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三相交流电

电力是现代生活、工作等不可缺少的部分。保证电网和各种用电设备的正

常运行是十分重要的，它是现代工业的一个重要组成部分。要保证电网和用电设

备正常运行，首先对直接影响设备的电参数进行实时测量，根据结果判断系统与

设备是否正常，当不正常时做出处理直到恢复正常。如果整个过程由计算机完成

测量并处理，这就是自动控制。影响电网质量和电器设备运行的电参数有电压，

电流，功率，频率，功率因数等参数，电量测量主要对这些参数进行测量，在本

文开始分别对这些参数简单定义。

一、测量参数

电压：两点间的电位差。实际电路如220V指供给电器设备两根线之间的电

位差是220V，也就是两根线之间的电压220V。

电流：单位时间内通过物体的电荷多少。如家庭用的电灯同样供给灯的电压

是220V为什么100W比40W亮？这主要是通过100W电灯的电流比40W的大。（电

网的供电基本上是交流电，因此，交流电以上未定义参数，在交流电中进行定义。）

二、交流电

1、交流电的产生

发电通常由汽轮机、水轮电带动发电机运转而发出电的，它的原理是当发电

机的线圈转动时线圈切割，发电机的磁场会产生电压，当线圈与磁场的磁力线垂

直时线圈通过的线磁力最多，此时产生的电压最高，当线圈与磁力线平行时线圈

无磁力通过电压力“0”，线圈在旋转一周时，其产生的电压有两次达到最高即

（90°一次、270°一次）由于磁有N、S两极，而这磁场的极性不变，这样反应

线圈产生的两次最高电压应为一次正极性，一次就应负极性，如图1所示：

图中Um为线圈产生的最高电压，通常称为幅值，U线圈任一点的电压，这样

发电机的电压U=UmSinΦ它是一个正弦函数，也就是线圈旋转发电机的输出电压

与正弦函数的变化正负、大小作周期性的变化，因此把交流电称为正弦交流电。

由于发电机总是不停的运转它的Φ角也是随时间变化用ωt取代原Φ有U=UmSin

ωt这是交流电基本表达式，由此我们可以画出它的波形图

发电机发电时要不停的转动1秒钟线圈转到了多少转称为频率，用Hz表示，

如我日常用的交流是50Hz，也就是说发电机1秒钟内转50圈，输出的交流电压

要重复的变化50次。

2、三相交流电

发电机为了提高效率通常在一机组内有三组线圈，这三组线圈分别产生三组

电压，为别称为U、U、U为了保证线圈在发电机中的平衡运转每组线圈角差应

ABC，

该是360°÷3=120°这样一来三组电压U=UmSinωtU=UmSin（ωt+120°）

AB

U=UmSin（ωt-120°）我们可以得到三相交流的相角差120°，如果我们用φ

C

符号来表示，通常把φ称为相位角，这样我们可以把三相交流电压画矢量图如

下：

综合以上说述得到衡量交流电压几个重要参数：Um幅值，F频率，相位，

这三个数就称为交流电的三要数。

2.1、三相三线、三相四线制

在三相电中把它们公共点引出用N表示，这样对于三相的输送有四根线，称

为三相四线制，这种传输方式特点是每相之间相对是独立互不影响，特别适用于

三相严重不平衡电路，在我们日常生活中通常是以这种方式送电。如果在传输使

用中只用U、U、U不用N线这种方式称为三相三线制，由于少用一根线节少成

ABC

本，但相与相之间会相互影响，它主要在电力的远距离传输，三相负载相对比校

平衡，如三相电动机电路中。

2.2、三相交流电的相电压与线电

在图4中我们以N为“0”参考点来看三相电压由于每相都是与N来看电压

的，三相电压是独立的U、U、U把这称为每相的相电压，如果不考虑参考点。

ABC

这时我们要测的电压U=U+UU=U+UU=U+U这里的加是矢量加把它称

ABABBCBCCAC