第三节 单相交流电与三相交流电
一、三相交流发电机发电原理
1.模型结构
图3-18所示为三相交流电发电机原理图。AX、BY、CZ为嵌在发电机定子槽中的3个结构相同的线圈，3个线圈安装的几何位置相差120°。A、B、C为线圈始端，X、Y、Z为线圈尾端。图中心的磁铁为旋转磁场。
图3-18 三相交流电模型结构
2.发电原理
磁性转子的磁力线通过定子铁芯构成闭合磁路。当磁性转子施转时磁力线也跟着旋转，此时3个线圈依次切割磁力线，3个线圈依次产生感应电动势。当磁性转子匀速转动时，线圈将产生正弦交流电电动势。又由于3个线圈原几何位置相差120°，很显然3个线圈产生电动势最大幅度也逐次相差120°，由于3个线圈的结构相同，产生的正弦交流电的频率、幅值也完全相同。
二、三相交流电表示方式
1.波形图
三相交流电波形如图3-19（a）所示。
图3-19 三相交流电表示方式
2.表达式
uA=Um sinωt，uB=Um sin（ωt-120°），uC=Um sin（ωt+120°）。
3.相量图
如图3-19（b）所示。
三、三相电源实用连接法
三相电源包括三相交流发电机和三相变压器，实际应用中有两种接法。
1.星形接法（也叫Y接法）
接线原理如图3-20所示。图中AN、BN、CN分别代表发电机或变压器的三个绕组，A、B、C为引出端子（俗称火线），N为中性线（俗称零线或接地线）。
图3-20 星形接法
其中UAB、UBC、UCA为线电压（电动势）；UAN、UBN、UCN为相电压（电动势），表示电动势时用e表示。
图中，共引出端子4个，即A、B、C、N，这种供电方式也叫三相四线制供电。
例如，我国低压供电系统，入户三相四线制380V（线电压），很显然相电压为220V。也就是说三相电源做星形连接时，线电压等于三相电压，即
。
2.三角形接法
接线原理如图3-21所示。将三相绕组首尾依次相连，三角形闭合成环路，总电动势为零，即UA+UB+UC=0。如果有一相接反，则总电动势不为零，将产生很大环流，可导致烧坏发电机或变压器。从三端点引出线，称为火线。三相电源做三角形连接时，线电压等于相电压，即U线=U相。
图3-21 三角形接法
四、三相对称负载的星形、三角形连接
1.三相对称负载的星形连接
将三相负载分别接在三相电源的相线和中线之间的接法称为三相对称负载的星形（Y）连接，如图3-22所示。图中ZU、ZV、ZW为各相负载的阻抗，N’为负载的中性点。
图3-22 三相对称负载的星形连接
一般规定：
①每相负载两端的电压称为负载的相电压，流过每相负载的电流称为负载的相电流。
②流过相线的电流称为线电流，相线与相线之间的电压称为线电压。
③负载为星形连接时，负载相电压的参考方向规定为自相线指向负载中性点连接N'，分别用UU、UV、UW表示。相电流的参考方向与相电压的参考方向一致。线电流的参考方向为电源端指向负载端。中线电流的参考方向规定为由负载中点指向电源中点。
由图3-22可知，如忽略输电线上的电压损失时，负载端的相电压就等于电源的相电压；负载端的线电压就等于电源的线电压。因此，U线=U相，且线电压的相位超前对应的相电压30°，I线=I相。
2.三相对称负载的三角形连接
把三相负载分别接在三相电源的每两根端线之间，就称为三相对称负载的三角形（△）连接。三角形连接时的电压、电流参考方向如图3-23所示。
图3-23 三相对称负载的三角形连接
在三角形连接中，由于各相负载是接在两根相线之间，因此，负载的相电压就是线电压，即U线=U相，I线=I相，且线电流的相位滞后对应的相电流30°。