第4章__第1节__三相交变电流 (1)

二、三相交变电流的产生 以旋转电枢式为例，三个线圈按如图4－1－1 所示的方式排列，当此转子在磁场中转动时，三个 线圈都会产生 感应电动势 ，且感动电动势的最大 值、周期和频率都 相同 ．由于三个线圈平面在空 间互成120°角，所以它们到达峰值(或零值)的时 刻不同，将以次落后 三分之一 个周期．
图4－1－2
3．三相交变电流的特点 (1)由于3个线圈相同，转速相同，所以在 每个线圈中产生的感应电动势最大值和周期均 相同，并且都按正(余)弦规律变化．
(2)由于 3 个线圈在空间互成 120° 角，所 以三个交流电到达峰值 (或零值 )的时间依次落 T 后 . 3 (3)公式描述： 以 AX 绕组通过中性面时开 始计时，AX、BY、CZ 中产生的感应电动势分 2 别是 eA＝ Emsinωt， eB＝ Emsin(ωt－ π)， eC＝ 3 4 Emsin(ωt－ π) 3
图4－1－6
U 1 UA＝ UB＝ ＝ × 380 V＝ 220 V. 3 3 因此 A、 B 两相中的用电器仍可正常工作 (C 相短 路时，会因电流过大而熔断 C 相相线中的保险丝 D)． (2)无中性线时供电电路如图 4－ 1－ 7 所示．
图4－1－7
当C相负载断开后，A、B两相负载串接在 两根相线之间．由于A、B两相的负载电阻为 U02 2202 RA＝ ＝ Ω＝ 484 Ω， P1 100 U02 2202 RB＝ ＝ Ω＝ 1936 Ω， P2 25 因此 A、 B 两相负载实际分得的电压为 RA 484 UA＝ U 线＝ × 380 V RA＋ RB 484＋ 1936 ＝ 76 V＜ 220 V， RB 1936 UB＝ U 线＝ × 380 V RA＋ RB 484＋ 1936 ＝ 304 V＞ 220 V.
2．三相三线制：如果三相负载完全对称， 则通过中性线的电流为零，可以将中性线省 去，三相四线制就变成了三相三线制． 注意：如果三相负载不相同，则中性线 有电流通过，必须采用三相四线制供电；若 三相负载相同，则中性线中电流为零，可以 省去中性线而采用三相三线制供电，只有三 相负载相同时，才能采用三角形接法，这时 I
(2)线电压与相电压 相电压：在三相电路里，每个线圈两端(火线 与中线之间)的电压叫相电压，用U相表示． 线电压：在三相电路里，两线圈首端间(火线 与火线之间)的电压叫线电压，用U线表示． 在我国日常电路中，相电压是220 V，线电 压是380 V. 2．三相四线制星形接法(如图4－1－4所示)
图4－1－4
变式拓展
2．如图4－1－8所示，发电机每个绕组 两端的电压(相电压)为220 V，三个负载电阻 均为100 Ω，下列说法中正确的是( )
图4－1－8
A．发电机绕组采用“Y”接法，负载采用 “△”接法 B．每个负载电阻两端的电压为220 V C．每个负载电阻两端的电压为380 V D．通过每个负载的电流为3.8 A 解析：选ACD.对发电机而言，由于采用星 形接法，所以如果相电压为220 V，那么线电压 就是380 V，每个负载两端的电压为380 V，通 过每个负载的电流为3.8 A.
线
＝ 3I 相(式中 I 线，I 相都是有效值)．
核心要点突破
一、三相交变电流的产生及其特点 1．三相交流发电机 (1)构成：磁极、3组独立的互成120°角的线圈； (2)作用：同时产生了相互独立的交变电流； (3)分类：旋转磁极式和旋转电枢式．
2．三相交变电流的产生 如图4－1－2所示，在匀强磁场中互成 120°角分布着3个绕组AX、BY、CZ，其中A、 B、C为绕组的始端，X、Y、Z为绕组的末端， 这3个线组具有相同的匝数、绕向和角速度．
基础知识梳理
一、三相交流发电机 三相交流发电机中安装了三组独立的互成 120°角的线圈，一台发电机就能同时生产出三 相独立的交变电流，称为 三相 交变电流．发电 机和单相的一样，分为两类，转子是线圈的叫 做旋转 电枢 式，一般输出功率不大的小型发电 站选用；转子是磁极的叫做旋转磁极式，输出 功率较大的大型发电站选用．
【思路点拨】 根据三相交变电流产生的原理 及电源和负载的连接关系、特点作出判断． 【解析】 三相交变电动势的周期和最大 值都相同，三相交流发电机相当于三个独立的 电源同时供电，三相交变电动势的最大值依次 1 相差 个周期， A、 B、 C 正确； 在三相三线制中， 3 三相交流发电机线圈和负载既可以用同一种连 接方式，也可以一个采用星形连接，另一个采 用三角形连接，D 错误． 【答案】 ABC
【思路点拨】 在三相电路中，每根相线 与中性线都相当于一个独立发电机的供电系 统，某一相造成影响． 【解析】 (1)有中性线时供电电路如图4 －1－6所示．当C相负载断开或短路时，A、B 两相分别由相线与中性线构成两个供电回路， 其相电压
3．三相三线制三角形接法(如图4－1－5所示)
图4－1－5
(1)电源相电压就是负载线电压： UAB＝UBC＝UAC＝220 V. 输电线相线指AA′，BB′，CC′，无零线． (2)负载相电流指IA′B′，IB′C′，IC′A′. 一般不相等，只有当负载相同时才相等． 输电线线电流指IAA′，IBB′，IC C′.
