三相电源与负载的接法

一、三相电源的接法

1、电源的星形连接

把电源三相绕组的末端X、Y、Z连接到一起，从首端A、B、C引出连接负载的导线，称为电源的星形连接。

三相绕组末端的结点称为电源的中性点，以字母O或N表示，其引出的导线称为中性线，又称零线，当中性线接地时又称地线。每相引出的导线称为相线，俗称火线。

有中性线的三相供电方式称为三相四线制。不引出中性线的三相供电方式称为三相三线制。

相线与中性线间的电压称为相电压，其瞬时值和有效值分别用uA、uB、uC和UA、UB、UC表示。任意两相线间的电压称为线电压，其瞬时值和有效值分别用uAB、uBC、uCA和UAB、UBC、UCA表示。

星形连接时，用向量法分析可得:线电压超前于所对应的相电压30°，线电压是相电压的√3倍，即UAB=√3UA,UBC=√3UB,UCA=√3UC。

2、电源的三角形连接

将一相绕组的末端与相邻一相绕组的首端依次连接，组成一个封闭的三角形，再从三个首端A、B、C引出三根端线，称为电源的三角形连接。

在三角形连接中的三相绕组构成闭合回路，其产生的电动势是三相对称的，因此在闭合回路内的三相电动势之和为零。但若有一相头尾接错，则会引起闭合回路中的总电势为一相电势的2倍，可能导致电源绕组烧毁。故接线前，应正确判定各相绕组的首末端。

三角形接法时，线电压等于相电压,即UAB=UA,UBC=UB,UCA=UC。

三相变压器绕组连接常采用三角形接法，而三相发电机一般都接成星形。

二、负载的接法

1、负载的星形连接

把三相负载的末端连接到一起，从三个首端分别引出三条线与三相电源相连，称为负载的星形连接。

星形连接时，线电流等于相电流，即IA=IA相，IB=IB相，IC=IC相。

当三相负载的阻抗相等、功率因数角相等且具有同样的性质(即均为感性或容性)，这样的负载称为平衡负载。如果电源电压对称，则

IA=IB=IC=I线=I相。此时只要计算一相即可。

由于三个相电流或三个线电流大小相等，且各电流相位差为120°，所以中性线中没有电流通过，即IN=1A+IB+IC=0，此时可将中性线省去，改为三相三线供电。但三相三线供电只适用于平衡负载，如三相电动机、三相电炉等。

三相三线制供电时，供电电压为线电压U线，负载每相的电压为相电压U相，U线=√3U相。即线电压为相电压的√3倍。

在电源电压对称、负载平衡的情况下，I线=I相。即线电流等于相电流。

2、负载的三角形连接

一相负载的末端和另一相负载的首端相连，使三相负载构成一个闭合回路，然后从三个首端(或末端)引出三条线与三相电源相连，由于负载一般画成三角形的形式，所以称为三角形连接。

三角形连接时，每相负载所受的电压(相电压)等于电源的线电压，即

U线=U相。即线电压等于相电压。

三角形连接时，当三相电压对称，(UAB=UBC=UCA=U线，各电压彼此相位差120°)，负载平衡时，线电流IA=IB=IC=I线。

IA=√3IA相，IB=√3IB相，IC=√3lC相，I线=√3I相。即线电流为相电流的√3倍。

三、不平衡负载的星形连接

不平衡负载是指阻抗不等或阻抗角不等，或阻抗角大小虽然相等，但阻抗性质不同的三相负载。

1、三相四线制向星形不平衡负载供电

如下图所示，电源电压对称，其线电压U线=380V，各相负载为纯电阻，其值分别为RA=50Ω、RB=100Ω、RC=200Ω，计算电源与负载的相电压、负载电流与中性线电流。

根据星形连接时，U线=√3U相，所以电源相电压U相= 380/U线=220V。

如略去输电线上的阻抗压降，则负载端的线电压与相电压分别为380V和220V。求得通过各相负载的电流分别为:

