8.0介绍
电力的产生，传输和分配是通过三相电源的形式来进行的。家庭和小型企业接线为单相
功率，但这仅仅表示基本的三相分接系统。相对于单项电源，三相电源有以下几个优势：
A，三相电机，发电机和变压器更简单，更便宜，更高效
B，三相传输线可以为给定的重量提供更多的功率和成本
C，三相传输线的电压调节更好
因此，对于电源技术的了解，三相电源和三相电路的知识是必不可少的。幸好，基本电路
用于解决单相电路的技术可以直接应用于三相电路。因此，我们将看到大多数三相电路可以
简化为基本单相图。在这方面，我们假设读者熟悉前面的章节处理交流电路和功率。
8.1多相系统
我们可以通过参考普通汽油发动机获得对多相系统的初步了解。具有一个活塞的单缸发动机相当于单相发动机，与两相机器相当。更常见的六汽缸发动机可以称为六相机器。在六缸发动机中，相同的活塞在相同的气缸内上下移动，但是它们不一致地移动，它们以这样的方式交错，以便以连续的脉冲产生电能。读者可以从个人经验中知道，这使得发动机更平稳的运行和产生更平滑的输出转矩。
类似地，在三相电气系统中，三个相位相同，但是它们在不同的时间递送功率。结果，总功率流非常平滑。此外，因为相位相同，所以一个相位可以用于表示所有三个的行为。
虽然我们必须注意不要类比太远，上面的描述揭示了三相系统基本上由三个单相组成（第一页完）这个基本事实的系统实现了，三相系统周围的许多谜团消失了。
8.2单相发电机
考虑在固定铁环内以恒定速度旋转的永磁体NS（图8.1），磁体由外部机械源（例如涡轮）驱动，转子（或定子）减小磁路的磁阻;因此，空隙中的磁通密度大于没有转子的情况下的磁通密度。具有端子a，1的多圈矩形线圈安装在转子内部，但与其绝缘，其每一圈对应于两个导体，每个槽中有一个。
图8.1具有嵌入在两个槽中的多匝线圈的单相发电机。在该时刻Ea1是最大（ ）。
当磁体转动时，它扫过导体，根据以下等式在其中感应出电压：
Ea1 = Blv （2.25）
其中
Ea1 =线圈中感应的瞬时电压[V]
B =穿过槽中的导体的瞬时通量密度[T]
L =位于磁场中的导体长度[m]
V =回转极的圆周速度[m / s]
在所有导体中感应的电压的总和出现在端子两端。当磁极位于图8.1的位置时，端电压Ea1最大，因为磁通密度在极的中心处最大。另一方面，当磁极处于图8.2的位置时，电压为零，因为磁通在此刻不切割导体。
图8.2在该瞬间Ea1 = 0，因为磁通不切断绕组A的导体。
如果我们绘制Ea1作为旋转角的函数，并且假设N，S极正确地成形，则获得如图8.3所示的正弦电压。提出交流电压具有20V的峰值。产生这种电压称为交流发电机或同步发电机。图8.1所示的特定机器称为单相发电机。
图8.3绕组A感应电压（第二页完）
8.3单相发电机的功率输出
如果电阻器连接在端子a，1之间，电流将流过，电阻器将加热（图8.4），电流Ia与电压同相，因此，瞬时功率由一系列正脉冲，如图8.5所示，平均功率为峰值功率的一半。该电功率来源于由驱动发电机的涡轮机提供的机械功率。结果，涡轮机必须以脉冲递送其机械能，以匹配脉冲电输出。这建立了机械振动，其频率是电频率的两倍。因此，发电机将振动并且趋向于噪声。
8.4两相发电机
使用相同的单相发电机，让我们在定子上安装与绕组A相同的第二绕组（B），但是以90°的机械角度移位它（图8.6a）。
图8.4单相发电机向电阻器提供功率。
当磁体旋转时，在每个绕组中感应出正弦电压。它们显然具有相同的幅度和频率，但是没有同时达到它们的最大值。实际上，在磁体处于图8.6a所示的位置的时刻，电压Ea1通过其最大正值，Eb2为零。这是因为磁通仅在这个时刻穿过槽1和a中的导体。然而，在转子做了一个四分之一圈（或90°）之后，电压Ea1变为零，电压Eb2达到其最大正值。因此两个电压相位相差90°。它们由图8C中的曲线表示和图8.6c中的相量。注意，Ea1超前Eb2，因为它在Eb2之前达到其峰值正值。
