1、第2章 正弦交流電路2.5 三相交流電路 1三相電源的連接2三相負(fù)載的連接目錄CONTENTS3三相電路的功率2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率 在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，從電能的產(chǎn)生、輸送到分配、應(yīng)用，世界各國(guó)幾乎全部采用三相正弦交流電路。所謂三相正弦交流電路是指由三個(gè)頻率相同、振幅相等而相位互差120的正弦交流電源所組成的三相電路系統(tǒng)。 三相交流電路之所以獲得廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗葐蜗嘟涣麟娐肪哂邢铝袃?yōu)點(diǎn)： （1）在發(fā)電設(shè)備上，三相交流發(fā)電機(jī)比同容量的單相交流發(fā)電機(jī)節(jié)省材料，而且體積小，有利于制造大容量機(jī)組。 （2）在電能輸送上，三相供電比單相供電節(jié)省有色金屬約25，從而降

2、低了成本。 （3）在用戶使用上，可以廣泛地使用三相異步電動(dòng)機(jī)，而它比單相電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便。2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率三相交流電源電壓是由三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，它們是一組同頻、等幅、相位互差120的對(duì)稱正弦交流電壓，即對(duì)稱三相正弦量到達(dá)最大值的先后次序叫相序，uU、uV、uW的相序?yàn)閁-V-W。uUUmsintuVUmsin(t +120)uWUmsin(t120)三相交流電壓波形圖三相交流電壓相量圖2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率1 星形（Y形）連接 （1） 電壓和電流之間的關(guān)系 三相電源的負(fù)端（末端）連接成一

3、點(diǎn)N，N稱為中性點(diǎn)，簡(jiǎn)稱中點(diǎn)，俗稱零點(diǎn)。三相電源的正端（首端）引出與負(fù)載相接，從電源正端引出的三根供電線稱為相線或端線，俗稱火線，用L1、L2、L3分別表示。從中點(diǎn)N引出的供電線稱中性線，俗稱零線，用N表示。在應(yīng)用最多的低壓供電系統(tǒng)中，中點(diǎn)通常是接地的，因而中線又俗稱地線。 由三根相線和一根中線所組成的輸電方式稱為三相四線制，如圖（a）所示，通常在低壓供電系統(tǒng)中采用。僅有三根相線所組成的輸電方式稱三相三線制，常在高壓系統(tǒng)中采用。2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率1 星形（Y形）連接 （1） 電壓和電流之間的關(guān)系由圖（a）可知，各相電壓與線電壓之間的關(guān)系為 uUVuUu

4、V uVWuVuW uWUuWuU其相量圖如圖（b）所示。 三相電源接成星形時(shí)，可以向用戶提供兩種電壓。相線與中線之間的電壓稱為相電壓，如圖 (a)中的uU、uV、uW或UU、UV、UW；相線與相線之間的電壓稱為線電壓，如圖（a）中的 uUV、uVW、uWU或UUV、UVW、UWU。 2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率1 星形（Y形）連接 （1） 電壓和電流之間的關(guān)系線電壓與相電壓的相位關(guān)系為線電壓超前對(duì)應(yīng)的相電壓30。因此，平常講的電源電壓為220V，指的是相電壓；電源電壓為380V，指的是線電壓。由此可見(jiàn)，三相四線制的供電方式可以給負(fù)載提供兩種電壓，線電壓380V

5、和相電壓220V。2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率2 三角形（ 形）連接將一相電壓源的末端與另一相電壓源的首端依次相連接成三角形，再?gòu)氖锥艘鱿嗑€?？梢?jiàn)，這種供電方式只能是三相三線制，且相電壓等于線電壓，其大小關(guān)系有UL=UP。注意，三相電源進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，一定要確保三相電源首尾相連。一旦不慎將一相電源接反，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)繞組或變壓器繞組燒壞。三相電源的三角形聯(lián)結(jié)2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率 三相交流電路的負(fù)載按其對(duì)供電電源的要求可分為三相負(fù)載和單相負(fù)載兩類。 三相負(fù)載：負(fù)載必須接在三相電源上才能工作，通常功率稍大的負(fù)載均為三相負(fù)載，

6、如三相交流電動(dòng)機(jī)、大功率三相電阻爐、三相整流裝置等。這類負(fù)載的特點(diǎn)是三相的負(fù)載阻抗相等，稱為對(duì)稱三相負(fù)載。 單相負(fù)載：負(fù)載只需由三相電源中一相電源供電即可工作，通常功率較小的負(fù)載均為單相負(fù)載，如照明燈、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、小功率電爐、電焊機(jī)等。為了使三相電源供電均衡，這種負(fù)載要大致平均分配到三相電源的三相上。這類負(fù)載的每相阻抗一般不相等，屬于不對(duì)稱三相負(fù)載。 典型的三相負(fù)載聯(lián)結(jié)如圖所示。 三相負(fù)載的連接Z3Z2Z11 星形連接2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率 圖為三相負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)時(shí)的三相四線制（Y-Y）電路。圖中相線與相線之間的電壓為線電壓UL，相線與

