(一)三相电源和三相负载的基本连接方式

在三相电路中,电源和负载均有星形和三角形两种基本连接方式。习惯中将星形连接用英文字母“Y”表示,三角形连接用希腊字母“Δ”表示。

1.电源绕组的连接方式

(1)电源星形连接。所谓星形连接,就是将电源三相绕组的末端连接在一起,成为一个公共点,称为中性点,用字母N表示中性点。从中性点引出的导线称为中性线,也用字母N表示。从每相绕组的首端引出的导线称为相线,用L表示,依其相序分别用U、V、W表示电源三相,用L1、L2、L3表示导线三相,如图1-34所示。

图1-34中,每相绕组首末两端之间的电压,称为相电压,如uU、uV、uW。正常情况下各相电压与相应的各相电动势基本相等。所以三个相电压也是对称的,且三个相电压的有效值大小相等。两相线之间的电压,或两绕组首端与首端之间的电压,称为线电压,如uUV、uVW、uWU。经分析和实测得知,当电源电压对称且接称星形时,线电压等于相电压的倍,各线电压超前相应相电压30°,uUV超前uU30°,uVW超前uV30°,uWU超前uW30°。三个线电压之间的相位差也都是120°。因此,三个线电压也是对称的。电源星形连接时,相电压和线电压的相量图如图1-34(b)所示。

图1-34　三相电源绕组的星形连接

(a)电路图;(b)相电压与线电压的相量图

配电变压器的低压侧三相绕组一般采用星形连接,低压侧的相电压是220V,线电压是380V。用三相三线制(三根相线)或三相四线制(三根相线和一根中性线)向负荷供电。380V电压可给三相电动机供电,220V电压可给电灯等单相负载供电。

(2)电源三角形连接。所谓三角形连接,是将电源三相绕组中一相绕组的末端与另一相绕组的首端依次连接成闭合回路,例如X接V,Y接W,Z接U,连接成一个闭合的三角形,再从三个连接点引出三根导线,用三相三线制电路给负荷供电,如图1-35所示。

图1-35　三相电源绕组的三角形连接

三角形连接时的相电压等于线电压。

2.负载的连接方式

三相负荷也是采用星形或三角形连接,连接的方法与电源相同。星形连接时,将各相负荷的首端分别接在电源的相线上,末端连接在一起。三角形连接时,将各相负荷跨接在电源的两根相线之间。究竟采用哪种接法,要根据负荷的额定电压和电源电压来确定,如图1-36所示。

图1-36　负荷的连接方式

(a)单相负荷的Y连接;(b)三相负荷Y连接;(c)三相负荷的Δ连接;(d)单相负荷Δ连接

如果负荷的额定电压等于电源的相电压,三相负荷应接成星形,如图1-36(b)所示;如果负荷的额定电压等于电源线电压,三相负荷应接成三角形,如图1-36(c)所示;对于单相负荷,可按负荷的额定电压等于电源相电压或线电压的原则,接在电源相电压或线电压上,如图1-36(a)、(d)所示。为了使三相电源电压对称,单相负荷应尽量均匀的分接在三相电源上,使电源的三相负荷尽可能平衡。

(二)三相电路的基本连接方式

图1-37　三相三线制电路

1.三相三线制若三相负荷的XU=XV=XW=X,RU=RV=RW=R,则称为三相对称负荷。如将三相对称负荷接于三相四线制电路中,三相负荷上的电压及电流都是对称的,相位互差120°。三相电流的相量和为零。因此,可将中性线去掉,并不影响电路的运行、分析和计算。图1-37所示的三相三线制电路,适用于给三相对称负荷(如三相电动机等)供电,在工,农业生产中应用极广。

由于三相三线制电路三相电流对称,所以电路的计算可简化单相电路计算。应用U/Z及cosφ=R/Z先算出一相的电流及相位,然后根据三相对称关系即可得知其他两相的电流及相位。

【例1-10】 有一星形连接的三相对称负荷,接于三相三线制电路中,每相电阻R=6Ω,电感电抗XL=8Ω,电源线电压为380V,求各相负荷电流的有效值,并写出各相电流顺时针表达式,画出电压、电流相量图。

解:由于该电路是对称的三相三线制电路,所以相电压为(www.daowen.com)

各相电流有效值为

各相电流和电压之间的相位差为

设以U相电压为参考正弦量,则各相电流顺时针为

电流、电压相量图,如图1-38所示。

图1-38　例1-10图

2.三相四线制

三相四线制电路如图1-39所示,ZU、ZV、ZW分别为各相负荷的阻抗。各相负荷承受的电压称为负荷的相电压。流过各相负荷的电流称为负荷的相电流。流过中性线的电流称为中性线电流。它们的正方向如图1-39(a)所示。

相电流的计算分别为

各相负荷的相电压与相电流之间的相位差可按下式计算

【例1-11】 如图1-39(a)所示,有三个单相负荷RU=5Ω,RV=10Ω,RW=20Ω,接于三相四线制电路中,电源三相对称相电压UPh=220V,试求各相电流和中性线电流。

解:如图1-39(a)所示。各相电流如下

中性线电流为三相电流之相量和,即

采用画出相量图的方法求出中性线电流。如图1-39(b)所示首先按比例画出三相相电压,然后画出各相电流,采用平行四边形法则,画出中性线电流,量取长度,乘以比例即为中性线电流值。

IN=29(A)

图1-39　三相四线制电路