三相電基礎


三相電是由具有三個獨立但相同的繞組(稱為相位)的三相發電機產生的。三相發電機的三個繞組彼此相隔120°,並在共同的均勻磁場中旋轉。因此,三相發電機產生三個大小和頻率相同,但相位相差120°的電壓。

考慮圖中所示的三相交流發電機。它具有三個相同的繞組或線圈R、Y和B,它們彼此之間相差120°電角度,並以角速度ω逆時針方向在一個由兩極磁體產生的磁場中旋轉。由於三個線圈相同且具有相同的角速度,因此在其中感應的電動勢將具有相同的大小和頻率。儘管這三個電動勢將彼此相差120°電角度。

從波形圖可以看出,線圈Y中的電動勢滯後於線圈R中的電動勢120°,線圈B中的電動勢滯後於線圈R中的電動勢240°。三個電動勢的方程可以表示為:

$$E_{R}=E_{m}\sin\omega\:t$$

$$E_{Y}=E_{m}\sin(\omega\:t-120^{\circ})$$

$$E_{B}=E_{m}\sin(\omega\:t-240^{\circ})$$

三相系統術語

  • 相序相序定義為交流發電機三個相位或線圈中電動勢達到正最大值的順序。它由發電機的旋轉方向決定。

  • 相位命名 – 三個相位的名稱由自然顏色表示,即紅色 (R)、黃色 (Y) 和藍色 (B)。因此,相序為RYB

  • 平衡三相電源系統 – 在平衡三相電源系統中,三個相電壓的大小和頻率相等。

三相連線方式

實際上,三相交流發電機的三個相繞組有兩種連線方式:

  • 星形連線或Y形連線 – 在星形連線中,三個相位的相同端(起始端或結束端)連線在一起,三條線從另外三個自由端引出(見圖)。中性線可以存在也可以不存在。如果存在中性線,則系統稱為三相四線制系統;如果沒有中性線,則系統稱為三相三線制系統

  • 三角形連線 – 在三角形連線中,三個繞組的不同端(起始端到結束端)連線在一起,三條線從連線點引出(見圖)。在三角形連線中,不存在中性點。因此,只能形成三相三線制系統

使用三相電的原因

  • 三相電的幅值恆定,而單相電是頻率的函式。

  • 三相系統可以在三相電機靜止繞組中建立旋轉磁場 (RMF)。

  • 對於相同的額定功率,三相電機的結構更小巧、更簡單。

  • 為了傳輸相同數量的功率,與單相系統相比,三相系統需要的銅材更少。

  • 三相傳輸線路具有更好的電壓調整率。

更新於:2021年7月2日

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