《电工技术》任务5.1.2 三相负载星形连接电路的测试与分析

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5.1.2三相负载星形连接电路的测试与分析
1. 负载的星形连接
负载星形连接时，每根端线只与一相负载连接，流
过端线的线电流就是流过各相负载的电流，也就是说线
电流就是相应的相电流，即
iU iV
iUN iVN
iW iWN
如果三相电源是对称的，则其一般表达式为
iL iP
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5.1.2三相负载星形连接电路的测试与分析
2. 星形连接的三相电路的分析
2）三相三线制电路
三相三线制电路如图5.15所示。前面分析可知：如果 三相负载对称，三相三线制与三相四线制完全一样，即 有无中线无关紧要。但如果三相负载不对称，则负载中
•
点不再与电源中点等电位，即 U N'N 0 这种情况称为中 点位移，此时，负载各相电压分别为
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1. 负载的星形连接
用相量表示，则为
或者
•
•
IL IP
•
IU
•
I UN
•
•
I V I VN
•
•
I W I WN
其有效值表达式为
IL=IP
根据KCL得中线电流为
•
•
•
•
IN IUIVIW
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5.1.2三相负载星形连接电路的测试与分析
点电压
•
U NN' 0
因此，不计线路阻抗时，各相之间彼此无关，相互独立，可分别 计算各相电压和电流。各相的负载电压就是该相的电源电压，与三相 负载对称与否无关。
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2. 星形连接的三相电路的分析
例：三相四线制电路如图所示，已知每相负载阻抗Z=(6+8j ) ，外加线电压 UL=380V。试求负载的相电压和相电流。
•
U
'U
•
U UN'
•
•
U U U N'N
•
•
•
•
U 'V U VN' U V U N'N
•
•
•
•
U
'W
U WN'
U W U N'N
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5.1.2三相负载星形连接电路的测试与分析
2. 星形连接的三相电路的分析 2）三相三线制电路 根据KCL，可得图5.15 三相三线制Y-Y电路
5.1.2三相负载星形连接电路的测试与分析
三相电路的负载是由3个单相负载组成。 如果3个单相负载阻抗相同（即阻抗值相等，阻抗角 相同），则称为对称三相负载，否则称为不对称三相负 载。
三相负载的连接也有星形（Y形）和三角形（Δ形） 两种。
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三相负载连接原则 （1） 电源提供的电压=负载的额定电压； （2） 单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。
（3）按表5-4要求的内容完成各项实验，将所测得的数据记入表中， 并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。
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表5-4 三相负载星形连接测试表
测量数据 开灯盏数
负载情况
U VW 相相相
线电流（A） IU IV IW
线电压（V） UUV UVW UWU
相电压（V） UU0 UV0 UW0
解：设线电压 UUV 38030 V (1) 相电压 UU 2200 V
根据相电压对称性 UV 220-120 V
UW 220120 V
例：三相四线制电路如图所示，已知每相负载阻抗Z=(6+8j ) ，外加线电压 UL=380V。试求负载的相电压和相电流。
阻抗 Z 6 j8 10 53.1
➢ 任务5.1 三相交流电路的分析和测试
➢5.1.1 三相电源的测试 ➢5.1.2 三相负载星形连接电路的测试与分析 ➢5.1.3 三相负载三角形连接电路的测试与分析 ➢5.1.4 三相电路功率的测试与分析
➢ 任务5.2 安全用电及触电急救 ➢ 任务5.3 低压配电线路设计和安装
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若三相负载对称，即 ZU ZV ZW Z Z φ
则有
•
•
I UN
UU Z
UP 00 Z φ
IP（ φ）
•
I
VN
•
UV Z
UP（
1200）
Zφ
IP（
1200
φ）
•
•
I WN
UW Z
UP 1200 Zφ
IP（1200
φ）
由此可见，在星形连接的对称三相负载中，相电流也是对 称的，相电压与相电流的相量图
【例5-1】在图5.14所示的三相四线制Y-Y电路中，已知三相
负载的阻抗为 ZU 8 j6Ω，ZV 3 j4Ω，ZW 10Ω
电源的相电压为220V，求各相电流及中线电流。
