三相交流电源连接方法简析

三相电源的每相都可以作为独立电源，分别向负载供电，但是在实际应用中，三相发电机的每相电压源并不是各自独立供电的，而是通过一定方式连接在一起供电的。

三相交流电源连接

三相电源的连接方式有星形（Y）连接和三角形（Δ）连接。

1.三相电源的星形（Y）连接

将三相交流电源的3个绕组的末端连在一起，首端分别与负载相连的接法为三相电源的星形连接。

1）电路结构

如图5-7所示，三相绕组的末端连接在一起而形成的公共点N称为中性点，简称中点。由中性点引出的线称为中性线，简称中线，俗称零线；由三相绕组的首端引出的3根线，称为端线（也称为相线），俗称火线。这样的供电线路称为三相四线制Yn。在低电压供电时，多采用三相四线制，无中性线的供电线路可称为三相三线制Y。

2）电压特点

三相电源采用星形连接时，可以得到两组电压，即相电压和线电压。

相电压是指端线与中性线之间的电压，也就是每相电源的电压，方向由绕组的首端指向末端，如图5-7所示。由于三相电源是对称的，所以3个相电压也是对称的，即它们的振幅相等、频率相同，相位依次互差120°。3个相电压瞬时值用uA、uB、uC表示；有效值用UA、UB和UC表示，3个相电压有效值UA=UB=UC，用UP表示。

图5-7　三相电源的星形连接

线电压是指端线与端线之间的电压，如图5-7所示，其瞬时值用uAB、uBC、uCA表示，有效值用UAB、UBC和UCA表示。从图5-7可以得出，线电压与相电压瞬时值关系为

线电压与相电压用相量表示，则关系为

三相电源星形连接时，线电压、相电压相量图如图5-8所示。

图5-8　线电压与相电压的相量图

因为

即

同理可得

因为3个相电压是对称的，则有

3个线电压也是对称的，即它们的振幅相等、频率相同，相位依次互差120°，具有

3个线电压有效值UAB=UBC=UCA，用UL表示。

对于三相对称电源，有

通过以上分析知道，三相对称电源作星形连接时，3个线电压和3个相电压都是对称的，各线电压的有效值等于相电压有效值的倍，而且各线电压在相位上比其对应的相电压超前30°。

【特别提示】

通常所说的220 V、380 V电压，就是指三相对称电源作星形连接时的相电压和线电压的有效值。

已知三相四线制供电系统，线电压为380 V，相电压的大小为

例5.1　星形连接的对称三相电源中，已知线电压，试求出其他各线电压和各相电压的解析表达式。

解　根据星形对称三相电源的特点，求得各线电压分别为

依据式（5-6），则

根据对称性，则其余两相相电压分别为

2.三相电源的三角形（Δ）连接(www.xing528.com)

将三相电源的3个绕组首尾依次相连形成一个闭合回路，再从两两连接点引出端线，这样的连接方式称为三相电源的三角形连接。

1）电路结构

如图5-9所示，三相电源的3个绕组中A相绕组的尾端X与B相绕组的首端B，B相绕组的尾端Y与C相绕组的首端C，C相绕组的尾端Z与A相绕组的首端A顺次相连，并从各相电源的首端分别引线，就构成了三相电源的三角形连接。

2）电压特点

三相电源的三角形连接只有3个端点，引出3根端线，如图5-9所示，很明显，各线电压就等于各相应的相电压，即

由于相电压对称，则线电压也对称，即

其相量图如图5-10所示。

图5-9　三相电源的三角形连接

图5-10　线电压与相电压的相量图

因此，当对称三相电源做三角形连接时，如果连接正确，在绕组内部是没有环路电流通过的。一旦连接错误（如某一相接反），电源回路会形成很大的电流，将会烧毁电源设备。

【特别提示】

三相电源作三角形连接时必须严格按照每一相的尾端与次一相的首端依次连接。在判别不清时，应保留最后两端钮不接（如Z端与A端），成为开口三角形，用电压表测量开口处电压，如果读数为零，表示接法正确，再接成封闭三角形。

思考题

（1）三相四线制供电系统中可提供哪两种电压？

（2）正序对称三相正弦交流电压，已知其中B相电压，则求uA、uC，并且求uA+uB+uC。

（3）对称三相电压源作星形连接，每相电压有效值均为220 V，但其中B相接反了，如图5-11所示，则电压UAB的有效值等于多少？

图5-11　题（3）图

【知识拓展】

电力系统

电能是现代社会使用的主要能源，它既清洁又方便，因而在人们的生产、生活等诸方面得到广泛的应用。电能是二次能源，它是由煤炭、水力、石油、天然气、太阳能及原子能等一次能源转换而来的。电能以功率形式表达时，俗称为电力。它的生产、传输和分配是通过电力系统来实现的。由发电机、输配电线路、变压设备、配电设备、保护电器和用电设备等组成一个总体，即为电力系统。电力系统中从发电厂将电能输送到用户的部分则为电力网。

1.发电、输电和配电

发电厂是电力系统中提供电能的部分。发电厂按转化为电能的一次能源的不同，可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂、潮汐能发电厂和太阳能发电厂等。我国目前由于煤矿资源和水力资源比较丰富，火力发电和水力发电占据了主导地位，核电的发展也相当快，其所占的地位日趋重要，而风力发电、地热发电、潮汐能发电、太阳能发电还只在局部地区使用。但太阳能和风能等是取之不尽、没有污染的绿色能源，是应该大力发展的，在未来一次能源短缺的社会中，其重要性必将更加突显。各种发电厂中的发电机几乎都是三相交流发电机。如图5-12所示电能从发电厂传输到用户要经过电力网，电力网分为输电网和配电网两大部分。电力网的电压等级分为低压（1 kV以下）、中压（1～10 kV）、高压（10～330 kV）、超高压（330～1 000 kV）、特高压（1 000 kV以上）。我国常用的输电电压等级有35 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV等多种；常用的配电电压为高压10 kV或6 kV、低压380 V/220 V。

图5-12　电力系统示意图

2.工厂供电系统

工厂配电一般有6～10 kV高压和380 V/220 V低压两种。对于容量较大的泵、风机等一些采用高压电动机传动的设备，直接由高压配电供给；大量的低压电气设备需要380 V/220 V电压，由低压配电供给。

3.电力负荷

电力系统中所有用电设备所耗用的功率，简称负荷。在电力系统中，发电机的发电与负荷用电是一个统一的整体。负荷因其用途或供电条件等的不同，有各种分类方法。我国主要是按产业分类和按用途分类。

按产业分类，可分为工矿业负荷、农业负荷、交通运输负荷、市政及居民负荷（其中包括一般商业负荷）。

按用途分类，可分为照明负荷、电力负荷。电力负荷根据能量转换的不同，又可分为动力负荷、电热负荷、电解负荷及整流负荷。

此外，在规划和设计中，按照对供电可靠性要求的不同，还分为一类负荷、二类负荷、三类负荷。其中一类负荷对供电可靠性的要求最严格。一类负荷是指中断供电将造成人身伤亡者、重大的政治经济影响的负荷，应有两个或两个以上独立电源供电。二类负荷是指中断供电将造成较大的政治经济影响的负荷，尽可能要有两个独立的电源供电。三类负荷是指不属于一、二类电力负荷，对供电没有特别要求的供电。