交流电

【三相电源绕组的连接法】 对于三相交流发电机所发出的三相电必须采取适当的连接方法才能发挥三相交流电的功效。如果把三相发电机的每一相都用两根导线分别和负载相连，如图3－71所示，则每一相均不与另外两个相发生关系。这样使用的三相电路称为互不联系的三相电路，它总共需要六根导线来输送电能。这与单相制比较，既不节约导线，也没有任何优越之处，在实际应用中并不采取这种方法。常用的接法有：（1）星形接法；（2）三角形接法。

【电源绕组的星形接法】 把三相电源三个绕组的末端X、Y、Z连接在一起，成为一公共点O，从始端A、B、C引出三条端线，这种接法称为“星形接法”又称“Y形接法”。如图3－72所示。从每相绕组始端引出的导线叫做“相线”，又称“火线”。图3－72中的O称为“中性点”。从中性点引出的导线称为“中性线”，简称“中线”。这种具有中线的三相供电系统称为“三相四线制”。每相相线与中线间的电压称为“相电压”，其有效值分别用VAO、VBO、VCO）表示。每两根相线之间的电压称为“线电压，其有效值分别用VAB、VBC、VCA表示。相电压的正方向规定为自始端到中性点。线电压的正方向，例如VAB的正方向，规定为自始端A到始端B。如图3－73中的箭头所示。星形接法，相电压和线电压显然是不同的，且各相电压之间的相位不同，故在计算相电压和线电压之间的关系时应用矢量方法计算。例如，线电压VAB应该等于相电压 AO+ OB（由图3－73中可见）。但由于 OB=- BO，故 AB= AO- BO。同理有； BC= BO- CO、 CO- AO。图3－73表示相电压与线电压的矢量图，它表示了相电压和线电压之间方向和数量关系。由该图可以看出

V =2V cos30°

V =2V cos30°

V =2V cos30°

如果用VL表示线电压，用Vφ表示相电压，则线电压的大小与相电压的关系可写为

的相电压与线电压不等，因此采用三相四线制供电时，可以从三相电源获得两种电压。例如，我们所用的市电，其相电压为220伏特，线电压

图3－74表示了三相四线制的市电供电情况。

【电源绕组的三角形接法】 将一相绕组的末端与另一相绕组的始端相接，组成一封闭三角形，再由绕组间彼此连接的各点引出三根导线作为连接负载之用。这样的连接法称为“三角形接法”，也称“△接法”。如图3－75所示。由图中可见，在△接法中，端线之间的线电压也就是电源每相绕组的相电压，因此有

V =V V =V V =V

即:VL=Vφ

由此可见，对称负载作三角形接法时，线电流的大小等于相电流大小的

电功率

三相交流电的功率等于各相功率之和。在对称负形下，各相的电压均为Uφ、相电流Iφ以及功率因数cosφ都相等。因此三相电路的平均功率可写为

P=3UφIφcosφ

种联接方式，平均功率都等于

但必须注意，计算三相电功率的公式，虽然对星形接法和三角形接法具有同一形式，却并不等于说同一负载在电源的线电压不变的情况下，由星形接法改为三角形接法时所消耗的功率也相等。

电动机

又称“异步电动机”，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。定子是电动机中不转动的部分，主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现。而是以交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。这种电动机并不像直流电动机有电刷或集电环，依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机，单相电动机用在如洗衣机，电风扇等；三相电动机则作为工厂的动力设备。

