圖文詳解：電工基礎(chǔ)之負(fù)載星形聯(lián)接的三相電路

所謂電路，有了電源，還需有負(fù)載才算完美！上一次我們學(xué)習(xí)了三相交流電源的相關(guān)知識(shí)，而這次，技成培訓(xùn)網(wǎng)楊思慧老師就帶大家就把電源與負(fù)載結(jié)合起來(lái)一起學(xué)習(xí)吧～

可能有的同學(xué)說(shuō)：“三相電源的知識(shí)都沒(méi)會(huì)呢，結(jié)合負(fù)載豈不是更難”？別擔(dān)心，結(jié)合負(fù)載的三相交流電路呀，其實(shí)更有助于大家理解三相交流電喲。如果大家學(xué)完后還有什么不懂的，可以在線提問(wèn)。

那么，我們開(kāi)始這次的學(xué)習(xí)！回顧我們上次所學(xué)的知識(shí)，三相交流電源的連接方式有兩種：星形連接和三角形連接。而三相負(fù)載也是類(lèi)似的有兩種連接方式：星形（Y）連接和三角形（△）連接，我們這次先來(lái)學(xué)習(xí)三相負(fù)載星形聯(lián)接的三相電路，下次再接著學(xué)習(xí)三相負(fù)載的三角形聯(lián)接電路哈。

在三相交流電路中，負(fù)載可以分為三相負(fù)載和單相負(fù)載，如上圖38-1所示的三相四線制供電的三相電路。類(lèi)同于圖1的電路，單相負(fù)載只需一相電源供電，也就是俗稱的火零線供電，如照明負(fù)載、家用電器等。

我們普通家庭用電一般是單相的，而且使用的火線是A、B、C三相中的任一相，到底是哪一相呢？大家感興趣的可以自己看看自家的線路。而三相負(fù)載需要三相電源同時(shí)供電，如三相電動(dòng)機(jī)等。

在這里要說(shuō)明的一點(diǎn)是，雖然我們家庭用電是單相電路，但是對(duì)于電源而言，3個(gè)單相負(fù)載依然是構(gòu)成了三相星形負(fù)載的。例如有一臺(tái)變壓器采用三相四線制的方式供電，其中A、B、C3個(gè)單相線路分別給3棟樓供電，對(duì)于變壓器而言，其負(fù)載是指3個(gè)單相負(fù)載的代數(shù)和。

回顧上一次學(xué)習(xí)三相電源時(shí)，提及的“發(fā)電機(jī)定子上的3個(gè)線圈的首末端標(biāo)記除了采用U1-U2，V1-V2，W1-W2的方式外，也有采用A-X，B-Y，C-Z的方式，后者是以前的舊標(biāo)準(zhǔn)，但目前依然在多處使用”，在三相負(fù)載的首尾端標(biāo)記方式也是如此，例如電動(dòng)機(jī)的接線端，一般采用U1-U2，V1-V2，W1-W2的標(biāo)記方式。

按電源、負(fù)載對(duì)稱性可以將三相電路分為三相對(duì)稱電路和三相不對(duì)稱電路，其中的負(fù)載稱為對(duì)稱三相負(fù)載和不對(duì)稱三相負(fù)載。所謂對(duì)稱三相負(fù)載，是指每一相的負(fù)載阻抗均相等，即ZA=ZB=ZC，不管是阻抗的模（值）（|ZA|=|ZB|=|ZC|）或者是輻角（φA=φB=φC），都是相等的，如三相電動(dòng)機(jī)。當(dāng)三相負(fù)載不滿足其對(duì)稱性的要求（ZA=ZB=ZC）時(shí)，即阻抗值不同、阻抗角不同或者值和角都不相等的情況下，就稱為不對(duì)稱三相負(fù)載。

類(lèi)似于三相電源，三相負(fù)載按其聯(lián)接方式可以分為星形（Y）負(fù)載和三角形（△）負(fù)載，如下圖2所示，3個(gè)阻抗接成星形（Y）就構(gòu)成星形負(fù)載，同理，3個(gè)阻抗接成三角形（△）就構(gòu)成三角形負(fù)載。

圖2中，從對(duì)稱三相電源的3個(gè)端子引出3條端線（忽略線路阻抗），把一些三相負(fù)載連接在端子上就形成的三相電路，如果此時(shí)三相負(fù)載對(duì)稱，那么就構(gòu)成了對(duì)稱三相電路。圖（a）中，三相電源為星形電源，負(fù)載為星形負(fù)載，稱為Y—Y連接方式；圖（b）中的三相電源為星形電源，負(fù)載為三角形負(fù)載，稱為Y—△連接方式。另外還有△—Y和△—△連接方式，大家可以結(jié)合上一次所學(xué)的三相電源，畫(huà)出其余兩種連接方式的電路。

三相負(fù)載聯(lián)接的原則是：電源提供的電壓等于負(fù)載的額定電壓；單相負(fù)載盡量均衡地分配到三相電源上。

所以，三相負(fù)載采用哪種聯(lián)結(jié)方式，要根據(jù)負(fù)載的額定電壓和電源電壓確定。例如在圖38-2中，設(shè)電源線電壓為380V，此時(shí)其相電壓為220V，若此時(shí)負(fù)載的額定電壓為220V，就可以采用星形聯(lián)接方式，此時(shí)每相負(fù)載所承受的電壓為相電壓220V;

