三相交流电源产生原理及应用

电能可以由水能、风能、核能、化学能、太阳能等转换而得。而各种电站、发电厂，其能量的转换由三相发电机来完成。例如，三峡电站的三相水轮发电机将水能转换为电能；火电站的三相汽轮发电机将燃烧煤炭产生的热能转换为电能。

三相交流发电机是利用电磁感应原理将机械能转变为电能。图7－1是三相交流发电机的示意图，它主要由定子和转子组成。定子由定子铁芯和定子绕组构成，定子铁芯的内圆表面加工有均匀分布的槽，槽内嵌放有U1U2、V1V2、W1W2三相绕组，这三相绕组的大小、形状、匝数等参数完全相同，且彼此在空间相隔120°，称为对称三相绕组，其首端用U1、V1、W1表示，末端用U2、V2、W2表示。转子铁芯上装有励磁绕组，极面做成适当形状，通电之后会在定子与转子之间产生按正弦规律分布的磁场。当转子由原动机拖动以一定的角速度旋转时，定子上的3个绕组都因切割磁力线而产生按正弦规律变化的感应电动势，因此在绕组两端也就产生了电源。由于这3个正弦交流电源频率相同、幅值相等，在相位上彼此相差120°，所以称为对称三相电源。

图7－1　三相交流发电机示意图

交流发电机工作原理

若以U1U2绕组中的电压作为参考正弦量，则三相对称电源瞬时值的三角函数表示式分别为

三相对称电源的波形如图7－2（a）所示。

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图7－2　三相对称电源的波形图和相量图

因为对称三相电源是正弦量，所以也可以用相量表示，即

其对应的相量图如图7－2（b）所示。

由对称三相电源的波形图和相量图可以看出，任意瞬间对称三相交流电的瞬时值之和恒等于零，即

对称三相交流电的相量之和也恒等于零，即

这是对称三相交流电源的一个重要特性。

从波形图中可以看出，3个电源uU超前uV达到最大值，而uV又超前uW达到最大值，通常把三相电压到达振幅值或零值的先后次序称为相序。三相电源的相序有两种，若到达振幅值的先后次序按U→V→W→U排列，则称三相电源的相序为正相序；反之称为逆相序。在实际工业应用中，三相交流电的相序问题千万要重视，如三相交流电动机接入电源时，若相序变反则电动机将由正转变为反转；为保证工业供电系统可靠性、经济性，只有同相序的三相变压器才能并联运行等。若无特殊说明，三相电源通用的相序均为正相序，在工业生产中一般用相序检测器来对电源的相序进行检测，且以黄、绿、红3种颜色分别作为U、V、W三相正相序的标志。