7、中線之間的電壓為相電壓UP。流過(guò)相線上的電流為線電流IL，流過(guò)負(fù)載的電流為相電流IP。三相四線制電路(1)電壓與電流的關(guān)系三相四線制接法的特點(diǎn)是： 相電流等于線電流，即 IPIL 說(shuō)明流過(guò)負(fù)載的電流就是相線上的電流，各相電流為 式中IU、IV、IW為負(fù)載相電流的有效值，UU、UV、UW為負(fù)載相電壓的有效值。UU UV UWIU；IV；IW ZU ZV ZW 流過(guò)中線的電流 iNiUiViW 1 星形連接2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率（2）中線的作用 三相對(duì)稱電路 由于三相電源提供的線電壓和相電壓是對(duì)稱的，如果三相負(fù)載ZUZVZW也是對(duì)稱的，則這樣的三相電路稱為對(duì)稱

8、三相電路。對(duì)稱三相電路中線電壓、相電壓、線電流和相電流均是對(duì)稱的。 相電流對(duì)稱，是指三個(gè)相電流iU、iV、iW為同頻、等幅、相位互差120的正弦量。 由于負(fù)載相電流對(duì)稱，由相量圖相加可知，三相對(duì)稱電路的中線電流iN0。中線沒(méi)有電流，便可省去，并不影響電路的正常工作。這樣三相四線制就變成三相三線制，如三相異步電動(dòng)機(jī)、三相電爐等負(fù)載只需三相三線制供電即可。三相對(duì)稱電流1 星形連接2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率（2）中線的作用 中性線的作用 三相不對(duì)稱電路 如果三相負(fù)載ZU、ZV、ZW不相等，即負(fù)載不對(duì)稱，則中線電流iN0，中線便不能省去。下面通過(guò)具體例子來(lái)說(shuō)明中線所起

9、的作用。例題：如圖所示，設(shè)三相電源電壓對(duì)稱，且UL=380V。U相接UU=220V、PU=100W的白熾燈一盞，W相接UW=220V、PW=40W的白熾燈一盞。問(wèn)兩盞燈的工作情況如何。 S2斷開(kāi)，S1閉合時(shí)； S2與S1全斷開(kāi)時(shí)。解： S1閉合表示有中線時(shí)，加在U相及W相白熾燈上的相電壓均為 兩盞燈能正常發(fā)光。1 星形連接2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率（2）中線的作用 中性線的作用 S1斷開(kāi)表示中線斷開(kāi)，則兩盞燈變成串聯(lián)電路，加在兩盞燈上的電壓為UL=380V，因兩白熾燈的功率不等，則兩白熾燈的電阻為于是流過(guò)兩白熾燈的電流 則U相100W燈上的實(shí)際電壓為 RU48

10、4（）UU2 2202PU 100RW 1210（）UW2 2202PW 40 UU=RUI=4840.224=108.4（V）W相40W燈上的實(shí)際電壓為 UW=RWI=12100.224=271（V）I0.224（A） UL 380 RU+RW 484+12102 三角形連接2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率三相三線制電路 由于三相電源是對(duì)稱的，如果負(fù)載也是對(duì)稱，即ZUZVZW，則為對(duì)稱三相三線制（）電路，其電路的電壓、電流關(guān)系為（1）線電壓等于相電壓，即 ULUP 說(shuō)明負(fù)載兩端的相電壓等于兩根相線之間的電壓。2 三角形連接2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的

11、連接三相電路的功率三相電路計(jì)算例題：有三個(gè)100的電阻，將它們聯(lián)結(jié)成星形或三角形，分別將它們接到線電壓為380V的對(duì)稱三相電源上，如圖2.5.9所示。試求：線電壓、相電壓、線電流和相電流各是多少？解：負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)，見(jiàn)圖（a）。 負(fù)載的線電壓為 UL380V 負(fù)載的相電流等于線電流1.73380VUP 220VR 100 Ip IL 2.2（A）負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)，見(jiàn)圖（b）。負(fù)載的線電壓為 UL380V 負(fù)載的相電壓等于線電壓，即 UPUL380V負(fù)載的相電流為 通過(guò)上面的計(jì)算可知，在同一個(gè)對(duì)稱三相電源的作用下，對(duì)稱負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的線電流是該負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)時(shí)線電流的三倍。2.5三相交流電路

12、三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率 同單相交流電路一樣，三相對(duì)稱負(fù)載的無(wú)功功率和視在功率分別為 P3UPIPcosP 如果三相電路為對(duì)稱電路，則表明各相負(fù)載的有功功率相等，則有2.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率例題：一臺(tái)三相電爐，其每相電阻R=10。試問(wèn)：當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)，接成三角形和星形時(shí)各從電網(wǎng)取用多少功率？在220V線電壓下，接成三角形消耗的功率是多少？解： 接成三角形時(shí)的功率 接成星形時(shí)的功率 UL 380VR 10ILIP21.9A380V1.7310 在220V線電壓下負(fù)載接成三角形時(shí)的功率220102.5三相交流電路三相電源的連接三相負(fù)載的連接三相電路的功率由本例可見(jiàn)：（1）在線電壓不變時(shí)，同一三相負(fù)載從三角形聯(lián)結(jié)改成星形聯(lián)結(jié)，消耗的功率減少到三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的