三相负载的连接方式优化

3.2　三相负载的连接

交流用电设备分为单相的和三相的两大类。一些小功率的用电设备例如电灯、家用电器等为使用方便都制造成单相的，用单相交流电供电，称为单相负载。

三相用电设备内部结构有相同的3部分，根据要求可接成星形（Y）或三角形（△）。用对称三相电源供电，称为三相负载，例如三相异步电动机等。

负载接入电源时应遵守两个原则：一是加于负载的电压必须等于负载的额定电压；二是应尽可能地使电源的各相负荷均匀、对称，从而使三相电源趋于平衡。

3.2.1　负载的星形连接

把三个负载Z_A、Z_B、Z_C的一端连在一起，接到三相电源的中性线上，三个负载的另一端分别接到电源的A、B、C三相上称为负载的星形连接，如图3-5所示。当忽略导线阻抗时，电源的相电压与线电压就分别是负载的相电压与线电压，并且负载中点电位是电源中点电位。

负载的各相线电流称为线电流，如图中的，参考方向是从电源到负载。各相负载上的电流称为相电流，其参考方向与各相电压相同。显然星形接线时，线电流I_L就是相电流I_P，即

I_L=I_P

在图3-5中，3个相线与1个中性线供电的三相四线制电路中，计算每相负载中电流的方法与单相电路时一样。如果用相量法计算，则

各相负载的电压与电流之间的相位差分别为

中线电流I_N的参考方向为从负载到电源时有

1.三相对称负载如果三相负载完全相同，即各相阻抗的模（值）相同，阻抗角（初相位）相等，这种三相负载称为三相对称负载。此时三个相电流相等，各相电压与电流间的相位差也相同，即三个相电流之间的相位互差120°。因此，三相电流也是对称的，其相量图如图3-6所示。显然，此时中线电流I₀为零。既然中性线没有电流，它就不起作用，因此可以把中性线去掉。如图3-7所示的三相三线制电路就是如此。

综上所述，对于三相对称电路，只要分析计算其中一相的电压、电流就行了，其他两相的电压、电流可以根据其对称性（三相对称量大小相等相位差120°）直接写出，不必重复计算。星形接线时的线电压与相电压、线电流与相电流之间有下列一般关系式：

2.不对称三相负载电路在实际的三相电路中，负载是不可能完全对称的。对于星形连接，只要有中性线，负载的相电压总是对称的。此时各相负载都能正常上作，只是这时各相电流不再对称，中性线电流也不再为零。在计算各相电流及中性线电流时，一般用相量法计算最为简便。

对于负载不对称而又无中性线的三相交流电路，如图3-7所示，在负载不对称时，两中性点N和N′之间就会出现电压。由节点电压法，取N为参考点，则有

求得U′_N后，用相量法即可求出各负载电压及各支路电流。

【例3-1】在图3-5所示的电路中，电源电压是对称的，线电压为380V，试求：

（1）各相阻抗对称，Z=R=100Ω时各相的电流；

（2）当Z_A=R_A=50Ω，Z_B=R_B=100Ω，Z_C=R_C=100Ω时，各相电流及中线电流；(www.xing528.com)

（3）当（2）中无中线时各相负载电压。

解：以A相相电压为参考相量，则

（1）此时A相的电流为

根据对称性，得

（2）负载不对称时，有

中线电流为

（3）由式（3-10）得

则各相负载电压分别为

由例3-1可见，在负载不对称的三相三线制电路中，电源与负载的中点电位不再相等，而且三相中相电压有的高，有的低，这将影响负载的正常工作，甚至烧坏负载。因此，负载星形连接的三相三线制电路一般只适用于三相对称负载。在三相四线制供电的不对称电路中，为了保证负载的相电压对称，中性线不允许接入开关和熔断器，以免断开造成负载电压不对称。

3.2.2　负载的三角形连接

将三相负载的两端依次相接，并从3个连接点分别引线接至电源的3根相线上，这样就构成了三角形连接的负载，如图3-8所示。负载的相电压就是线电压，且与相应的电源电压相等，即

U_L=U_P

通常电源的线电压总是对称的，所以三角形连接时，不论负载对称与否，其电压总是对称的。如果按惯例规定各电压、电流的参考方向，如图3-8所示，则各相电流分别为

根据基尔霍夫电流定律，可得各线电流为

当负载对称时，由于电源电压是对称的，所以相电压是对称的。此时各电压、电流的相量图如图3-9所示。根据电流相量的几何关系，线电流也是对称的，且对称三角形负载的线电流落后于相应相电流，而线电流的有效值I是相电流有效值I的倍，即

当三角形负载不对称时，各相电流将不对称，而各线电流也将不对称，其各相电流与各线电流就不再是3倍的关系，要分别根据式（3-12）和式（3-13）来计算。

实际上，负载如何连接，要根据电源电压和负载额定电压的情况而定，保证负载所加的电源电压等于它的额定电压。三相电路中所说的电压、电流，在不作说明时均指其线值。