电磁振荡

由电路本身所具有的电场和磁场能量之间交互变化而产生的振荡，称为“电磁振荡”。电磁振荡的过程也是电路中的电流以及电容器极板上的电压，在最大值和最小值之间随时间作周期性往复变化的过程。能产生振荡电流的电路叫做“振荡电路”。最简单的振荡电路是由一个自感线圈和一个电容器串联而组成的回路，简称LC回路。如图3－81所示。即由电感L和电容C组成的振荡回路。振荡回路主要作用是使振荡器产生频率一定的正弦波。把图3－81a中的开关K倒向“1”，电池先向电容C充电，经过一段时间之后，把K从“1”移到倒向“2”，这时，回路中就发生了电磁变换现象，如图3－81b所示，其过程是先由充了电的电容C向电感L放电，在电容器向电感放电的时间内，原来充在电容器中的电能逐渐变成电感中的磁能。当电容器上的电荷放完时，C两端电压降至零，这时虽然C上不再放电了，但是我们知道通过电感线圈的电流是不能突变的，或者说，流过线圈的电流不可能一下子消失，因此电流仍按原方向继续流动。维持电流继续流动的是线圈中所贮存的磁场能量。当电流在回路中继续流动时，L就反过来向C充电，于是在电容器两端重新出现电荷，但电容器上的电压极性和原来相反，如图3－81c所示，在L向C反向充电的过程中，L中的电流逐渐减小，C上的电压逐渐增大，线圈的磁能又逐渐变成电容器的电能。当L中的电流减小到零时，线圈周围的磁场消失，磁能全部转变为电能，之后C又向L放电，如图3－81d。与前一过程比较，只是此时电容放电电流的方向相反了，其余过程与前一过程一样，回路中电流如此反复循环的现象，就是回路中产生了的电磁振荡。由此可见振荡实际上是回路中的电磁交替变换过程。通过这种过程，回路把原来的直流电能变换成交流电能，回路两端就有 正弦交流电压产生，称为振荡电压，如图3-81所示。LC电路在振荡过程中，如果不再从外界获得能量，就会以一个固有的频率作振荡，该振荡频率称为振荡电路的固有频率；所对应的周期称为固有周期。电路的固有周期和固有频率，只和LC回路的电容和电感的大小有关，即

如果要改变振荡电路的周期和频率，可以通过改变电容和电感的方法来

因此前式可写成

这是一个二阶微分方程，它的解是

其中T、f、L、C的单位分别是秒、赫兹、亨利、法拉。

电磁场

任何随时间而变化的电场，都要在邻近空间激发磁场，因而变化的电场总是和磁场的存在相联系。当电荷发生加速运动时，在其周围除了磁场之外，还有随时间而变化的电场。一般说来，随时间变化的电场也是时间的函数，因而它所激发的磁场也随时间变化。故充满变化电场的空间，同时也充满变化的磁场。二者互为因果，形成电磁场。这说明，电场与磁场并不是两个可分离的实体，而是由它们形成了一个统一的物理实体。所以电与磁的交互作用不能说是分开的过程，仅能说是电磁交互作用的两种形态。在电场和磁场之间存在着最紧密的联系。不仅磁场的任何变化伴随着电场的出现，而且电场的任何变化也伴随着磁场的出现。所以在电磁场内，电场可以不因为电荷而存在，而由于磁场的变化而产生，磁场也可以不是由于电流的存在而存在，而是由于电场变化所产生。因此，交变电磁场可以存在于这样的空间范围内，该处

即没有电荷，也没有电流，而且也没有任何物体。电场与磁场之间的联系，不仅使电磁场在没有电荷和电流时能够存在，而且使这个场能够在空间传播。交变电场在相邻空间范围内激励起交变磁场，交变磁场又在毗邻的空间范围内激励起交变电场，交变的电磁场就是这样在空间传播。交变电磁场可以不通过导体而在空间传播，人们就利用这个特点进行无线电通信。由电流（即一连续运动电荷）产生磁场的事实说明，一个单独运动的电荷必定也能产生磁场。设想一

在与它相距为r的A点处的磁场为

B的大小为

注意沿电荷运动方向磁场的大小为零，而在垂直于运动且通过电荷的平面上之磁场有一极大值。在A点由电荷q所产生的电场为

上式就是运动电荷产生的电场与磁场之间的关系式，令

式中c为光的速度或真空中电磁信号的速度。其值可以近似写成

c=3.0×10^8m/s 米/秒。

所以，虽然电荷在静止时只产生电场，但运动的电荷，可以同时产生电场和磁场。二者间的关系为

故电场及磁场不过是物质基本性质的两种形态。在沿载有电流的导线上，我们测得磁场B，但测不出电场E，这是因为在 导体中除掉含有产生磁场的运动电荷外，尚有固定的金属正离子，这些正离子相对于观察者而言均为静止的，故它们并不建立磁场，但却产生电场，此电场与电子所建立的电场大小相等方向相反，所以静电场为零。然而，当离子沿一直线加速器的轴线运动时，我们得到一磁场及一电场。二者的关系为电场与磁场常常伴生，比如电磁场形成的电磁波，光线、无线电波、X射线等都是电磁波

变化的电场产生磁场；变化的磁场产生电场；

均匀变化的电场产生稳恒磁场；均匀变化的磁场产生稳恒电场；

正弦规律变化的电场产生正弦规律变化的磁场； 正弦规律变化的磁场产生正弦规律变化的电场。