图5-8是三相电源和三相负载都作星形连接的三相四线制电路。荧光灯、彩电、计算机、音响设备等属于单相负载。当这些负载的额定电压是220 V时,应接在380/220 V的低压供电系统的端线和中线之间。当它们分别接到不同相的端线上时就构成一组三相星形负载。
三相负载的星形连接
图5-8 三相负载的星形连接
每相负载的电压称为负载的相电压。负载为星形连接时,负载相电压的参考方向规定自端线指向负载中点N′,用ua,ub,uc表示。若不计输电线上的阻抗,三相四线制电路中,负载的相电压就是电源的相电压,即
负载端的线电压与电源的线电压相等,即
负载端线电压与相电压的关系与电源的星形连接时线电压与相电压的关系类似。即线电压的有效值是相电压有效值的倍,且超前相应的相电压30°。
每相负载的电流称为相电流(phase current),相电流的参考方向与负载相电压的参考方向关联,用ia,ib,ic表示。流过各端线的电流称为线电流(line current),其参考方向是从电源端指向负载端,用iA,iB,iC表示。从图5-8可以看出,负载星形连接时,线电流和对应的相电流相等,即
把三相四线制电路分成三个单相电路可计算各相电流,即
三相四线制电路中,中线电流等于三个相电流(或线电流)的相量和
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若每相负载的复阻抗都相同,则称为对称负载。不论负载对称与否,负载的相电压总是对称的,这是三相四线制电路的一个重要特点。因此,在三相四线制供电系统中,可以将各种单相负载如计算机、彩电、冰箱等家用电器接入其中一相使用。
不对称三相负载的相电压对称是因为中线的作用。若负载不对称时,各相电流是不对称的,使得中线电流不为零。若中线出现断路,各相的相电压也就不相等了,会导致某相电压的增大,使这相电器可能烧毁。为了防止这类事故发生,在三相四线制供电系统中,规定中线上不允许安装开关或保险丝,有时中线是用钢线做的。
三相电路中若电源对称,负载也对称,则为对称三相电路。对称三相电路中,ZA=ZB=ZC=Z,则各相电流为
星形连接对称三相电路负载的相电流是对称的,线电流也是对称的。
若负载对称,则
中线电流为零说明N点和N′点是等电位点,中点断开后负载的相电压和相电流与有中线时一样。故中线可省去,成为三相三线制对称电路。
对称的三相三线制电路中,由于负载相电压是对称的,故可以不考虑电源绕组是星形连接还是三角形连接,就可以根据三相对称由线电压求出负载的相电压。
例5.1 今有三相对称负载作星形连接,设每相电阻为R=3 Ω,每相感抗为XL=4 Ω,电源线电压=380∠30°V,试求各相电流。
解:由于负载对称,只需计算其中一相即可推出其余两相。
对于星形连接的对称三相电路的分析计算,一般可用单相法按如下步骤求解:
①不考虑电源绕组是星形连接还是三角形连接,都用星形连接的对称三相电源的线电压等效代替原电路的线电压。
② 用假设中线将电源中点与负载中点连接起来,使电路形成等效的三相四线制电路。
③根据三相对称线电压得到负载的相电压,求出一相电路的电压或电流。
④ 再由对称性求出其余两相的电压或电流。
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