三相交流電的描述及連接方式

2020-12-06 小陳電子

一、三相交流電的產生與描述

1.三相對稱交流電動勢的產生

三相交流電路和單相交流電路相比,有以下優點。

(1)三相交流發電機比同等體積的單相交流發電機輸出功率大。

(2)三相交流發電機的結構和製造比單相交流發電機簡單,性能更良好,且維修方便。

(3)在同等條件下輸送相同的功率時,特別是遠距離輸電時,採用三相制輸電比單相制輸電要節約導線,而且電能損耗較單相輸電時少。

三相交流電動勢是由三相交流發電機產生的。如圖(a)所示是旋轉磁極式三相交流發電機的示意圖,它主要由定子和轉子組成。

三相交流電機
三相交流電機實物

三個電動勢的最大值相等、頻率相同、相位互差120°,稱為三相對稱交流電動勢。如上圖(b)所示,規定每相電動勢的正方向是從繞組的末端指向始端,即當電流從始端流出時為正,反之為負。

2.三相對稱交流電動勢的表示

若設第一相電動勢的初相角是0°,則第二相是-120°,第三相是120°或-240°。則各相電動勢的瞬時值表達式為 :

三相交流表達式

如果以eU為參考正弦量,那麼三相對稱電動勢的波形圖和相量圖如圖所示。

三相電動勢

由三角函數運算法則可知,三相對稱電動勢在任意瞬時的代數和為零。由相量圖可知,三相對稱電動勢在任意瞬時的相量和為零。

從上圖中可以看出,三相電動勢到達最大值或者零值的順序是錯開的,3個電動勢到達最大值或者零值的先後次序叫做相序。如上圖所示,3個電動勢的相序是U相-V相-W相-U相,這樣的相序叫做正序。若到達最大值或者零值的次序是U相-W相-V相-U相,則稱為負序或逆序。通常,採用黃、綠、紅3種顏色來識別U,V,W三相。

二、三相電源的連接

1.三相電源的星形連接

如圖所示,將三相繞組的末端U2,V2,W2連接成一個公共點N,始端U1,V1,W1分別與負載相聯的連接方式,叫做星形(Y形)連接。

星形連接

在低壓配電系統中採用3根相線和一根中線的輸電方式,叫做三相四線制。高壓輸電時去掉中線,只有3根相繞組成的輸電方式叫做三相三線制。三相四線制供電可以提供兩種電壓:線電壓和相電壓。

每相繞組兩端的電壓或各相線與中性線之間的電壓,叫做相電壓,其瞬時值用uU,uV,uW表示。兩根相線之間的電壓叫做線電壓,其瞬時值用uUV,uVW,uWU表示。

由上圖可得

線電壓

由此可得線電壓和相電壓的相量圖如圖所示。

線電壓與相電壓的關係

2.三相電源的三角形連接

如圖所示,將三相交流發電機每一相繞組的首端和另一相繞組的末端依次相連,形成閉合迴路的連接方式,叫做三角形連接或△連接。繞組作三角形連接時只用3根相線供電,即三相三線制供電。

三角形連接

由上圖可知,採用三角形連接時,線電壓等於相電壓。即:

線電壓

此時,在三相繞組組成的閉合迴路中,因為

相電

即迴路中的各相瞬時電動勢的和為零,所以,三相繞組中的電流代數和也為零。

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