变式拓展
1．比较三相交流发电机的三个线圈发出 的三相交变电压，下列说法正确的是( ) A．最大值、周期及达到最大值的时刻 均相同 B．最大值、周期均相同，但达到最大 值的时刻依次相隔1/6周期 C．最大值、周期均相同，但达到最大 值的时刻依次相隔1/3周期 D．最大值、周期及达到最大值的时刻 均不相同
(4)图象描述(如图4－1－3)：
图4－1－3
特别提醒
三相交流发电机发出来的三相独立的交流 电，除了相位不同，其他各个量，比如最大 值、有效值、周期、频率都相同．
二、三相交变电流电源与负载的连接方式 1．三相交变电流的零线与火线、相电压与 线电压 (1)零线与火线 零线：从公共点引出的导线叫做中性线， 照明电路里中性线是接地的，又叫做零线． 火线：从每个绕组的始端引出的导线叫做 端线，也叫相线，在照明电路里俗称火线．
(1)电源相电压(每个线圈两端点间电压)： UAN＝UBN＝UCN＝220 V， 输电线线电压(两条端线间电压)： UAC＝UAB＝UBC＝380 V， 对于星形接法，U 线＝ 3U 相． 相线(火线)指 AA′，BB′，CC′.中性线(零 线)指 NN′.
(2)负载相电流指流过每相负载的电流 IA′N′＝IB′N′＝IC′N′. 此式成立的条件是各负载相同．如果负载 不相同，则相电流就不相等． 输电线线电流(IAA′，IBB′，ICC′)指流过每根 输电线的电流，显然I线＝I相．
解析：选 C.由三相交流电的特点可 知三个线圈产生的三相电压最大值和周 T 期相同，而最大值依次落后 ，故选项 C 3 正确．
类型二
三相交变电路的连接
例2 在线电压380 V的三相电路中，用三个额 定电压均为U0＝220 V、额定功率分别为P1＝ 100 W、P2＝25 W、P3＝200 W的电灯分别作 为A、B、C三相的负载组成星形连接方式，试 就下面两种情况，讨论当C相负载断开和短路 时所造成的影响： (1)有中性线时； (2)无中性线时．
结果使B相电灯烧毁，并可能使A相电灯不 亮(B相烧断时)或跟着烧毁(B相形成短路时)． 当C相负载短路时，A、B两相负载依次接 在A、C和B、C两根相线之间，电灯两端电压 猛升至线电压380 V，两灯一起烧毁(严重时还 可能影响电源)． 【答案】 见解析
【点评】 (1)在星形接法中，若各负载对 称，则中性线电流为零，此时中性线可省 去．但若负载不对称，绝不能省掉中性线，否 则将会损坏变压器或用电器． (2)在家庭照明电路中，保险丝绝不能接在 中性线上，防止因保险丝烧断后损坏用电器．
三个线圈绕在一起的示意图 图4-1-1
思考
三相交流发电机内的三个线圈均能产生 交变电流，能否在发电机内设置六个甚至更多 的线圈？ 【思考·提示】 发电机体积有限，线 圈过多时，每个线圈的匝数太少，造成电动势 偏小，另外，若线圈过多，各线圈中的电流产 生的磁场互相影响，也不利于发电机发电．
三、电源与负载的连接方式 1．三相四线制：将发电机三相绕组的三个末端 接在一起，引出一个公共接头N，从三个绕组的始端 A、B、C分别引出三根导线叫做相线，也叫端线，俗 称火线．从N引出的导线叫做中性线，又叫 零 线．这 种连接方式叫做 三相四线 制．这种接法又叫做三相 电源的星形接法．该接法可以对用户提供两种电压， 火线与中性线间的电压叫做相电压，通常用于生活用 电；火线与火线间的电压叫做线电压，通常为工农业 生产中的动力电压．
当三相负载对称时，I 线＝ 3I 相．
特别提醒
对于线电压为380 V的三相电路，若每相 负载的额定电压为380 V，则可用三角形接 法；若每相负载的额定电压为220 V，就用星 形接法．
课堂互动讲练
类型一 对三相交变电流的认识
例1 关于三相交变电流，下列说法正确的是( ) A．三相交流发电机的三个线圈产生的交变电 动势有相同的周期和最大值 B．三相交流发电机的三个线圈的每一个线圈 都可以单独向外供电 C．三相交流发电机的三个线圈产生的电动势 不同时达到最大值 D．三相交流发电机线圈采用星形连接时，负 载也必须采用星形连接