三相交流电的工作原理与应用

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三相交流电的工作原理与应用

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https://enjoyphysics.cn/Article3492

三相交流电是电力系统中一种重要的供电方式，相比单相交流电具有更高的效率和稳定性。本文将从基本概念出发，详细解释三相交流电的工作原理及其在实际应用中的连接方式。

象图 3-1 那样，使一个线圈在磁场里转动，电路里只产生一个交变电动势，这时发出的交流电叫做单相交流电。如果在磁场里有三个互成角度的线圈同时转动，电路里就产生三个交变电动势，这时发出的交流电叫做三相交流电。

图 3-42 是三相发电机的示意图。在铁心上固定着三个相同的线圈 AX、BY、CZ，始端是 A、B、C，末端是 X、Y、Z。三个线圈的平面互成 120° 角，匀速地转动铁心，三个线圈就在磁场里匀速转动，三个线圈是相同的，它们发出的三个电动势，最大值和频率都相同，如果象图 3-43 那样把三个线圈分别跟负载连接起来，三相发电机就相当于三个独立的电源同时供电。

图 3-42 三相发电机的示意图

这三个电动势的最大值和频率虽然相同，但是它们的相位并不相同，由于三个线圈平面互成 120° 角，所以三个电动势的相位也互差 120°。取图 3-42 所示的瞬间作为时间起点，这三个电动势可以分别表示为

[\begin{array}{l}{e_{\rm{A}}} = {ℰ_{\rm{m}}}\sin \omega t\{e_{\rm{B}}} = {ℰ_{\rm{m}}}\sin (\omega t - 120^\circ )\{e_{\rm{C}}} = {ℰ_{\rm{m}}}\sin (\omega t - 240^\circ )\end{array}]

它们的图象如图 3-44 所示。

图 3-44

在实际应用中，三相发电机和负载都不是象图 3-43 那样连接，因为这种连接比起单相供电来没有什么优越之处，我们可以把图 3-43 中线圈末端和负载之间的三条导线合在一起，象图 3-45 那样用一条导线来连接，这样，每相负载上的电压不会改变，却可以节省两条导线。从每相线圈始端引出的导线叫做端线，在照明电路里俗称火线，从公共点引出的导线叫做中性线，在照明电路里中性线是接地的，叫零线。这种有中性线的连接叫做三相四线制。照明电路通常采用三相四线制，灯泡连在端线和中性线之间（图 3-46）。

图 3-45 三相四线制