三相電源與負(fù)載的接法

一、三相電源的接法

1、電源的星形連接

把電源三相繞組的末端X、Y、Z連接到一起，從首端A、B、C引出連接負(fù)載的導(dǎo)線，稱為電源的星形連接。

三相繞組末端的結(jié)點(diǎn)稱為電源的中性點(diǎn)，以字母O或N表示，其引出的導(dǎo)線稱為中性線，又稱零線，當(dāng)中性線接地時(shí)又稱地線。每相引出的導(dǎo)線稱為相線，俗稱火線。

有中性線的三相供電方式稱為三相四線制。不引出中性線的三相供電方式稱為三相三線制。

相線與中性線間的電壓稱為相電壓，其瞬時(shí)值和有效值分別用uA、uB、uC和UA、UB、UC表示。任意兩相線間的電壓稱為線電壓，其瞬時(shí)值和有效值分別用uAB、uBC、uCA和UAB、UBC、UCA表示。

星形連接時(shí)，用向量法分析可得:線電壓超前于所對應(yīng)的相電壓30°，線電壓是相電壓的√3倍，即UAB=√3UA,UBC=√3UB,UCA=√3UC。

2、電源的三角形連接

將一相繞組的末端與相鄰一相繞組的首端依次連接，組成一個(gè)封閉的三角形，再從三個(gè)首端A、B、C引出三根端線，稱為電源的三角形連接。

在三角形連接中的三相繞組構(gòu)成閉合回路，其產(chǎn)生的電動(dòng)勢是三相對稱的，因此在閉合回路內(nèi)的三相電動(dòng)勢之和為零。但若有一相頭尾接錯(cuò)，則會(huì)引起閉合回路中的總電勢為一相電勢的2倍，可能導(dǎo)致電源繞組燒毀。故接線前，應(yīng)正確判定各相繞組的首末端。

三角形接法時(shí)，線電壓等于相電壓,即UAB=UA,UBC=UB,UCA=UC。

三相變壓器繞組連接常采用三角形接法，而三相發(fā)電機(jī)一般都接成星形。

二、負(fù)載的接法

1、負(fù)載的星形連接

把三相負(fù)載的末端連接到一起，從三個(gè)首端分別引出三條線與三相電源相連，稱為負(fù)載的星形連接。

星形連接時(shí)，線電流等于相電流，即IA=IA相，IB=IB相，IC=IC相。

當(dāng)三相負(fù)載的阻抗相等、功率因數(shù)角相等且具有同樣的性質(zhì)(即均為感性或容性)，這樣的負(fù)載稱為平衡負(fù)載。如果電源電壓對稱，則

IA=IB=IC=I線=I相。此時(shí)只要計(jì)算一相即可。

由于三個(gè)相電流或三個(gè)線電流大小相等，且各電流相位差為120°，所以中性線中沒有電流通過，即IN=1A+IB+IC=0，此時(shí)可將中性線省去，改為三相三線供電。但三相三線供電只適用于平衡負(fù)載，如三相電動(dòng)機(jī)、三相電爐等。

三相三線制供電時(shí)，供電電壓為線電壓U線，負(fù)載每相的電壓為相電壓U相，U線=√3U相。即線電壓為相電壓的√3倍。

在電源電壓對稱、負(fù)載平衡的情況下，I線=I相。即線電流等于相電流。

2、負(fù)載的三角形連接

一相負(fù)載的末端和另一相負(fù)載的首端相連，使三相負(fù)載構(gòu)成一個(gè)閉合回路，然后從三個(gè)首端(或末端)引出三條線與三相電源相連，由于負(fù)載一般畫成三角形的形式，所以稱為三角形連接。

三角形連接時(shí)，每相負(fù)載所受的電壓(相電壓)等于電源的線電壓，即

U線=U相。即線電壓等于相電壓。

三角形連接時(shí)，當(dāng)三相電壓對稱，(UAB=UBC=UCA=U線，各電壓彼此相位差120°)，負(fù)載平衡時(shí)，線電流IA=IB=IC=I線。

IA=√3IA相，IB=√3IB相，IC=√3lC相，I線=√3I相。即線電流為相電流的√3倍。

三、不平衡負(fù)載的星形連接

不平衡負(fù)載是指阻抗不等或阻抗角不等，或阻抗角大小雖然相等，但阻抗性質(zhì)不同的三相負(fù)載。

1、三相四線制向星形不平衡負(fù)載供電

如下圖所示，電源電壓對稱，其線電壓U線=380V，各相負(fù)載為純電阻，其值分別為RA=50Ω、RB=100Ω、RC=200Ω，計(jì)算電源與負(fù)載的相電壓、負(fù)載電流與中性線電流。

