三相交流电基础知识

第四节 三相交流电路

工业上应用最多的交流电是三相交流电。单相交流电实际上也是三相交流电的一部分。三相交流电有很多优点：例如三相电机比同尺寸的单相电机输出功率大，性能好；三相交流电的输送比较经济；既节约了有色金属又降低电能损耗等。

一、 、 三相交流三相交流三相交流电电的产生

三相交流电一般由三相发电机产生。其原理可由图1-46说明。发电机定子上有U1-U2、V1-V2、W1-W2三组绕组，每组绕组称为一相，各相绕组匝数相等、结构一样，对称地排放在定子铁芯内侧的线槽里。在转子上有一对磁极的情况下，三相绕组在排放位置上互差120o 。转子转动时U1-U2、V1-V2、W1-W2绕组中分别都产生同样的正弦感应电动势。但当N极正对哪一相绕组时，该相感应电动势取得最大值。显然，V相比U相滞后120o ，W相比V相滞后120o ，U相比W滞后120o 。 三相电动势随时间变化的曲线如图1-47所示。这种大小相等、频率相同、但在相位上互差120o 的电动势称为对称三相电动势。同样，最大值相等、频率相同、相位相差120o 的三相电压和电流分别称为对称三相电压和对称三相电流。

图1-46 三相交流电发电机示意图

图1-47 三相交流电波形

三相交流电动势在时间上出现最大值的先后次序称为相序。相序一般分为正相序、负相序、零相序。

最大值按U—V—W—U顺序循环出现的为正相序。最大值按U—W—V—U顺序循环出现的为负相序。如令三个相电压的参考极性都是起始端U1、V1、W1为正，尾端U2、V2、W2为负，又令U1—U2绕组中的电动势e u ，为参考正弦量，那么，三个相电压的函数表达式为：

图1-48 三相交流电势相量图

对称三相交流电动势的相量图，如图2-48所示。

二、三相三相电电源的接法

源的接法 在生产中，三相交流发电机的三个绕组都是按一定规律连接起来向负载供电的。通常有两种接法；一种是星形（Y）连接；另一种是三角形（△）连接。

（一） ） 星形星形星形连连接

图1-49 三相交流电源的连接

将电源三相绕组的末端U 2、V 2、W 2连接在一起，成为一个公共点（中性点），而由三个首端U 1、V 1、W 1分别引出三条导线向外供电的连接形式，称为星形（Y）连接。如图1-49（a）所示。以这种连接形式向负载供电的方式称为三相三线制供电。这三条导线叫相线，分别用L 1、L 2、L 3表示。在这三条相线中，任意两条相线间的电压称为线电压，用符号“U L ”表示。

在上述连接形式向外供电的基础上，再加上由中性点（已采取中性点工作接地的）引出的一条导线，称为零线，用字母“N”表示。任一条相线与零线间的电压称为相电压，用“”表示。这种以四条导线向负载供电的方式，称为三相四线制供电。

三相四线制供电方式，可向负载提供两种电压，即：相电压和线电压。相电流是指流过每一相电源绕组或一相负载中的电流。用符号“”表示。任一条相线上

的电流称为线电流，用“I L ”表示。

在三相交流电的星形接法中，经数学推导可以证明，三相平衡时，线电压为相电压的倍，线电流等于相电流。即：

因此，220/380伏的三相四线制供电线路可以提供给电动机等三相负载用电量，同时还可以供给照明等单相用电。

（二） ） 三角形三角形三角形连连接

将三相绕组的各相末端与相邻绕组的首端依次相连，即U 2与V 1、V 2与W 1、W 2与U 1相连，使三个绕组构成一个闭合的三角形回路，这种连接方式，称为三角形连接（△）。如图1-49（b）所示。

三角形联接方法只能引出三条相线向负载供电。因其不存在中性点，故引不出零线（N线）。所以这种供电方式只能提供给电动机等三相负载的用电，或仅提供线电压的单相用电。

这种连接方式，线电压等于相电压；线电流等于倍相电流。即：

三、 、 三相三相三相负载负载负载的的连接

三相负载常采用星形连接或三角形连接的形式。对于低压较大容量的三相电动机，应采用三角形连接的方式 。

（一） ） 负载负载负载的星形的星形的星形连连接

三组单相负载接入三相四线制供电系统中适用图1-50（a）的接法。 三相负载星形连接适用图1-50（b）所示的接法。

图1-50负载为星形联结

在星形连接的三相负载电路中，线电流等于相电流，这种关系对于对称星形和

不对称星形电路都是成立的；如果是对称的三相负载，线电压等于相电压的倍，即：

（二） ） 负载负载负载的三角形的三角形的三角形连连接

在三角形连接的三相负载，线电压等于相电压，无论三角形负载对称与否都成

立。三相对称负载作三角形连接时，线电流等于相电流的倍。即：

图1-51 负载为角形接线

例：负载的星形连接的对称三相电路，电源线电压为380伏，每相阻抗Z＝10欧，求负载的相电压，相电流及线电流？

例：负载为三角形连接的对称三相电路，电源电压380伏，负载每相阻抗为10欧，求负载的相电压。相电流及线电流？

四、 、 三相三相三相电电路的功率及路的功率及实实用计算

在三相电路中，其总功率等于各相负载功率之和。即：

在对称的三相电路中，三相负载所消耗的总功率等于3倍的单相负载所消耗的功率。即：

图1-52 功率三角形

根据有功功率P、无功功率Q、视在功率S三者之间的关系，可用直角三角形表示，如图1-52所示。称它为功率三角形。通过对功率三角形的分析，可知：

五、 、 功率因功率因功率因数数

在交流电路中，电源提供的电功率可分为两种：一种是有功功率P，另一种是无功功率Q。为表示电源视在功率被利用的程度，常用功率因数来表示。

有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数，用符号“”表示。其表达式为：

当电源容量（即：视在功率）一定时，功率因数高就说明电路中用电设备的有功功率成分大，电源输出的功率利用率就高，这是我们所希望的。反之，功率因数