对称三相交流电源

在电力工业中，三相电路中的电源通常是三相发电机，由它可以获得三个频率相同、幅值相等、相位互差120°的电动势，并将其称为对称三相电源。如图4.1.1所示是三相同步发电机的原理图。三相发电机中，转子上的励磁线圈内通有直流电流，使转子成为一个电磁铁。在定子内侧面、空间相隔120°的槽内装有三个完全相同的线圈U1—U2、V1—V2、W1—W2。转子与定子间磁场被设计成正弦分布。当转子以角速度ω转动时，三个线圈中便感应出频率相同、幅值相等、相位互差120°的三个电动势。

以U相为参考量，则对称三相电源的瞬时值的表示式分别为

uU＝Umsinωt，uV＝Umsin（ωt－120°）

uW＝Umsin（ωt－240°）＝Umsin（ωt＋120°）

若以相量形式来表示则

它们的波形图和相量图分别如图4.1.2（a）、（b）所示。

图4.1.1　三相同步发电机原理图

图4.1.2　三相对称电动势的波形图和相量图

如图4.1.2（b）所示，由于对称三相电源大小相等、频率相同，相位互差120°，故三个相电压瞬时值之和及相量和均为零，即

对称三相电压到达正或负最大值的先后次序称为相序，如上述的三相电动势uU、uV、uW依次达到最大值，将U→V→W→U称为顺序，反之U→W→V→U或W—V—U、V—U—W，则为逆序。本章若无特殊说明，三相电源的相序均为顺序。

图4.1.3　三相四线制电源

通常将对称三相电源的三个绕组的相尾（末端）U2、V2、W2连在一起，相头（首端）U1、V1、W1引出作输出线，这种连接称为三相电源的星形连接，如图4.1.3所示。

将U2、V2、W2连接在一起的点称为三相电源的中性点，用N表示，当中性点接地时称为零点。从中性点引出的线称为中性线，当中性点接地时称为零线，俗称地线。

从三个电源首端U1、V1、W1引出的线称为相线，俗称火线。由三根相线和一根中性线构成的供电系统称为三相四线制供电系统。

三相四线制供电系统可以传输两种电压：一种是相线到中性线之间的电压，用符号uUN、uVN、uWN表示，称为相电压。常以uUN作为参考电压。另一种是相线到相线之间的电压称为线电压，用uUV、uVW、uWU表示。规定线电压的方向分别是由U线指向V线，V线指向W线，W线指向U线。因此，三个线电压为

图4.1.4　三相电源各电压相量之间的关系

uUV＝uUN－uVN，uVW＝uVN－uWN，uWU＝uWN－uUN

用相量形式表示为

假设

则

其相量关系如图4.1.4所示。

由上式可得，三相线电压对称，线电压的有效值Ul是相电压有效值Up的倍，即Ul＝Up，且各线电压超前相应的相电压30°。

通常在低压配电系统中相电压为220V，线电压为380V（＝×220V）。

思考与练习

4.1.1　已知星形连接的三相电源uVW＝220sin（ωt－90°）V，相序为顺序。试写出其他线、相电压的瞬时值的表达式，并画出相量图。

4.1.2　简述线电压的特点。