三相电基础
三相电是由具有三个独立但相同的绕组(称为相位)的三相发电机产生的。三相发电机的三个绕组彼此相隔120°,并在共同的均匀磁场中旋转。因此,三相发电机产生三个大小和频率相同,但相位相差120°的电压。
考虑图中所示的三相交流发电机。它具有三个相同的绕组或线圈R、Y和B,它们彼此之间相差120°电角度,并以角速度ω逆时针方向在一个由两极磁体产生的磁场中旋转。由于三个线圈相同且具有相同的角速度,因此在其中感应的电动势将具有相同的大小和频率。尽管这三个电动势将彼此相差120°电角度。
从波形图可以看出,线圈Y中的电动势滞后于线圈R中的电动势120°,线圈B中的电动势滞后于线圈R中的电动势240°。三个电动势的方程可以表示为:
$$E_{R}=E_{m}\sin\omega\:t$$
$$E_{Y}=E_{m}\sin(\omega\:t-120^{\circ})$$
$$E_{B}=E_{m}\sin(\omega\:t-240^{\circ})$$
三相系统术语
相序 – 相序定义为交流发电机三个相位或线圈中电动势达到正最大值的顺序。它由发电机的旋转方向决定。
相位命名 – 三个相位的名称由自然颜色表示,即红色 (R)、黄色 (Y) 和蓝色 (B)。因此,相序为RYB。
平衡三相电源系统 – 在平衡三相电源系统中,三个相电压的大小和频率相等。
三相连接方式
实际上,三相交流发电机的三个相绕组有两种连接方式:
星形连接或Y形连接 – 在星形连接中,三个相位的相同端(起始端或结束端)连接在一起,三条线从另外三个自由端引出(见图)。中性线可以存在也可以不存在。如果存在中性线,则系统称为三相四线制系统;如果没有中性线,则系统称为三相三线制系统。
三角形连接 – 在三角形连接中,三个绕组的不同端(起始端到结束端)连接在一起,三条线从连接点引出(见图)。在三角形连接中,不存在中性点。因此,只能形成三相三线制系统。
使用三相电的原因
三相电的幅值恒定,而单相电是频率的函数。
三相系统可以在三相电机静止绕组中建立旋转磁场 (RMF)。
对于相同的额定功率,三相电机的结构更小巧、更简单。
为了传输相同数量的功率,与单相系统相比,三相系统需要的铜材更少。
三相传输线路具有更好的电压调整率。