由于工农业生产中使用三相交流电路,大多数电厂都有对称的三相供电电动势。那么,三相发电机产生的对称三相电源的电动势是如何产生的呢?

由三相交流电源供电的电路。简称三相电路。三相交流电源是指能提供三种频率相同但相位不同的电压或电流的电源,最常用的是三相交流发电机。三相发电机的每相电压相差120。各相电压超前或滞后于它们之间的顺序称为相序。三相电机正序电压供电时正转,负序电压供电时反转。所以在使用三相电源时,一定要注意它的相序。一些需要正反转的生产设备,可以通过改变电源相序来控制三相电机的正反转。

三相交流电是正弦波电压,有三个不同的120度电角度。三相交流发电机中有三个电角度为120度的线圈,旋转时能产生三相交流电。

常用的三相电源连接方式有星形连接(即Y形)和三角形连接(即三角形)。从电源的三个初始端子引出的三条线称为端子线(俗称火线)。任意两条端线之间的电压称为线电压。星形连接时,线电压是相电压的倍;三个线电压之间的相位差仍然是120,它们比三个相电压超前30。星形连接有一个共同点,叫做中性点。三角形连接时线电压等于相电压,三个电源形成一个回路。只有当三相电源对称且连接正确时,电源内部才不存在环流。

三相负载根据三相阻抗是否相等分为对称三相负载和不对称三相负载。三相电机和三相电炉属于前者;一些由单相用电设备连接的三相负荷(如生活和照明负荷)通常取一根端子线和中性线(俗称地线)供给一相用户,取另一根端子线和中性线给另一相用户。这种连接的三个端子上的负载不能完全相等,属于不对称三相负载。三相负载的接线方式也可分为星形和三角形。

三相电路的瞬时功率(见交流电路中的功率)等于每相瞬时功率之和。也就是

P=PA+PB+PC

在公式中,下标分别表示相。对于对称电路,

此时UA=UB=UC=UP,其中UP、IP、U、I分别为相电压、相电流、线电压、线电流的有效值。对称三相电路的平均功率等于其瞬时功率。其无功功率为UIsin,视在功率为。对称三相电路的瞬时功率是恒定的,因此在正常运行时,驱动三相发电机的原动机的反作用转矩和三相电机的输出转矩是稳定的。

这里是一个三相发电机的结构图,它在结构上和单相交流发电机相似,只是电枢上安装了三个几何形状、大小和匝数相同的线圈,三个线圈(A、B、C)在空间上相距120o。

1.从图A、B和C中画出的绕组上的相头、相尾和线端称为相头或相头;相应地,其他引出端子X、Y和Z被称为三相绕组。

2.三相电动势当电枢匀速逆时针旋转时,绕组会相应地切割磁极中的磁力线,每个绕组都会产生一个角频率和最大值相同的交流电动势,但三个电动势在相位上是分开的。这组电动势是对称的三相电动势。

现在假设电动势的正方向是从相末到相初,A相初相为零,那么三相电动势的瞬时表达式可以表示为:

它的复有效值r

因为切割的导线长度相同,在同一对磁极中旋转,转速相同,所以这三个线圈感应的电动势也相等。因为转速相同,所以三个线圈产生的电流频率是相同的。但是,三个线圈的相位角相差120度,电流相位相差120度。所以我们也可以把它看成是三个频率相同但相差120度的单相交流电的组合。

正常情况下,发电机输出的电压和电流都是正弦的,电流和电压的相位相同。但由于感性负载的存在,电流和电压的相位不相等,导致功率因数低。