解：假定电源的U相电压：U• U 220∠0°V 则U相、V相、W相负载上的电压分别为
•
•
•
U U 220 00 V，U V 220 1200 V，U W 2201200 V
值与负载的相电压有效值
（满足/不满足） 3 倍关系，各相的
总电流 （相等/不相等），中点电压 （有较大的数值/约等于
零）。
③三相三线制接法情况下，三相不对称负载作星形连接时，线电压
有效值与负载的相电压有效值 （满足/不满足） 3 倍关系，各
相的总电流 （相等/不相等），中点电压 （有较大的数值/约
等于零）。
三相三线制对于不对称三相负载，或者一相负载断路 或短路，将会出现很大的问题，这将在后面分析。
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5.1.2三相负载星形连接电路的测试与分析
2. 星形连接的三相电路的分析
1）三相四线制电路
在如图5.14所示的三相四线制电路中，若中线阻抗远小于各相的负
载阻抗而可以忽略，则电源中点N与负载的中点N’之间为等电位点，中
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5.1.2三相负载星形连接电路的测试与分析
1. 负载的星形连接
三相电路中，每相负载两端的电压称为负载的相电压，
即uU、uV、uW； 流过每相负载的电流，称为负载的相电流，用iUN、iVN、
iWN表示； 流过端线（火线）的电流称为线电流，用iU、iV、iW表示；
流过中心线的电流称为中心线电流，用iN表示。
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实训5-3：三相负载星形连接电路的测试
④归纳三相四线供电系统中中线的作用：
。
⑤分析三相星形连接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路
或短路时会出现的情况：
。
⑥为什么要通过三相调压器将 380V 的市电线电压降为220V的线电 压使用？
【实训安全提示】 （1）本实验采用三相交流市电，线电压为380V，应穿绝缘鞋进实验室。 实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。 （2）每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方 可接通电源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实 验操作原则。 （3）星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。
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5.1.2三相负载星形连接电路的测试与分析
相电压与相电流的相量图如图所示
并且有 •
•
•
•
IN IUIVIW 0
即对称三相负载电路中，中线上 的电流等于零，中线断开，对电路也 没有影响。因此可以将中线省掉，成 为星形连接的三相三线制，各相负载 所承受的电压、电流与三相四线制完 全一样。
中线 电流
I0
(A)
中点 电压 UN0
(V)
Y0接对称负载 3 3 3
Y接对称负载 3 3 3
Y0接不对称负 载
1
2
3
Y接不对称负载 1 2 3
Y0接V相断开 1 断 3 Y接V相断开 1 断 3
Y接V相短路 1 短 3
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实训5-3：三相负载星形连接电路的测试
（4）根据实训数据，回答下列问题：
三相三线制电路的电压相量图如图 所示。从图中可看出：中点位移使 负载相电压不再对称，严重时，可 能导致有的因相电压太低而使负载 无法正常工作，有的因相电压比负 载额定电压要高而使负载设备损坏。
因此，三相三线制的Y-Y电路不允许负载不对称，它常用于 三相电动机等对称动力负载。同样，三相四线制电路也必 须保证中线的可靠连接，中线上不允许安装开关和保险丝。
U相、V相、W相的电流分别为
•
•
IU
UU ZU
220 00
8 j6
102（20360.090）
22 36.9（0 A）
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5.1.2三相负载星形连接电路的测试与分析
2. 星形连接的三相电路的分析
•
•
IV
UV ZV
220 1200
3 j4
220 1200 5 53.10
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173.10 A
实训5-3：三相负载星形连接电路的测试
实训流程:
（1）按图5.11所示线路组接实验电路。即三相灯组负载经三相自耦调 压器接通三相对称电源。
（2）将三相调压器的旋柄置于输出为0V的位置（即逆时针旋到底）。 经指导教师检查后，开启实验台三相电源开关，然后调节调压器的输 出，使输出的三相线电压为220V。
(2)
相电流
IU
UU Z
2200 1053.1
22 - 53.1 (A )
根据相电流对称性