第4章 第3节 三相交变电流

三相交变电流的产生

像图4.1-1那样，只有一个线圈在磁场中转动，电路中只产生一个交变电动势，这样的发电机称为单相交流发电机。

如果在磁场中有三个互成120°的线圈同时转动，电路中就产生三个交变电动势。如果在定子中安排三个互成120°的线圈，磁体在它们中间转动，也能产生三个交变电动势，如图4.3-1所示。这样的发电机称为三相交流发电机，它发出的电流称为三相交变电流，简称三相交流。

如果像图4.3-2那样把每一个线圈分别与负载1、2、3连接起来，三相发电机就相当于三个独立的电源同时供电。这三个线圈中的电动势虽然峰值和周期均相同，但是它们不能同时为0或同时达到峰值。由于三个线圈的平面依次相差120°角，它们到达0值（即通过中性面）和峰值的时间，依次落后1/3周期。如果取如图4.3-1所示的瞬间作为时间的起点，即t=0时，线圈U1U2位于中性面上，三个线圈中的电动势就可以用图4.3-3中的三条正弦曲线来表示。在实际应用中，三相发电机和负载并不如图4.3-2所示以六条导线连接，而只用四条或三条导线连接。

星形联结（Y）

如果把图4.3-2中线圈的U2、V2、W2端和负载之间的三条导线合在一起，照图4.3-4那样用一条导线连接，就可以节约两条导线，这种连接方法称为星形联结，用符号Y表示。从每个线圈始端引出的导线称为端线，也称相线（L），在照明电路里俗称火线。从公共点引出的导线称为中性线（N），也称零线。

在三相电路中，每个线圈两端的电压称为相电压，两条端线之间的电压称为线电压。在星形联结中，端线与中性线之间的电压就是相电压。在我国民用电路中，相电压为220V，线电压为380V。

为了尽量使三相电路用电平衡，在一座大楼（或大院）中，三相均匀分配于各楼层的用户。对于每个用户，入户的只是三相中的某一单相电路。进入每户的是三根线，一根相线L，一根中性线N和一根起保护作用的接地线PE。

在每个用户中，都装有单相双孔插座和单相三孔插座。如图4.3-5所示，双孔插座从正面看过去，左孔接中性线N，右孔接相线L；三孔插座从正面看过去，左孔接中性线N，右孔接相线L，上边的孔接保护接地线PE，简称接地。

三角形联结（△）

若把发电机的三个线圈的始端和末端依次相连，并按照如图4.3-6所示与负载相连，这种连接方法称为三角形联结，以符号△表示。在三角形联结中，每两条端线之间的电压就是其中一个线圈的相电压，所以线电压等于相电压。

感应电动机

在初中，我们已经学过直流电动机，现在来学习另一种常用的交流电动机——三相感应电动机。

演示

照图4.3-7那样，在蹄形磁铁中间放一个铝框，如果转动磁铁，造成一个旋转磁场，铝框就随着转动。这种电磁驱动现象，在前一章的习题中已经知道了。

不仅转动磁铁可以产生旋转磁场，用三相电流也可以产生旋转磁场。

如果照图4.3-8那样，使三个相同的线圈互成120°角，线圈中央放一枚小磁针。接入三相电流后，小磁针就旋转起来，这表明三相电流可以产生旋转磁场。如图4.3-9所示，若将小磁针换成一个日光灯启辉器的铝质圆柱形外壳，当接入三相电流后，同样可以看到铝壳旋转起来。感应电动机就是根据这个原理制成的。

三相感应电动机由定子（图4.3-10甲）和转子（图4.3 -10乙）组成。在定子内侧的凹槽里，嵌有互成120°角的称为定子绕组的三组线圈。把三组线圈用星形联结法或三角形联结法连入三相电路，就可以产生旋转磁场。

三相感应电动机的转子是由铁芯和嵌在铁芯上的闭合导体构成的。凹槽中的铜条（或铝条）和两个铜环（或铝环）连在一起构成了闭合导体，外形像一个鼠笼（图4.3-10丙），所以这种电动机又称为鼠笼式感应电动机。这个闭合导体相当于图4.3-9的铝壳，有了旋转磁场，它就转动起来。

采用特殊的方法也可以使单相交变电流产生旋转磁场，制成单相感应电动机。洗衣机、电风扇等家用电器安装的是单相感应电动机。

三相感应电动机要改变转动方向，只要把定子线圈三个接线端中的任意两个互换就可以。这种电动机在制造、使用和保养上都比较简单，广泛应用在工农业生产上。

广角镜

磁浮列车

2003年10月1日，世界上第一条磁浮列车（图4.3-11）在上海正式运行。从浦东的龙阳路站至浦东机场33 km的行程，仅用7.5min，最高速度为430 km/h。磁浮列车的车身与轨道没有接触，摩擦阻力小、速度快、噪音低。从综合效益看，磁浮列车是很有前途的一种交通工具。

磁浮列车主要由悬浮、推进和导向三个系统构成。这三部分的功能均由磁力完成。

悬浮系统：如图4.3-12所示，磁浮列车运用电磁铁异名磁极相吸的原理实现悬浮。电磁铁安装在车体底部，感应钢板设置在T形导轨伸臂部分的下方。通电后，电磁铁与感应钢板之间产生强大的磁吸引力，使列车悬浮，悬浮的间隙由高精度的气隙传感器控制，一般为10 mm。

推进系统：怎样使磁浮列车获得前进的动力？

我们设想把三相感应电动机沿着半径方向剖开，并且展平（图4.3-13）。列车下部装有线圈．整个列车就像“展直”的电动机转子，地面轨道内侧的线圈就像电动机的“展平”的定子；由沿线布置的变电所向“定子”提供三相交变电流。我们知道，在三相感应电动机中，三相交变电流产生旋转磁场，那么，在“展平”的定子中，三相交变电流就产生“平移”磁场。列车下部的线圈在“平移”磁场作用下就做直线运动。

导向系统也是利用了电磁铁的作用力，使列车左右方向都不会碰在导轨上。

由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下，磁浮列车仍然可以处于悬浮状态。

问题与练习

1．某同学居住的小区安装输电线时引来了a、b、c、d四根电线，量得ab、bc、ac之间的电压都是380 V，ad之间的电压是220 V，电工把b、d两根电线引到该同学家作为生活用电的电源。你认为是否能使家用电器正常工作？如果要对小区中的一个大的电动抽水机供电，需要引哪几根电线？

2．观察你家附近的供电线路。有的电线杆上只有两根电线，有的是3根，还有4根的。你能说出这是怎么回事吗？

3．一栋楼房有有四个单元。一、二单元的用电量较多，三、四单元每个的用电量大约只有一单元或二单元的一半。该楼房从电网引入的是三相电流。请你为这栋楼房的用户简略地设计一个供电电路。

发布时间：2017/11/22 上午9:42:21  阅读次数：855