根據(jù)星形連接時(shí)，U線=√3U相，所以電源相電壓U相= 380/U線=220V。

如略去輸電線上的阻抗壓降，則負(fù)載端的線電壓與相電壓分別為380V和220V。求得通過各相負(fù)載的電流分別為:

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

中性線電流IN=1A+IB+IC，可根據(jù)向量作圖的方法求得(各電流必須按同一比例尺寸繪制)，也可把各電流分解成與x軸和y軸上的投影，利用直角關(guān)系進(jìn)行計(jì)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°

計(jì)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

負(fù)載不平衡時(shí)，在中性線中有電流通過，且IN會(huì)隨不平衡度增加而增加。如果沒有中性線，勢將造成負(fù)載各相電壓不相等。個(gè)別相上的電壓將會(huì)大大超過電源相電壓，使負(fù)載不能正常運(yùn)行，甚至因承受過高的電壓而損壞。

2、三相三線制向星形不平衡負(fù)載供電

下圖是三相三線電路，負(fù)載為純電阻，RA=5Ω、RB=10Ω、RC=20Ω。

當(dāng)C相負(fù)載斷開時(shí)，組成一個(gè)RA與RB串聯(lián)后接到與電源AB的閉合回路，此時(shí)通過負(fù)載的電流IA=IB=UAB/(RA+RB)=380/(5+10)=25.3A,且與UAB同相。RA與RB上的電壓URA與 URB分別為

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

如負(fù)載RA、RB的額定工作電壓為220V，則RA上的電壓低于額定值，而RB上的電壓則高于額定值，使兩個(gè)負(fù)載都不能正常工作。而RB上的電壓因?yàn)檫^高，負(fù)載還有被損壞的危險(xiǎn)。

所以不平衡負(fù)載，例如照明負(fù)載或其它接在三相電路中的單相負(fù)載，不宜采用三相三線制供電。如上圖中的三個(gè)負(fù)載如果是白熾燈，則上述情況發(fā)生時(shí)(C相斷開)，接在A相的燈就很暗，而接在B相的燈特別亮，并將被燒壞。即使C相未斷開，三相的燈亮度也各不同。并且若將燈泡接成上圖的電路時(shí)，在BC相的燈不用時(shí)(即 B、C相與電源斷開)，A相的燈也無法使用。

四、星形連接時(shí)的中性點(diǎn)位移

三相三線制中，如電源對稱，作星形連接的負(fù)載平衡，則電源中性點(diǎn)N與負(fù)載中性點(diǎn)N'等電位。但當(dāng)負(fù)載不平衡時(shí)，N'點(diǎn)的電位就不再與電源中性點(diǎn)N的電位相等，這種兩個(gè)中性點(diǎn)電位不等的現(xiàn)象稱為中性點(diǎn)位移，或稱為中性點(diǎn)移動(dòng)。

上題中C相斷開后，作用在RA、RB上的電壓為UAB=IARA+IBRB=UA N'+U N'B，其向量圖如下圖所示。

圖中電源中性點(diǎn)N與負(fù)載中性點(diǎn)N'間的連線為向量UN N'，UN N'即為中性點(diǎn)位移電壓，也就是電源中性點(diǎn)N與負(fù)載中性點(diǎn)N'間的電位差，其大小、相位取決于負(fù)載的不平衡程度和負(fù)載的性質(zhì)。

五、三相四線制中性線的作用及要求

1、中性線的作用

三相四線制供電系統(tǒng)一般都是低壓供電系統(tǒng)，其供電電壓大部分是380V/220V。其負(fù)載除三相電動(dòng)機(jī)、三相電爐等三相負(fù)載外，大部分是單相負(fù)載，如照明、電焊機(jī)、小容量電爐等。由于各相設(shè)備的具體使用條件不同，實(shí)際上無法保證三相平衡，因此電源作星形連接時(shí)不能采用三相三線供電，必須設(shè)置中性線。由于中性線連接在電源中性點(diǎn)N與負(fù)載中性點(diǎn)N'之間，從而可以強(qiáng)制N與N'等電位，使負(fù)載每相所受的電壓即為電源每相電壓(不計(jì)線路壓降)，以保證負(fù)載能在額定電壓下正常工作。強(qiáng)制負(fù)載中性點(diǎn)N'與電源中性點(diǎn)N等電位，使不平衡負(fù)載的相電壓達(dá)到對稱，這就是中性線的作用。

2、中性線的要求

1)為能強(qiáng)制負(fù)載中性點(diǎn)N'與電源中性點(diǎn)N等電位，中性線中不能接入熔斷器;

2)中性線必須要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以防止中性線的斷裂;

3)中性線要有合適的截面，以避免IN在中性線上產(chǎn)生過大的壓降，影響強(qiáng)制等電位的作用。