【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第五章交流電

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫（1庫倫=3×10?靜庫）；電勢的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！?

§5-3三相交流電

【01】用交變電動(dòng)勢、交變電流和交變電壓的大小和方向，都是用來描述交流電路狀態(tài)的物理量。我們已知，交流電路上的電動(dòng)勢、電流和電壓都在作周期性變化，這種現(xiàn)象我們就簡單地說成交流電路的狀態(tài)在作周期性的變化，或更簡單地說成交流電的相在作周期性變化。

【02】在學(xué)習(xí)§5-1時(shí)我們已經(jīng)了解，交變電動(dòng)勢和交變電流的瞬時(shí)值分別為；根據(jù)同樣的理由我們還可以導(dǎo)出，一段電路上的交變電壓的瞬時(shí)值為?? 。

【03】上面三個(gè)等式說明：只要 ωt 已知，交流電路上的 E、Ⅰ、V 就都確定了，所以在實(shí)際應(yīng)用中我們都是用 ωt 來表示交流電的相，并且叫它做位相角，或簡稱為位相。

【04】如果在某一時(shí)刻 t，ωt＝90°，我們就說交流電在這一時(shí)刻的位相為 90°；如果在另一時(shí)刻 t'，ωt'＝120°，我們就說交流電在這一時(shí)刻的位相為120°；我們還說交流電在這兩個(gè)時(shí)刻的位相差為 120°－90°＝30°? 。

【05】如果有兩個(gè)交流電路甲和乙，在同一時(shí)刻，甲電路的狀態(tài)相當(dāng)于 ωt＝40°，乙電路的狀態(tài)相當(dāng)于 ωt＝100°，我們就說這兩個(gè)電路的位相差為100°－40°＝60°。

【06】位相相等或相差 360° 整數(shù)倍的稱為同位相。位相相差 180° 或 180° 奇數(shù)倍的稱為反位相。

1、三相交流發(fā)電機(jī)

【07】§5-2里所介紹的交流發(fā)電機(jī)只有一個(gè)輸出電路（即只沿一個(gè)電路向外輸送電能）；在同一時(shí)刻，全電路上的狀態(tài)是一致的。我們稱這種發(fā)電機(jī)為單相交流發(fā)電機(jī)，這樣發(fā)出的交流電為單相交流電，這樣的交流電路為單相交流電路。

【08】在實(shí)際應(yīng)用中，大部分的發(fā)電機(jī)是三相交流發(fā)電機(jī)。它發(fā)出的交流電叫做三相交流電。圖5·7是三相交流發(fā)電機(jī)的示意圖。圖中的轉(zhuǎn)子和圖5·6所示的相同，是一個(gè)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的、磁性很強(qiáng)的電磁鐵。定子上裝有三個(gè)均勻排列的線圈，它們被此相隔120°? 。

【09】當(dāng)轉(zhuǎn)子以某一確定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各線路里都有了按正弦規(guī)律交變的感生電動(dòng)勢，它們的幅值、周期和頻率都相同，但位相彼此相差120°。圖5·8里的三根曲線 A、B、C 分別表示三個(gè)電路中的電動(dòng)勢怎樣跟著時(shí)間變化，曲線下的四個(gè)圖分別表示轉(zhuǎn)子在各個(gè)時(shí)刻的位置。

【10】如果我們從線圈 A 里的電動(dòng)勢恰好為零的那一時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，那么線圈 A 里的電動(dòng)勢可用下式來表示：，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 120° 后，線圈 B 才達(dá)到線圈 A 的起始狀態(tài)（即 t＝0 時(shí)的狀態(tài)）；在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 240° 后，線圈 C 才達(dá)到線圈 A 的起始狀態(tài)。我們說，線圈 B 的相比線圈 A 的相落后 120°，線圈 C 的相比線圈 A 的相落后 240°；它們電動(dòng)勢的表示式為? 。

2、三相交流電路

【11】在三相發(fā)電機(jī)中，每一個(gè)線圈都自成一個(gè)電源，都可以各自向一個(gè)電路獨(dú)立輸出電能。因而，在三相發(fā)電機(jī)的外電路上，就需要有六根連接導(dǎo)線，每兩根導(dǎo)線組成一個(gè)獨(dú)立的單相交流電路，如圖5·9所示。圖中 AX、BY 和 CZ 分別表示發(fā)電機(jī)上的三個(gè)線圈，ad、bd 和 cd 表示三個(gè)外電路上的電阻。這樣的電路是很不經(jīng)濟(jì)的。在實(shí)際應(yīng)用中，為了節(jié)省導(dǎo)線，普遍采用兩種連接方法——星形連接法和三角形連接法，現(xiàn)分述如下。

