所示。
由圖可以看出線電壓就是相應的相電壓,即
三相電源作三角形連接時,要注意接法的正確性,當三相電源連接正確時,據KVL,有
若一相電源的始、末端接反(如A相接反),此時迴路電壓的相量關係為
是一相電源電壓的兩倍,相量圖如圖5-6(c)所示,即兩倍的電源電壓作用於三相閉合迴路,而三相電源的內阻抗又很小,因此在迴路中會產生很大的環流,以至燒壞電源。
當三相發電機的繞組採用三角形連接,發電機空載運行時,只要三相電壓存在一點偏差,三相電壓相量和不為0,發電機繞組有環流;接入負載時,如果負載存在一點不平衡,發電機迴路三相電壓不對稱會更加嚴重,發電機繞組環流會進一步加大,存在損壞發電機繞組的風險,所以發電機不允許採用三角形連接。