三相电源的连接

一、三相电源
定义： 概括地说，三相交流电源是三个单相交流电源按一
定方式进行的组合。
三相电源的产生：
三相供电系统的三相电源是三相发电机。下图所示是三相发 电机的结构示意图，它有定子和转子两大部分。定子铁心的内 圆周的槽中对称地安放着三个绕组（线圈）AX、BY和CZ。A、 B、C为始端；X、Y、Z为末端。三绕组在空间上彼此间隔 120o。转子是旋转的电磁铁。当转子恒速旋转时，AX、BY、 CZ三绕组的两端将分别感应出振幅相等、频率相同的三个正弦 电压uA（t）、uB（t）、uC（t）。
Ua
Up
ZZ
•
•
IB
Ub
Up
120 o
ZZ
•
•
IC
Uc
Up
120 o
ZZ
【例19-1】
今有三相对称负载作星形联接，设每相负载的电阻
为R=12Ω，感抗为XL=16Ω，电源线压
U
• AB
380，30试o V求
各相电流。
解：由于负载对称，只需计算其中一相即可推出期
余两相。
相电压
U a U AB 380 220 V 33
【例19-4】
一台三相电动机，额定功率PN=75kW， UN=3000V，cosN=0.85，效率N=0.82，试求额 定状态运行时，电机的电流IN为多少？电机的有功功 率、无功功率及视在功率各为多少？
解： 电机的额定功率PN是指机轴上输出的机械功
率，则电动机的电功率P为
P PN 75 91 5 kW
PN 3U P I P cos 3 U N I N cos 3U N I N cos
3
同理，三相电路的无功功率为
Q=QA+QB+QC = 3UPIPsin3U=N I N sin 三相电路的视在功率为
S P2 Q2 3U N I N
三相功率的测量：
测量三相电路的功率，对于三相四线制，应对各 相分别测量，通过求和得到三相电路的总功率，如下 图（1）所示；对于三相三线制，可用两瓦计法，如 下图（2）所示。
9.5 三相电路的功率
三相电路的总功率，等于三相负载各相的功率之和， 即
P = PA + PB + PC
对于三相对称负载，各相电压、电流大小相等，阻 抗角相同，故各相的有功功率是相等的，即
P= PA+ PB+ PC = UAIAcosA+UBIBcosB+UCICcosC =3UPIP cos
上式中，UP是相电压的有效值，IP是相电流的有效 值，为UP与IP的相位差，cos是功率因数。由于设 备铭牌中给出的电压、电流均是指额定线电压UN和额 定线电流IN，故无论是Y形连接还是△形连接，三相有 功功率的常用计算公式都可表示为
相电流
•
Ua 2200o V
•
•
IA
Ua Za
2200o 2053 1o
11 53 1o
A
•
I B 11 53 1o 120o 11 173 1o A
•
IC 11 53 1o 120o 1166 9o A
【例19-2】
三相四线制中的负载为纯电阻，RA=10Ω，RB= 5Ω，RC=2Ω，负载的相电压为220V，中线阻抗 ZN= 0，试求各相负载上和中线上的电流。
特别指出：
对于Y-Y联接的三相四线制对称三相电路，列出电 路的结点方程，得到17中线上的电压为
•
•
•
•
•
•
•
U N' N
Ua Z
Ub Uc ZZ
3 1
U a U b U c
Z
3 1
0
Z ZN
Z ZN
由于
•
U
N，' N 相 0当于中线短路，每相负载上的电压
是相电压，其电流可以单独计算如下：
•
•
IA
第19讲 三相电路
重点： 1、三相电源及对称三相电源； 2、三相电源的连接； 3、三相电路的计算； 4、三相电路的功率。
9.3 三相电源
引入：
工农业生产中常会遇到“多相制”的交流电路，多 相制电路是由多相电源供电的电路。多相电路以相的 数目来分，可分为两相、三相、六相等。在多相制中， 三相制有很多优点，所以它的应用最为广泛。
说明：
三相负载主要是一些电力负载及工业负载。三相负 载的联接方式有Y形联接和△形联接。当三相负载中各 相负载都相同，即ZA=ZB=ZC=Z=|Z| 时，称为三相 对称负载，否则，即为不对称负载。
9.4 三相电路的计算
一、分析方法
三相电路由于电源和负载的联接方式较多，负载又 分为单相、三相对称、三相不对称等，因而计算时需 考虑的问题也较多。本节仅对对称三相电路（三相对 称电源和三相对称负载相连组成的电路）进行分析。 单相负载和三相不对称负载可用正弦电路的一般分析 方法进行分析。
实际应用：
因为三相电源的相电压对称，所以在三相四线制的 低压配电系统中，可以得到两种不同数值的电压，即 相电压220 V与线电压380 V。一般家用电器及电子 仪器用220 V，动力及三相负载用380 V。
2、三角形连接
定义： 将三相电源各相的始端和末端依次相连，再由A、
B、C引出三根端线与负载相连。 下图所示为三相电源的三角形连接。
