我们所用的电力来自发电厂。参看图3.17,发电机定子外壳内是由硅钢片叠制成的铁心,铁心槽内嵌有A、B、C三组线圈(绕组),它们的线头标记为A、B、C,线尾标记为X、Y、Z ,沿定子圆周相隔120º排列。发电机转子通上直流电以后,其一端是N极,另一端是S极,与定子铁心形成闭合磁路,如图3.16所示。转子沿逆时针方向以3000 r / min 匀速旋转,它转动的频率是f=50Hz,转动周期T = 0.02秒。
在图示瞬间,A相绕组切割磁力线最多,因此它感应的电压最高,如果外电路接上电阻负载,其负载电流也最大;经过1/4 周期,转子(磁极)旋转了90º,A相绕组不切割磁力线,它的电压和负载电流均为0;再下一个1/4 周期,它切割的磁力线越来
图3.17. 三相交流发电机模型
越多,但方向相反,因此绕组中电流方向改变,电流由0增加到最大;第三个1/4 周期,电流又由(反向)最大变为0;最后1/4 周期,电流方向再次改变,由0变为最大,这时磁极位置与初始时刻相重合,完成一个循环周期。
B相绕组内电流和电压的变化规律与A相相同,但在时间上滞后1/3T,或者说它的相位滞后120º;同样,C相比B相滞后120º,但比A相超前120º。这就是三相交流电的规律。为了充分利用定子内表面空间,实际发电机定子铁心的槽数不止6个,而是6n个,每相绕组可以由相邻的几个线圈连接(通常是串联)而成。我们还看到,发电机转子每旋转一周,绕组电流也必定变化一个周期,二者是同步的,所以被称为三相交流同步发电机,发电机的同步转速为3000 r/min 。
我国的大中型火力发电厂发电机转速都是3000r/min,因此交流电频率都是50Hz。水电厂的发电机转速要慢得多,但必定是3000/n r/min,式中n为整数,即水轮发电机的转速是3000r/min的1/n,也发出50Hz交流电。道理下面会讲到。