该机器称为两相发电机，定子绕组分别称为A相和B相。
图8.5发电机负载时的电压，电流和功率图。
实例8-1
图8.6a所示的发电机以6000 r / min转速，并产生每个绕组170V的有效正弦电压。
计算
A，每相的峰值电压
B，输出频率
C，对应于90°相位角的时间间隔，
解
A，每相的峰值电压为
（2.6）
B，每次磁铁旋转一圈就完成一个周期。 一个周期的周期是
频率是
C，A的90°相位角对应于四分之一周的时间间隔，或10ms / 4 = 2.5ms。因此，相量Eb2滞后于相量Ea1的2.5ms。
图8.6
A，2相发电机示意图。
B，在两相发电机中感应的电压。
C，感应电压的相量图。
8.5两相发电机的功率输出
现在让我们在A相和B相上连接两个相同的电阻负载（图8.7a）。电流Ia和Ib将在每个电阻器中流动。它们分别与Ea1和Eb2同相。因此，电流彼此相差90°（图8.7b）。这意味着Ia在Ib之前达到其最大值四分之一周期。此外，发电机现在产生2相功率输出。
提供给每个电阻的瞬时功率等于瞬时电流。这产生两个功率波如图8.8所示。注意，当相位A的功率最大时，相位B的功率为零，反之亦然。如果我们加上两个相位的瞬时功率，我们发现合成功率是恒定的并且等于一个相位的峰值功率Pm *换句话说，两相发生器的总功率输出在每个时刻是相同的。结果，驱动发电机所需的机械功率也是恒定的.2相发电机不振动，因此噪声较小。作为一个重要的附加的好处，它产生两倍的功率输出，而没有任何增加的尺寸，除了额外的额外绕组。
图8.7
A，负载下的两相发电机
B，电压和电流的相量图。
8.6三相发电机
三相发电机类似于两相发电机，除了定子具有三个相同的绕组而不是两个。三个绕组a-1，b-2和c-3彼此相隔120°放置，如图8.9a所示。
当磁体以恒定速度旋转时，在三个绕组中感应的电压具有相同的有效值，但是峰值出现在不同的时间。在磁体处于图8.9a所示的位置时，只有电压Ea1处于其最大正值。
电压Eb2将在转子已经转过120°（或三分之一圈）的角度之后达到其正峰值。类似地，电压Ec3将在转子已经从其初始位置转过240（或三分之二圈）之后达到其正峰值。
图8.8由两相发电机产生的功率
因此，三个定子电压Ea1，Eb2和Ec3分别异相120°。它们在图8.9b中显示为正弦波，在图8.9c中显示为相量。
8.7三相发电机的功率输出
让我们将发电机的三个绕组连接到三个相同的电阻器。这种布置需要六根导线来向单个单相负载提供电力（图8-10a）。所得到的电流Ia，Ib和Ic分别与电压Ea1，Eb2和Ec3同相。由于电阻是相同的，电流具有相同的有效值，但它们彼此相位相差120°（图8.10b）。事实上，这些异相只是意味着它们在不同的时间达到它们的正峰值。（第5页完）
图8.9
A，三相发电机
B，在三相发电机中感应的电压
C，感应电压的相量图
图8.10
A，三相，6线制
B，相应的相量图
提供给每个电阻器的瞬时功率再次由在零和最大值Pm之间波动的功率波组成。然而，由于电压之间的相位角，三个电阻器中的功率峰值不同时发生。如果我们加上所有三个电阻的瞬时功率，我们发现产生的功率是恒定的，如在两相发电机的情况下。然而，三相发电机的总输出具有1.5Pm的量值。因为电输出是恒定的，所以驱动转子所需的机械功率也是恒定的，因此3相发电机不振动。此外，将发电机连接到负载的传输线上的功率流是恒定的。
实例8-2
图8-10a所示的三相发电机连接到三个20Omega;负载电阻。如果每相中感应的有效电压为120 V，则计算如下：
A，每个电阻的功耗
B，在三相负载中消耗的功率
C，每个电阻器消耗的峰值功率Pm
D，总的3相功率与Pm相比
解
