三相负载的星形连接优化：如何进行三相负载的星形连接？

将三相负载的一端连接在一起和电源中性线相连，另一端分别和相线相连，形成负载星形连接的三相四线制电路，如图4－6所示。

2.1.1　相电压和线电压

从图4－6可知，各相负载的相电压（即各相负载两端的电压）等于电源的相电压，三相负载的线电压等于电源的线电压，因此

2.1.2　相电流和线电流

三相电路中，流过每相负载的电流称为相电流，相电流的有效值用Iu、Iv、Iw表示，统一记为IP，其方向与相电压方向一致；流过每根相线的电流称为线电流，线电流的有效值用IU、IV、IW表示，统一记为IL，其方向由电源流向负载；流过中性线的电流称为中性线电流，用符号IN表示，其方向由负载的中点流向电源的中点。

由图4－6可知，三相负载星形连接时，电源的线电流等于负载的相电流，即

图4－6　三相负载的星形连接

（a）三相四线制；（b）三相三线制

三相电路中的每一相负载相当于单相电路，所以各相电流与电压间的相位关系及数量关系都可用讨论单相电路的方法来讨论。

假设某相负载阻抗为ZP，则相电流为

由图4－6可知，根据基尔霍夫电流定律，可得

1.三相对称负载

若三相负载对称，则在三相对称电压作用下，流过三相对称负载中每相负载的电流皆相等，每相电流间的相位差仍为120°，其相量如图4－7所示。

由图4－7可知，，即三相负载对称时，中性线电流为零，因此取消中性线也不会影响三相电路的工作，这时三相四线制就变成了三相三线制，如图4－6（b）所示。如三相异步电动机及三相电炉等负载，当采用星形连接时，电源对该类负载就不需接中性线。通常在高压输电时，由于三相负载都是对称的三相变压器，所以都采用三相三线制供电。

图4－7　三相对称负载的三相电流相量图

边学边练

例：有一台三相电动机采用星形连接，接到线电压为380V的三相电源上，已知电动机每相绕组的电阻为60Ω，感抗为80Ω，试求负载的相电压、相电流和线电流。

解：已知UL＝380V，R＝60Ω，XL＝80Ω

由可知

在星形连接的三相对称负载中，，故

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由，故

2.三相不对称负载

实际上，许多用电负载都是单相负载，尽管在设计与安装时，尽可能将这些单相负载均衡地分配在各相电源上，如图4－8所示，但因为各相负载的使用情况不可能完全一致（例如各相负载的使用时间不一致，还可能接上临时性的负载等），所以常见的还是三相不对称负载，各相电流的大小不相等，相位差也不一定是120°，中性线中有电流通过，此时中性线是不能省去的，而必须采用三相四线制供电。

图4－8　三相照明电路的星形连接

边学边练

例：在图4－9所示的三相四线制系统中，每相接入一组灯泡，其等效电阻R＝400Ω，若线电压为380V，试计算：

图4－9　三相四线制照明电路

（1）各相负载的电压和电流的大小；

（2）如果L1相断开时，其他两相负载的电压和电流的大小；

（3）如果L1相短路时，其他两相负载的电压和电流的大小；

（4）若除去中性线，重新计算（1）、（2）、（3）。

解：（1）在正常情况下，如图4－9（a）所示。对称三相负载，三相的电压和电流都是对称的，只需任求一相即可，由式（4－7）、式（4－9）可知

电压为　

电流为　

（2）当L1断开时，如图4－9（c）所示。L2、L3相的负载两端电压还是保持为相电压，能正常工作，电压和电流数值同（1）；

（3）当L1相短路，如图4－9（d）所示。L1相上的保险装置使L1相断开，L2、L3相上负载仍能正常工作，电压和电流数值同（1）；

（4）若除去中性线，正常情况下三相四线制系统成为三相三线制系统，如图4－9（b）所示。每相的电压和电流大小同（1）；

若此时L1相断开，则R2、R3灯组串联接在L2L3之间，承受线电压380V。因R2＝R3，故灯组承受的电压为

电流为

因R2、R3灯组两端电压低于额定电压220V，因此R2、R3灯组变暗。

若此时L1相短路，在瞬间R2、R3分别接在两相L1L2、L1L3之间，灯组两端的电压均为380V，通过的电流为，两灯组迅速变亮，即刻烧坏。

中性线的作用就是保证星形连接的不对称三相负载能够保持基本对称的三相相电压。中性线不仅不能够省去，而且还要保证不会断开，因此不允许在中性线上安装开关和熔断器等短路或过流保护装置，中性线本身的强度要比较好，接头也要比较牢固。