三相负载电路的工作原理及应用

三相负载电路的连接一般有星形连接和三角形连接两种方式。在三相四线制中，线电压是380V，相电压是220V。负载如何连接，要根据其额定电压的大小而定。

1）负载的星形连接

如图3.19所示，将三相负载的首端分别接在3根相线上，尾端共同接在中性线上，这种连接方式就是三相负载的星形连接，用符号“Y”表示，图中，Z1，Z2，Z3为负载。

图3.19　三相负载星形连接

（1）线电压与相电压的关系

三相负载星形连接时，负载上获得的电压是电源相线与中性线之间的电压，即相电压。因此，电源的线电压是负载相电压的倍，即

在相位上，线电压超前相电压。

（2）线电流与相电流的关系

通过每一相负载的电流称为相电流，一般用IYP表示；通过每一根相线的电流称为线电流，一般用IYl表示。在三相四线制交流电路中，因为中性线的存在，所以每一相就是一个独立的交流电路，则流过相线的电流也会直接流过对应的每一相负载，使得线电流与相电流相等，即

IYl=IYP

在三相负载对称的情况下，

三相对称负载星形连接时，各相电流大小相等，相位彼此相差，此时中性线上没有电流，去掉中性线不会影响三相电路的正常工作，因此也可采用“三相三线制”电路供电，如常用的三相对称负载三相电动机、三相电阻炉和三相变压器等，如图3.20所示。

（3）中性线的作用

在很多情况下，三相交流电路是不对称的，如常见的照明电路就是典型的不对称星形负载。如图3.21所示，为了分析方便，设定负载为阻性负载，U相线路没有工作，由于故障，中性线断开，RV和RW成为串联关系，L2、L3之间的电压为线电压380V。设RV=10Ω，RW=20Ω，则L2、L3两相上的电压分别为

图3.20　三相三线制供电

图3.21　不对称星形负载

由此可见，L2相上的电压低于220V额定电压，不能正常工作。L2相上的电压高于220V额定电压，则造成过电压损坏。

所以，对于不对称星形负载的三相电路，必须采用带中性线的三相四线制供电。即使某一相发生故障，也可保证其他两相正常工作。

因此，中性线对于电路的正常工作及安全非常重要。在三相四线制中规定：

①中性线上不允许安装开关和熔断器，以防止断路。

②通常把中性线接地，与大地等电位，以保障安全。

理论和实践证明：三相负载越接近对称，中性线电流就越小。所以，在安装照明电路时，应尽量使各相负载平衡，以减小中性线电流。

2）负载的三角形连接

如图3.22所示，将三相负载分别接到三相交流电源的两根相线之间，此时三相负载的相与相之间首尾相连，这种连接方法称为三相负载的三角形连接，用符号“△”表示。

图3.22　三相负载三角形连接

（1）线电压与相电压的关系

三相负载三角形连接时，负载上获得的电压是电源相线与相线之间的电压，即为线电压。因此，电源的线电压和负载的相电压相等，即

Ul=UΔP(www.xing528.com)

（2）线电流与相电流的关系

应用基尔霍夫第一定律可以求出线电流与各相电流之间的关系为

i1=i12﹣i31

i2=i23﹣i12

i3=i31﹣i23

因此，三相负载作三角形连接时，线电流是相电流的倍，即

在相位上，线电流滞后于对应的相电流。

【友情提示】

在同一个对称三相电源的作用下，对称负载作三角形连接时的线电流是负载作星形连接时的线电流的3倍。因此，为了减小大功率三相电动机的启动电流，常采用Y-△降压启动的方法来解决。

3）三相负载的功率

（1）有功功率

在三相交流电路中，三相负载总的有功功率等于各相负载的有功功率之和，即

如果三相负载对称，则

P=3UPIPcosφ

上式是用相电压和相电流进行计算的，但在实际生活中，通常用线电压和线电流来计算三相负载的功率。当负载作星形连接时

当负载作三角形连接时

所以，对称三相负载无论是作星形连接还是作三角形连接，其总的有功功率都可以用线电压和线电流表示为

（2）无功功率

三相负载同单相负载一样，电路中既有耗能元件，也有储能元件。因此，三相交流电路中仍然有无功功率，其大小为

（3）视在功率

三相负载的视在功率可表示为

【友情提示】

同一负载在同一三相电源作用下，负载作三角形连接时的总功率是作星形连接时的3倍。

例3.10　在对称三相负载中，电源的线电压为380V，每相负载的电阻R=3Ω，电感XL=4Ω，将它们分别接成星形和三角形。试求：线电压、相电压、相电流、线电流、总功率各是多少？

解：（1）负载星形连接时，负载线电压与电源线电压相等且为相电压的倍，负载相电流等于线电流，有

（2）负载三角形连接时，负载线电压与相电压相等，负载线电流是相电流的倍，则有