【12】星形連接法——如圖5·10所示，把發(fā)電機(jī)線圈的三個(gè)端點(diǎn) X、Y、Z 連接在一起，再把外電路的三個(gè)端點(diǎn) d 連接在一起，用一根導(dǎo)線代替圖5·9里的三根導(dǎo)線，結(jié)果就成了星形連接法。圖中仍舊有三個(gè)外電路，不過它們有一根公用的導(dǎo)線這種電路叫做三相四線交流電路。

【13】從各個(gè)線圈上引出的導(dǎo)線叫做相線，也叫做火線。從線圈的公共點(diǎn)引出的導(dǎo)線（即三個(gè)電路的公用線）叫做中性線；因?yàn)橹行跃€接地，所以又叫做地線。火線與地線之間的電壓叫做相電壓，用 V相 表示?；鹁€與火線之間的電壓叫做線電壓，用 V線 表示。根據(jù)理論計(jì)算，可以得出? 。

【14】在照明電路中，我們總是把電燈接在一根相線和中性線之間，電燈泡兩端的電壓就是相電壓，通常為 220 伏特。有很多電動(dòng)機(jī)是接在兩根相線之間的，它的電壓就是線電壓。在相電壓 V相＝220 伏特的情況下，線電壓 V線＝V相＝220≈380伏特。

【15】由于中性線是三個(gè)電路的公用導(dǎo)線，所以通過中性線的電流等于通過三根相線的電流之和。而通過三根相線的電流是位相彼此相差 120° 的交變電流。如果三根相線的電流幅值相等，那么可以證明中性線上的電流總等于零；如果三根相線的電流幅值相差不大，那么可以證明中性線上的電流是很小的。由于中性線里的電流總比相線電流小，所以中性線常用比較細(xì)的導(dǎo)線來做。

【16】我國大部分地區(qū)采用三相四線制的線路來輸送交流電。一般照明線路的干路也都是三相四線電路。有時(shí)把四根導(dǎo)線并列；有時(shí)把三根比較粗一些的相線裝得高一些，而把一根較細(xì)的中性線裝得低一些。引進(jìn)家庭用戶的一般都是單相電路，即與一根中性線和任意一根相線連接的電路。

【17】三角形連接法——圖5·11表示三個(gè)不相關(guān)連的單相交流電路，AX、BY 和 CZ 分別表示三相交流發(fā)電機(jī)的三個(gè)線圈，ax，by 和 cz 分別表示三個(gè)外電路上的電阻。這個(gè)電路，實(shí)質(zhì)上和圖5·9所示的電路完全相同，不過線圈和電阻的安放位置與前不同而已。如果把線圈的 A、Z 兩端，B、X 兩端和 C、Y 兩端分別連在一起，把外電路電阻的 a、z 兩端，b、x 兩端和 c、y 兩端分別連在一起，并用三根導(dǎo)線代替六根導(dǎo)線，如圖5·12所示，這就成了三角形連接法。這樣的電路叫做三相三線交流電路。

【18】在三相三線的交流電路中，三根導(dǎo)線都是相線，都叫做火線。任何兩根相線之間的電壓都等于相電壓，即線電壓等于相電壓。三個(gè)線圈里的交變電動(dòng)勢的幅值都相等，頻率也相同，但位相彼此相差 120°。在外電路沒有接通時(shí)，三個(gè)電動(dòng)勢的代數(shù)和總等于零（參看圖5·8），即不會(huì)在發(fā)電機(jī)的內(nèi)電路里（即三個(gè)線圈里）引起短路電流。如果接錯(cuò)了線頭（例如把 B 和 C 接在一起，X 和 Y 接在一起），那么三個(gè)電動(dòng)勢的代數(shù)和就不等于零，要在內(nèi)電路里引起很大的短路電流，甚至?xí)虬l(fā)熱過劇而燒毀線圈。

【19】遠(yuǎn)距離輸送交流電大多采用三相三線制的線路。

習(xí)題5-3

1、何謂三相發(fā)電機(jī)？

2、三相交流電路有幾種接法？

3、分別說明在下圖中所表示的兩個(gè)三相交流電路各是屬于哪一種接法。

4、與單相交流電路對比，三相交流電路有何優(yōu)點(diǎn)？

5、什么叫做相線？什么叫做中性線？觀察電桿木上的電線，能否識(shí)別出哪幾根是相線？哪一根是中性線？