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图文详解:电工基础之三相交流电源

来源:技成培训网 作者:杨思慧 2020-07-03 15:08 次阅读

目前,世界各国的电力系统中电能的生产、传输和供电方式绝大多数都是采用三相制。它只要是由三相电源、三相负载和三相输电线路三部分组成,这种由三相交流电源供电的电路称为三相交流电路。

三相对称正弦交流电源是由3个频率相同、幅值(或有效值)相等、初相一次滞后120°的正弦电压源接成星形(Y)或三角形(△)组成的电源。

其中3个电压源的电动势称为三相对称电动势。

与单相交流电相比较,三相交流电明显更具优势,例如在功率相同的情况下,三相交流发电机比单相交流发电机体积小、重量轻、成本低;

目前得到广泛应用的三相交流异步电动机,是以三相交流电作为电源的,与单相电动机或其他电动机相比,具有结构简单、价格低廉、性能良好和使用维护方便等优点。

回顾《电工基础》的第三章和第四章的内容,关于交流电的产生原理,我相信大家也有了较为清晰的理解,简单来说就是电磁感应原理的应用,这也是三相交流发电机的工作原理,即三相交流电动势的产生原理。

图文详解:电工基础之三相交流电源

三相交流发电机是生产正弦交流电的主要设备,它的模型示意图如图1所示,定子上嵌放着一组三相对称电枢绕组U1-U2,V1-V2,W1-W2,三相绕组匝数相同,在空间位置上彼此相差120°,转子上装有励磁绕组,通以直流电流,将产生一对磁极。

当转子以恒定的角速度ω旋转,其磁场就会匝链定子各相绕组,定子上的3个电枢绕组便产生3个单相电动势。定子上的3个线圈的首末端标记除了采用U1-U2,V1-V2,W1-W2外,也有采用A-X,B-Y,C-Z的方式,后者是以前的旧标准,但目前依然在多处使用。

也正是由于定子上各相绕组的空间位置互差120°,所以三相电动势的相位互差120°。

根据3个电枢绕组的标记方式,把3个电源依次称为A相、B相和C相或U相、V相和W相。它们的电压瞬时表达式及其相量如下图37-2所示,式中以A相电压uA为参考正弦量。其中三相电压的相序(次序)A、B、C称为正序或顺序。与此相反,若B相超前A相120°,C相超前B相120°,这种相序称为负序或逆序。

图文详解:电工基础之三相交流电源

根据图2中的三相电压的瞬时表达式(波形图)及其相量(相量图),可以得到,3个电压的幅值相等,频率相同,相位互差120°,所以三相对称电压的瞬时值之和为0,同理,3个相量和亦为0。

根据上文所提到的,三相交流电源可以接成星形(Y)或三角形(△),而两种不同的接法,其相电压与线电压之间、相电流与线电流之间的关系却不相同。那么,它们之间是什么关系呢?我们继续学习。

图文详解:电工基础之三相交流电源

图3为三相电源的星形连接方式,简称星形或Y形电源。从3个电压源正极性端子A、B、C向外引出的导线称为端线,从中性点N引出的导线称为中性线(旧称零线)。三相交流系统中,各输电线线端之间的电压,称为线电压;

三相电源中每一相的电压,称为相电压,在星形接法时为相对中性点电压。

星形连接方式的三相交流电源,其线电压与相电压的关系以相量图的形式表示如下图4所示。根据平行四边形定则,求出线电压与相电压的关系如图37-4,即线电压为对应相电压的根号3倍,且超前对应相电压30°。

图文详解:电工基础之三相交流电源

同理可以求出其他2个线电压,从图37-4所示,可以得到,相电压对称时,线电压也一定依序对称,大小相等,为相电压的根号3倍,依次超前相应相电压30°。

例如我们日常接触比较多的380/220V电压,就是直接根据线电压与相电压的关系得出,在三相四线制的接线方式中,线电压为380V的三相电,其对应的单相电压为220V。通俗来讲,就是火零线之间的电压为220V的线路,其对应火线与火线之间的电压为380V。

图文详解:电工基础之三相交流电源

三相交流电源的三角形(△)连接方式如上图5所示,简称三角形或△电源。根据线电压的定义,显然,三角形连接方式的三相电源,线电压等于相电压,相电压对称时,线电压也对称,且三角形电源不能引出中性线,也就是说,三相电源作三角形连接时,只能是三相三线制。

其实,三相交流电源的星形连接和三角形连接时线电压与相电压的关系,同样满足于负载阻抗的星形连接和三角形连接时两种电压的关系。例如电机的星三角降压启动,其中的降压,就是利用三角形接法时相电压比线电压小根号3倍的关系。

三相交流电源的内容相对简单,大家只要理清电源电压的相与相、线与线、相与线之间的关系,那么,这次的学习可以说是完全掌握了。

在掌握了三相交流电源的知识后,我们下次继续学习接有三相负载的三相电路的相关知识吧!

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