若負(fù)載的額定電壓為380V時(shí)，就應(yīng)采用三角形聯(lián)接方式，此時(shí)每相負(fù)載所承受的電壓為線電壓380V。

上一次的學(xué)習(xí)中，我們知道了星形電源和三角形電源的相電壓與線電壓的關(guān)系，把電源與負(fù)載連接起來(lái)，此時(shí)負(fù)載中就會(huì)流過(guò)負(fù)載電流，那么，這個(gè)負(fù)載電流與負(fù)載的聯(lián)接方式又有什么關(guān)系呢？我們先來(lái)分析星形負(fù)載的聯(lián)接方式，三角形負(fù)載的線電流與相電流關(guān)系我們下次再繼續(xù)學(xué)習(xí)。

在三相系統(tǒng)中，流經(jīng)輸電線中的電流稱為線電流；流經(jīng)三相負(fù)載中每一相的電流，稱為相電流，如圖2中流經(jīng)負(fù)載ZA、ZB、ZC中的電流；流經(jīng)中性線的電流稱為中性線的電流。

圖3為Y—Y連接方式的三相電路，從圖中，我們可以得到：

（1）負(fù)載端的線電壓等于電源線電壓；

（2）負(fù)載的相電壓等于電源相電壓；

（3）線電流等于相電流。根據(jù)三相電路的性質(zhì)，各相負(fù)載的電流分別等于各相電壓與阻抗的比值，而各相負(fù)載的電壓與電流之間的相位差就等于該相的阻抗角，即電壓與電流之間的相位差就等于該相阻抗的電抗與電阻的反正切值。

另外，如果星形負(fù)載帶中性線時(shí)，可以將各相分別看作單相電路計(jì)算，若此時(shí)三相電路電流對(duì)稱，顯然中性線的電流為零。

為了便于大家理解，我們用一個(gè)簡(jiǎn)單例子來(lái)說(shuō)明。圖4為一簡(jiǎn)單三相電路，對(duì)稱三相電源的線電壓為380V，因?yàn)槠鋵?duì)稱性，我們可以很快得出每個(gè)電源相電壓為220V，相位互差120°。

設(shè)A相電壓相位為0°，可以得到B、C相電壓如圖4所示。星形聯(lián)接的對(duì)稱三相負(fù)載，每一相負(fù)載已知，為Z=3 j4，可以根據(jù)阻抗三角形求出阻抗的模和輻角（阻抗角），如圖38-5所示。

最后，每個(gè)負(fù)載的電流直接用每相電壓除以該相阻抗，就可以求得結(jié)果，對(duì)稱三相電路中，除電源電壓三相阻抗對(duì)稱外，顯然負(fù)載電流也是對(duì)稱的（電流等于電壓除以阻抗），所以在三相對(duì)稱電路中，求負(fù)載電流時(shí)，可以只求其中一相的電流，然后根據(jù)電流的對(duì)稱性，求出其余兩相的電流，如圖5所示。

由于三相電流對(duì)稱，根據(jù)相量圖可以很快得出，此時(shí)中性線的電流為零，也就是說(shuō)，負(fù)載對(duì)稱時(shí)，中性線無(wú)電流流過(guò)，可省掉中性線。對(duì)稱三相電路的電流求解比較簡(jiǎn)單，那么，如果負(fù)載不對(duì)稱，各相負(fù)載電流又應(yīng)該如何求解呢？

其實(shí)，不管負(fù)載對(duì)不對(duì)稱，其電流都是等于各相電壓除以各相阻抗，只不過(guò)對(duì)稱時(shí)，只需求一相電流，其余兩相可以直接得出，不對(duì)稱時(shí)要分別求出3個(gè)負(fù)載電流，計(jì)算過(guò)程多了而已。另外，對(duì)稱三相電路中中性線的電流為零，而不對(duì)稱三相電路中，中性線的電流顯然不為零了，即三個(gè)不對(duì)稱電流的和不等于零。

說(shuō)到底，負(fù)載電流的計(jì)算依然是相量的運(yùn)算問(wèn)題，所以在此再次建議大家把相量的相關(guān)知識(shí)給弄懂。

在《電工基礎(chǔ)》課程的第73課時(shí)中，曹老師還對(duì)照明系統(tǒng)（三相四線制）的幾種故障進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，包括中性線斷與未斷時(shí)的單相短路故障、中性線斷與未斷時(shí)的單相斷路故障情況下，各相負(fù)載電壓的變化。

如圖6所示，例如在照明系統(tǒng)中，A相線路短路時(shí)，若此時(shí)中性線未斷，顯然，短路電流會(huì)流經(jīng)中性線，造成線路保護(hù)跳閘或熔斷器熔絲燒斷，而其余兩相電壓不受影響；

若在中性線斷開(kāi)時(shí)發(fā)生A相線路短路，此時(shí)A相阻抗為零，也就是說(shuō)A相上沒(méi)有壓降，電源端線直接接至中性點(diǎn)，此時(shí)中性點(diǎn)電壓即為A相電壓。

顯然，此時(shí)B相負(fù)載所承受的電壓為BN兩點(diǎn)的電壓，N點(diǎn)電壓等于故障前A相電壓，即B相負(fù)載所承受的電壓實(shí)際上是BA兩相的線電壓，同理，C相負(fù)載所承受的電壓實(shí)際上是CA兩相的線電壓，兩相負(fù)載所承受的電壓可能超過(guò)其額定電壓，損壞電器，這是不允許的。

從上面的故障分析中，可以看出，照明負(fù)載三相不對(duì)稱，必須采用三相四線制供電方式，且中性線上不允許接刀閘和熔斷器。關(guān)于故障分析，理解起來(lái)可能有點(diǎn)難，大家如果有什么問(wèn)題的，可以在線提問(wèn)喲！

這次的學(xué)習(xí)還是比較貼合實(shí)際的，所以建議大家認(rèn)真學(xué)習(xí)。