三相正弦交流电源

观察与思考

图8－1－1所示为两台电动机铭牌。铭牌上分别标注了电动机的各项技术参数，其中，单相是指电动机工作时需要单相电源，三相是指电动机工作时需要三相电源。在前面我们已经学习过单相正弦交流电路，本模块就一起来学习三相正弦交流电源及相关知识。

图8－1－1　电动机铭牌

一、三相正弦交流电

三相电路是由三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差120°的正弦电动势作为供电电源的电路。三相电路有以下优点：

1）发电方面：比单相电源可提高功率50%；

2）输电方面：比单相输电节省钢材25%；

3）配电方面：三相变压器比单相变压器经济且便于接入负载；

4）运电设备：具有结构简单、成本低、运行可靠、维护方便等优点。

以上优点使三相电路在动力方面获得了广泛应用，是目前电力系统采用的主要供电方式。

1．三相正弦对称电源

三相正弦交流电通常由三相交流发电机产生。工程上，把频率相同、最大值相等、相位彼此相差120°的三个正弦交流电源称为三相正弦对称电源。我国通常用U、V、W（或L1、L2、L3）分别表示三相正弦对称电源中的第一相、第二相和第三相。如果以UU为参考正弦量，那么三相正弦对称电源各相的解析式（瞬时值表达式）为

三相正弦对称电源的波形图和矢量图如图8－1－2所示。

图8－1－2　三相正弦对称电源的波形图和矢量图

2．三相交流电的相序

三相交流电随时间按正弦规律变化，它们到达最大值（或零值）的先后次序叫做相序。相序分为正序和负序，把U－V－W－U的顺序称为正序，U－W－V－U称为负序。工程上无特殊说明，均采用正序。

职业相关知识：

三相异步电动机的旋转方向由三相电源的相序决定，改变三相电源的相序可改变三相异步电动机的旋转方向。工程上，通常采用任意对调三相电源的两根电源线来实现三相异步电动机的正反控制。

二、三相电源的连接

1．星形联结

如图8－1－3所示，将三相发电机绕组的三个末端U2、V2、W2连接成公共点，三个首端U1、V1、W1分别与负载连接，这种连接方式称为星形联结。用符号“Y”表示。三个末端连接成的公共点N叫作中点（或零点），从中点引出的导线叫做中线（或零线），一般采用黑色或淡蓝色线。从三相绕组首端引出的三根导线叫作端线或相线，俗称火线，分别用U、V、W表示，通常采用黄、绿、红三色区分。这种由三根相线和一根中线组成的供电系统叫做三相四线制供电系统（通常在低压配电系统中采用三相四线制供电系统；在高压输电系统中，通常采用只由三根相线组成的三相三线制供电系统。）

2．相电压与线电压

三相四线制供电系统可提供相电压与线电压两种电压。

相电压是相线与中性线之间的电压，它们的瞬时值用uU、uV、uW来表示，显然这三个相电压也是对称的。用符号“UU、UV、UW”分别表示U、V、W各相电压的有效值，通常用UP泛指相电压。相电压大小（有效值）均为

UU＝UV＝UW＝UP

线电压是指任意两相始端之间的电压（即火线与火线之间的电压），它们的瞬时值用uUV、uVW、uWU来表示。用符号“UUV、UVW、UWU”分别表示各线电压的有效值，通常用UL泛指线电压。Y形接法的相量图如图8－1－4所示。

图8－1－3　三相四线制供电系统

图8－1－4　三相四线制电源电压矢量图

显然三个线电压也是对称的。大小（有效值）均为

线电压比相应的相电压超前30°，如线电压uUV比相电压uU超前30°，线电压uVW比相电压uV超前30°，线电压uWU比相电压uW超前30°。

通过以上分析可得到以下结论：

1）线电压是相电压的倍。

2）线电压的相位超前相应的相电压30°。

【例8－1－1】　已知三相四线制供电系统中，V相电源的瞬时值表达式为 sinωt，按正序写出的uU、uW的瞬时值表达式。

分析：　三相四线制供电系统中，三相电源对称，它们的频率相同、最大值相等、相位彼此相差120°，而V相的初相为零，则U相的初相为＋120°，W相的初相为－120°。

解：从以上分析可得出uU、uW的瞬时值表达式为

3）相电压和线电压都是对称的。

思考与练习

1．若对称三相交流电源U相的瞬时值表达式为uU ＝220（ωt＋30°）V，则uv＝，uW＝。

2．低压供电系统常采用供电方式，这种供电方式下，若线电压为380V，则相电压为。