A，每个电阻器作为连接到120 V有效电压的单相负载。因此，每个电阻器的功耗都是
（第6页完
图8.11
A，三相，4线制
B，3线，4线系统中的线电流。
B，在三相负载（所有三个电阻）中消耗的总功率为
这种功率从瞬时到瞬间是绝对恒定的。
C，一个电阻两端的峰值电压
每个电阻的峰值电流为
图8.12
三相三线制系统，显示电源和负载。
每个电阻的峰值功率为
D，PT与PM的比率为
因此，尽管每个电阻器中的功率在0和最大1440W之间波动，但是所有三个电阻器的总功率是不变的，并且等于2160W。
8.8星形连接
图8-10的三个单相电路是电气独立的。因此，我们可以将三个回路导体连接在一起，形成单个回路导体（图8.11a）。这将传输线导体的数量从6减少到4.称为中性导体（或简称为中性）的返回导体承载三个电流（Ia Ib Ic）的和。首先，这个导体的横截面应该是线a，b和c的三倍。然而，图8.11b的图清楚地示出三个回流的总和在每个时刻为零。例如，在对应于240的时刻和使得。通过取图8中的相量的和，我们能得到相同的结果（第7页完）（更简单地）。总和明显为零。
因此，我们可以完全去除中性线，而不会以任何方式影响电路中的电压或电流（图8.12）。在一个笔划中，我们完成了一个巨大的节省，因为线导体的数量从六下降到三！然而，图8.11a中的负载必须相同，以便移除中性线。如果负载不相同，则中性导体的不存在在三个负载上产生不相等的电压。
图8.12中由发电机，传输线和负载组成的电路称为3相3线制系统。发电机以及负载被称为以Y形连接，因为三个分支类似于字母Y.同样明显的原因，一些人喜欢使用星形连接。
图8.11a的电路称为3相4线系统。这种系统中的中性导体通常尺寸相同或略小于线路导体。三相四线系统广泛用于向商业和工业用户提供电力。线路导体通常被称为相位，这是应用于发电机绕组的相同术语。
8.9电压关系
考虑三相发电机的星形连接的电枢绕组（图8.13a）。每个绕组中的感应电压具有由图8中的图中的每个相量的长度表示的有效值EIn。知道线对中性电压由相量Ean，Ebn和Ecn表示，问题是什么是线间电压Eab，Ebc和Eca？参考图8.13a，我们可以基于基尔霍夫电压定律编写以下等式：
（8.1）
（8.2）
（8.3）
图8.13
A，三相发电机的星形连接定子绕组
B，发电机的线对中性电压
C，确定线电压Eab的方法
D，线电压Eab，Ebc和Eca在120相等并位移
首先参考方程8.1，我们完全按照方程式绘制相量Eab：
得到的相量图显示线路电压Eab超前Ean 30°（图8.13c）。使用简单的三角法，并基于线对中性相量的长度为ELN的事实，我们有以下：
相量的长度E1
因此，线间电压（称为线电压）是线间电压的倍数：
（8.4）
其中
EL =线路电压的有效值[V]
ELN =线对中性点电压的有效值[V]
=常数[近似值= 1.73]
由于三相系统的对称性，我们得出结论，任何两个发电机端子的线电压等于。通过参考图8.13d可以看出这一点的真实性，其示出了所有三个相量：，和。相量分别根据方程8.1.8.2和8.3绘制。线路电压在幅度上相等并且相互偏移120°。
为了进一步说明这些结果，图8.14示出了线间电压为100V的三相发电机的端子之间的电压。线电压都等于173V。线a，b， c构成三相系统，但是任何两个线路（a和b，b和c，b和n等）之间的电压仍然是普通的单相电压。
实例8-3：
以Y形连接的三相60HZ发电机产生23 900V的线（线间）电压。
计算
A，线对中性点电压
B，在各个绕组感应的电压
C，A相的正峰值电压和B相的正峰值之间的时间间隔
D，线电压的峰值
图8.14在星形连接发电机中感应的电压
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