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电工技术看似简单,但要精通却也不容易,我写电工技术的相关文章并非要包罗万象,而是要为后面写“接地”做铺垫,顺便也多懂一些电工常识。本文是《浅谈一些基本的电工技术》的第一篇,讲的是发电机的原理、交流电及其相位分类。

发电机原理

发电机结构

发电机结构简图

在一个由导体构成的闭合回路线圈内,用磁铁在内旋转就会产生电流,这就是发电机的原理。当然,上图只是一个简图,实物比这要复杂得多,请看下图。

单元发电机

单元发电机

单元发电机(elementary generator)由电枢、磁极片、滑环、电刷和负载组成。

中学物理告诉我们,根据电磁感应原理,电枢通过旋转切割磁感线而产生电流。

交流电定义

交流电(绿色曲线);横轴是时间(t),竖轴是电流(i)或电压(v)。

当电枢以恒定的速度旋转时,线圈中产生的电压或电流与时间的关系如上图绿色曲线所示。

像这种周期性地反转方向的电流叫做“交流电”。

交流电和直流电的区别

现在发电、输电和配电通常都是用交流电,家用电也属于交流电,而干电池产生的电流是直流电。

关于交流电和直流电的本质区别或历史演变,网上有大把资料,我们这里不展开,只要知道以上结论就好了。

◇交流输出与电枢转动的关系

电枢在0度

电枢在90度

电枢在180度

电枢在270度

电枢在360度

交流电相位分类

相位(phase)

相位的解释图

相位(phase)是一个时间点(瞬时)在一个波形周期中的位置,简称“相”。单相电

单相电的电压图

在上图中的任意一个时间点上,有且仅有一个点与之对应,也就是只有“一个相位”。

这样的交流电我们把它叫做“单相交流电”,简称“单相电”。当电枢匀速旋转一圈时,它产生一个“单相交流电”周期。

二相电

二相交流发电机的简化图

类似地,在单元发电机的基础上增加一个电枢,与原来的电枢成90°夹角, 当电枢以恒定的速度旋转时,线圈中就会产生两股交流电。

二相电的电压图

在上图中的任意一个时间点上,有两个点与之对应,也就是一个时间点有“两个相位”。

这样的交流电我们把它叫做“二相交流电”,简称“二相电”。

注:尽管有重合的点,但是绝大部分时间点都有两个相位。

三相电

三相交流发电机的简化图

再进一步,在二相发电机的基础上增加一个电枢,三个电枢依次成120°夹角, 当电枢以恒定的速度旋转时,线圈中就会产生三股交流电。

三相电的电压图

在上图中的任意一个时间点上,有三个点与之对应,也就是一个时间点有“三个相位”。

这样的交流电我们把它叫做“三相交流电”,简称“三相电”。

注:尽管有重合的点,但是绝大部分时间点都有三个相位。

多相系统(polyphase system)

说完单相电、二相电和三相电,我们很自然地就想到,如果在三相电发电机上增加一个电枢,是不是就变成四相电了?

我在查询资料时,没见过有四相电的说法,大概是不实用,人们就不去研究了。实际上,人们把三相或以上的交流电系统统称为“多相系统”。

多相系统(polyphase system)有三个或三个以上通电的导电体,在每个导体的电压波之间携带一个确定的相位角的交流电;例如上面提到的三相电压的相位角是120°。

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