【學習目標】
◇學習三相對稱負載星形連接的特點。
◇學習三相對稱負載三角形連接的特點。
◇會計算三相對稱交流電路。負載是消耗電能的裝置,它可以分為單相負載和三相負載。單相負載是使用單相電源(如照明電源)的設備,如電燈、電爐、電冰箱等家用電器。三相負載是指使用三相電源(即動力電源)供電的設備,如三相異步電動機、三相工業電爐等。各相負載的大小和性質都相等的三相負載稱為三相對稱負載,如三相異步電動機。否則稱為三相不對稱負載,如由三組單相負載組成的三相照明電路通常是不對稱的。
三相負載的連接方式有兩種:星形連接和三角形連接。
一、三相負載的星形連接
把三相負載的每一相分別接到三相電源的一根相線和中線之間的接法,稱為三相負載的星形連接,用符號“Y”標記,是星形連接的原理圖,其實際電路圖一般畫成,N′稱為負載的中性點。
星形連接中每相負載兩端的電壓稱為負載的相電壓,用UY相表示。若忽略輸電線電阻上的電壓降,負載的相電壓等於電源的相電壓,負載的線電壓等於電源的線電壓。
當電源的線電壓為各相負載的額定電壓的3倍時,三相負載必須采用星形連接。
星形連接中流過每相負載的電流稱為負載的相電流,用Iu、Iv、Iw表示,統記為IY相。流過每根相線的電流稱為線電流,用IU、IV、IW表示,統記為IY線。工程上通稱的三相電流,若無特別說明,都是指電流的有效值。流過中線的電流稱為中線電流,用IN表示。負載線電流IY線與相電流IY相相等,即
在對稱三相電源作用下,流過對稱三相負載的各相電流也是對稱的,設各相的阻抗為Z相,則
利用基爾霍夫電流定律分析得出,負載星形連接時,中線電流為各相電流的矢量和,即
若負載為對稱三相負載,則該矢量和為零,由矢量圖可知,對稱三相負載作星形連接時,中線電流為零,各相電流相位差為120°,即
由於中線電流為零,去掉中線不會影響電路的正常工作,為節約導線,對稱負載的星形連接常常采用三相三線製電路,如三相異步電動機、三相工業電爐都是對稱三相負載,它們在接線時,中性點不再接中性線。對於不對稱三相負載的星形連接,中線電流不為零,則仍需采用三相四線製電路,且應將負載盡量均勻分布在三相上,使中線電流盡可能小。
不對稱三相負載星形連接時,各相電流的大小不一定相等,相位差也不一定為120°。當中線存在時,它能起到平衡各相電壓的作用,此時各相負載電壓等於電源的相電壓,不會因為負載變動而變動。但是,若中線斷開後,各相電壓就不再相等了。阻抗較小的負載相電壓低,阻抗較大的負載相電壓高,可能會燒壞接在相電壓升高的線路中的電器。所以在三相負載不對稱的低壓供電係統中,中線(即零線)在任何情況下都不允許斷開,因此規定中線上不能安裝開關和熔斷器,並使用強度高的鋼絲來製作中線,避免事故的發生。
【例3-12】有一個對稱三相負載,用星形連接法接入線電壓為380V的對稱三相電源上,每相的阻抗大小為10Ω,求相電壓、相電流、線電流和中線電流各是多少?
解:對稱負載星形連接時,
相電壓
相電流
線電流
中線電流
二、三相負載的三角形連接
把三相負載的每一相分別接到三相電源兩根相線之間的接法,稱為三相負載的三角形連接,用符號“Δ”標記。是三角形連接的原理圖,其實際電路圖。
三角形連接中,由於各相負載是接在兩根相線之間,因此負載的相電壓就是電源的線電壓,即
當電源的線電壓等於各相負載的額定電壓時,三相負載必須采用三角形連接。
在對稱三相電源作用下,流過對稱三相負載的各相電流也是對稱的,且相位互差120°。設各相的阻抗為Z相,則
利用基爾霍夫電流定律分析得出,負載三角形連接時,線電流與相電流之間的關係為
以I·uv為參考相量,做出的矢量圖。從圖中可以分析出線電流與相電流的關係為