22 (22 j22 3) (55 j55 3) 55 j33 3 79 4133 9o A
【例19-3】
已知一对称三角形负载，接入线电压为380V的电 源中，测出线电流为15A，试求每相负载的阻抗。
解： 三角形接法时，每相的相电流为
IP
1 I 8 66 A 3
Z U 380 43 9 I P 8 66
（1）三相电源作星形联接时，线电流和对应的相 电流相等。
（2）三相电源作星形连接时，线电压是相电压的 倍，相位超前对应的相电压30o 。若用Ul表示线电压 的有效值，用UP表示相电压的有效值，则有
Ul 3U P
（3）三个线电压与相电压一样，也具有对称性。
强调：
三个相电压只有在对称时它们的和为零，不对称时 它们的和不为零，而三个线电压之和则不论对称与否 均为零。
三、三相电源和负载的连接 单相负载：
为保证各个单相负载电压稳定，各单相负载均以并联形 式接入电路。在单相负荷较大时，如大型居民楼供电，可 将所有单相负载平分为三组，分别接入A、B、C三相电路。
三相负载：
三相电源与三相负载连接，可以组成以下几种三 相电路：三相四线制的Y-Y联接、三相三线制的Y-Y 联接、Y-△联接、△-Y联接和△-△联接等。
解：相电压
•
U a 2200o V
•
U b 220 120o V
各负载上的相电流为
•
•
Ia
Ua
2200o
220o A
RA
10
•
•
Ib
Ub
220 120o
44 120o
A
RB
5
•
•
Ic
Uc
220120 o
110120o A
RC
2
根据相量形式的KCL得中线电流为
•
•• •
IN Ia I b I c 220o 44 120o 110120o
3、对称三相电路的计算依据的是单相正弦电路的 相量分析法以及三相电路的对称性。
本讲作业
1、复习本讲内容； 2、预习下一讲内容——网络函数和频率特性；
3、书面作业：习题9-7，9-8，9-10。
N 0 82
PN 3U N I N cos N N
故电机的额定功率为
IN
PN
3U N cos N N
75 103
20 71A
3 3000 0 85 0 82
电机的容量为
S 3U N I N 3 3000 20 71 107609 VA 107 6 kVA
电机消耗的无功功率为
对称三相电源：
由三个振幅相等、频率相同、相位彼此相差120o 的三个单相正弦电源组合而成的电源称为对称三相正 弦电源。 若以 U• 作A 为参考相量，这三个电压相量为：
•
U A U0o
•
U B U 120o
•
U C U120o
下图所示为三个单相电源的相量图和波形图。
相序：
按照各相电压经过正峰值的先后次序来说，若它们 的顺序是A-B-C-A时，称为正序，若为A-C-B-A时， 称为负序。以上各式就是正序时三个单相电源电压的 相量形表达式。
说明：
工程上通用的相序是正序，如果不加说明，都是指 的这种相序。用户可以改变三相电源与三相电动机的 连接方式来改变相序，从而改变三相电动机的旋转方 向。
二、三相电源的连接
1、星形连接
定义： 将三相电源的每一个绕组的末端X、Y、Z连在一起，
组成一个公共点N，对外形成A、B、C、N四个端子， 这种联接形式称为三相电源的星形联接（也叫Y形联 接）。
三相电源作三角形联接时，其线电压和相电压相 等，线电流等于相电流的倍，相位滞后对应的相电流 30o。
注意：
由于发电机每组绕组本身的阻抗较小，所以当三相 电源接成三角形时，其闭合回路内的阻抗并不大。通 常因回路内uA+uB+uC=0，所以在负载断开时电源绕 组内并无电流。如果三相电压不对称，或者虽然对称， 但有一相接反，则uA+uB+uC≠0，即使外部没有负载， 闭合回路内仍有很大的电流，这将使绕组过热，甚至 烧毁。所以三相电源作三角形连接时必须严格按照每 一相的末端与次一相的始端连接。在判断不清时，应 保留最后两端钮不接（例如Z端与A端），成为开口三 角形，用电压表测量开口处电压（例如uAZ），如果读 数为零，表示接法正确，再接成封闭三角形。
下图所示为三相电源的星形连接及其相量图。
名词解释：
火线
从三相电源的始端A、B、C引出的导线 称为端线或火线 。
零线
从中点N引出的导线称为中线或零线。
线电流源自文库
流出端线的电流称为线电流 。
相电流
每一相绕组中的电流称为相电流。
线电压
端线与端线间的电压称为线电压。
相电压
每相绕组两端的电压称为相电压。
电压、电流关系：
Q S 2 P2 107 62 91 52 56 6 kVar
本讲小结
1、由三相电源供电的电路，称为三相电路。对称 三相电源的电压是频率相同、相位相差120o的正弦 电压。
2、三相电源有Y形和△形两种联接方式，三相负载 也有以上两种联接方式。由对称三相电源和对称三相 负载组成的电路叫做对称三相电路。