2.2 认识三相交流电

从电能的产生到电能的传输，三相交流电与单相交流电相比，都有着显著的优点。因此各国电力系统普遍采用三相发电及三相输配电制。本节主要介绍三相电源的特征及联结方法、三相负载的计算。

2.2.1 三相交流电的产生

三相交流电是由三相发电机产生的。图2-11为三相发电机原理图，发电机的主要组成部分是电枢和磁极。

电枢是固定的，也称为定子。定子铁心的内圆周上冲有定子槽，用以放置三相不同的电枢绕组。绕组的始端标以X、Y、Z，末端标以A、B、C，每个绕组的两边放置在不同的定子槽内，要求绕组的始端之间或末端之间在空间上都彼此相隔120°。

磁极是转动的，亦称为转子。转子铁心上绕有励磁绕组，采用直流电励磁。选择合适的磁极表面形状和合理分布的励磁绕组，可使定子和转子之间的空气隙中的磁感应强度按正弦规律分布。

当转子匀速转动时，每项绕组依次切割气隙磁通，产生感应电动势，因此，在三相绕组XA、YB、ZC上感应的电动势频率相同、幅值相等、相位互差120°。以e_A为参考正弦量，则

这样3个大小相等、频率相同、相位互差120°的供电电动势叫作三相对称电动势。在电力系统中，各发电机产生的电动势，毫无例外都是对称的。

图2-12给出了三相对称电压的波形图。三相交流电出现正幅值（或相应零值）的先后次序称为三相电压的相序。上述三相电压的相序是A→B→C。在配电装置的三相母线上，涂以黄、绿、红3种颜色，分别表示A、B、C三相。

2.2.2 三相交流电源的联结

三相交流电源通常有两种联结形式，即星形（）联结和三角形（）联结。

1. 三相电源的星形（ ）联结

在我国的低压配电线路中，都是采用星形联结的。将三个电压源的末端X、Y、Z连在一起，形成一个节点，称为电源的中性点或零点，用N表示。从中性点引出的导线称为中性线（或零线），从三个电压源的首端A、B、C引出三根线称为相线，俗称为火线。那么三根相线和一根中性线对外供电，这种供电方式称为三相四线制。电源的星形联结如图2-13所示。

在图2-13中，每相绕组首端与末端间的电压，亦即相电压，其瞬时值用u_A、u_B、u_C表示，一般用u_P表示。而三相绕组任意两相始端间的电压，即两线间的电压，称为线电压，其瞬时值用u_AB、u_BC、u_CA表示，一般用u_L表示。相电压与线电压的参考方向如图2-13所示。

由于电源绕组的阻抗很小，带负载时可以忽略绕组上的压降。因此，无论电源是否带负载，相电压均可视为相应绕组的电动势，即

根据图2-13中的参考方向，可得线电压与相电压瞬时值的关系为

u_AB=u_A-u_B

u_BC=u_B-u_C

u_CA=u_C-u_A

作出相电压与线电压的相量图，如图2-14所示，由图可以得出：

1）线电压u_AB、u_BC、u_CA也是三相对称电压。

2）线电压超前相电压30°。

3）线电压有效值是相电压有效值的倍，即。

2. 三相电源的三角形（ ）联结

将电源的三相绕组的首端、末端依次联结，组成闭合三角形，在三个连接点引出端线就形成三相电源的三角形联结，如图2-15所示。电源的三角形联结只能向负载提供一个电压，即线电压。电源的三角形联结一般只用于工业用户或变流技术中。

三相电源作三角形联结时，线电压就是相应的相电压，即

u_AB=u_A

u_BC=u_B

u_CA=u_C

也即U_L=U_P。

2.2.3 三相交流电路的联结

当三相电源确定后，三相负载需要经过一定方式联结于三相电源上。三相负载的联结方式根据负载的额定电压和负载的性质来确定。三相负载有星形（）联结和三角形（）联结两种形式。

1. 负载的星形联结

我国的低压配电系统采用三相四线制。当负载的额定电压与电源的相电压相等时，如单相负载的额定电压为220V，电源的线电压为380V，负载需接在相线与中性线之间。若负载是大批量使用的，从总的线路来看，他们应均匀地分配在各相中，如我国的居民用电负载不能集中接在一相中，因各相负载的大小和负载性质不同，这种连接方式为不对称负载星形联结。图2-16所示为两种三相负载的接法。

由于对称负载作星形联结时，中性线的电流为零，因而可以省去中性线，构成所谓三相三线制电路。因生产上所用的三相负载一般都是对称的（例如三相电动机、三相电炉），使用时可以不接中性线。

2. 负载的三角形联结

如果负载的额定电压等于三相电源的线电压，则必须把负载接于两根相线之间。把这类负载分为三组，分别接于相线A与B、B与C、C与A之间，就构成了负载的三角形联结，如图2-17所示。

由于三相电源的线电压是对称的，而每相负载直接接于相线之间，因而各相负载所承受的电压（也称为负载相电压）总是对称的。