IA=220/5=44A，IB=220/10=22A,IC=220/20=11A。

中性线电流IN=1A+IB+IC，可根据向量作图的方法求得(各电流必须按同一比例尺寸绘制)，也可把各电流分解成与x轴和y轴上的投影，利用直角关系进行计算。

IA分解后得IAy=IA，IAx=0

IB分解后得IBy=-IBscos60°，IBx=IBcos30°

IC分解后得ICy=-ICcos60°，ICx=-ICcos30°

计算后得IAy=44A，IBy=-11A，ICy=-5.5A，IAx=0，IBx =19.1A，ICx =-9.55A

故IN=√(19.1-9.55)2+(44-11-5.5)2=29.2A

负载不平衡时，在中性线中有电流通过，且IN会随不平衡度增加而增加。如果没有中性线，势将造成负载各相电压不相等。个别相上的电压将会大大超过电源相电压，使负载不能正常运行，甚至因承受过高的电压而损坏。

2、三相三线制向星形不平衡负载供电

下图是三相三线电路，负载为纯电阻，RA=5Ω、RB=10Ω、RC=20Ω。

当C相负载断开时，组成一个RA与RB串联后接到与电源AB的闭合回路，此时通过负载的电流IA=IB=UAB/(RA+RB)=380/(5+10)=25.3A,且与UAB同相。RA与RB上的电压URA与 URB分别为

URA=IARA=25.3x5=126.5V，URB=IBRB=25.3x10=253V。

如负载RA、RB的额定工作电压为220V，则RA上的电压低于额定值，而RB上的电压则高于额定值，使两个负载都不能正常工作。而RB上的电压因为过高，负载还有被损坏的危险。

所以不平衡负载，例如照明负载或其它接在三相电路中的单相负载，不宜采用三相三线制供电。如上图中的三个负载如果是白炽灯，则上述情况发生时(C相断开)，接在A相的灯就很暗，而接在B相的灯特别亮，并将被烧坏。即使C相未断开，三相的灯亮度也各不同。并且若将灯泡接成上图的电路时，在BC相的灯不用时(即 B、C相与电源断开)，A相的灯也无法使用。

四、星形连接时的中性点位移

三相三线制中，如电源对称，作星形连接的负载平衡，则电源中性点N与负载中性点N'等电位。但当负载不平衡时，N'点的电位就不再与电源中性点N的电位相等，这种两个中性点电位不等的现象称为中性点位移，或称为中性点移动。

上题中C相断开后，作用在RA、RB上的电压为UAB=IARA+IBRB=UA N'+U N'B，其向量图如下图所示。

图中电源中性点N与负载中性点N'间的连线为向量UN N'，UN N'即为中性点位移电压，也就是电源中性点N与负载中性点N'间的电位差，其大小、相位取决于负载的不平衡程度和负载的性质。

五、三相四线制中性线的作用及要求

1、中性线的作用

三相四线制供电系统一般都是低压供电系统，其供电电压大部分是380V/220V。其负载除三相电动机、三相电炉等三相负载外，大部分是单相负载，如照明、电焊机、小容量电炉等。由于各相设备的具体使用条件不同，实际上无法保证三相平衡，因此电源作星形连接时不能采用三相三线供电，必须设置中性线。由于中性线连接在电源中性点N与负载中性点N'之间，从而可以强制N与N'等电位，使负载每相所受的电压即为电源每相电压(不计线路压降)，以保证负载能在额定电压下正常工作。强制负载中性点N'与电源中性点N等电位，使不平衡负载的相电压达到对称，这就是中性线的作用。

2、中性线的要求

1)为能强制负载中性点N'与电源中性点N等电位，中性线中不能接入熔断器;

2)中性线必须要有足够的机械强度，以防止中性线的断裂;

3)中性线要有合适的截面，以避免IN在中性线上产生过大的压降，影响强制等电位的作用。