三相负载星形和三角形连线的任务训练

一、任务目的

1.掌握三相负载的星形、三角形连接方法。

2.验证对称三相负载的星形、三角形连接时，线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。

3.理解中线的作用。

二、任务设备、仪器

三相调压器　0～380 V　1 台

三相负载灯板　40 W×9　1 块

交流电压表　500 V　1 只

交流电流表　5 A　6 只

三、任务内容及步骤

1.按照图4.5.1 接好电路，电源线电压为220 V。合上S，测量下列情况下的负载相电压、线电压、线电流、相电流、中线电流及中点电压，将测量结果记录于表4.5.1 中。

①负载对称有中线（S1、S2 均合上）。

②负载对称无中线（S1 合上、S2 打开）。

③负载不对称，有中线（改变其中两相灯泡个数），S1、S2 均合上。

④负载不对称，无中线，S1 合上、S2 打开。

⑤负载对称，有中线，其中一相断线，S1 打开，S2 合上。

⑥负载对称，无中线，其中一相断线，S1 打开，S2 合上。

2.按照图4.5.2 接好电路，电源线电压为220 V。合上S，测量下列情况下的负载相电压、线电压、线电流、相电流，将测量结果记入表4.5.2 中。

①负载对称S1、S2 均合上。

②负载不对称（三相负载灯泡个数不等），S1、S2 均合上。

③负载对称，（灯泡个数相等），一相负载断线，S1 合上，S2 断开。

④三相负载对称，一相电源断开，S1 打开、S2 合上。

图4.5.1　三相负载的连接（一）

图4.5.2　三相负载的连接（二）

表4.5.1　三相负载的连接任务表（一）

表4.5.2　三相负载的连接任务表（二）

四、任务报告

1.比较表中任务数据，说明负载对称时线电压与相电压之间的关系，中线对相电压的影响。

2.比较表中任务数据，说明负载不对称时，什么情况下满足UL=UX。无中线时，哪相电压高，哪相电压低，为什么？

知识拓展

三相电路的功率

三相电路中电流和电压都是按正弦规律变化的，所以三相电路中各相功率的计算与单相电路中功率的计算完全一样。

三相负载的有功功率等于各相功率之和，即

由

其中，UA、UB、UC 是相电压的有效值；IA、IB、IC 是相电流的有效值；φA、φB、φC 则分别是A 相、B 相、C 相的相电压与相电流之间的相位差。

当三相电路对称时，令：

则有

为了测量方便，通常用线电压的有效值UL 和线电流的有效值IL 的大小来表示P。考虑到当三相负载星形连接时IP =IL，而；当三相负载三角形连接时，而UL=UP，概括这两种情况，可将式（4.6.2）写成

其中，φ 仍是相电压与相电流之间的相位差。(www.xing528.com)

在对称三相电路中，无论负载是星形连接还是三角形连接，由于各相负载相同，各相电压大小相等，各相电流也相等，所以三相功率为

其中，φ 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流之间的相位差。

三相电路的视在功率为

三相电路的无功功率为

三相电路的功率因数为

在同一电源下，相同的负载从电源取用的电流（线电流）和消耗的功率与连接方式有关，负载由Y 形连接改接成△形连接后，线电流是Y 形连接时的倍。大功率的电动机为克服启动电流过大而影响电网，常采用Y 形连接启动、△形连接运行的方式。

还应看到，若负载应接成Y 形，而错接成△形，则负载可能会因功率和电流过大而烧毁；若负载应接成△形，而错接成Y 形，则负载会因功率和电流过小而不能在正常状态下工作。因此，当把负载接入三相电路时，必须按负载的工作要求（额定电压、额定电流和额定功率）正确连接。

先导案例解决

电力生产的交流发电机、变压器、高压输电，直至用电设备，采用三相交流电要比用单相制具有显著的优越性。①制造三相发电机、变压器比制成同容量的单相发电机、变压器省材料；②在输电距离、功率、耗电、导线材料等相同条件下，用三相的材料投资只是单相的75%；③电力负荷主要是异步电动机，而根据三相旋转磁场原理制成的三相异步电动机，其结构简单，拖动性能好，工作可靠，使用简便。所以，国内、外采用三相制是电力生产、输送的基本方法，而不采用单相制和其他多相制。

生产学习经验

1.在使用三相交流电时，最应该注意的是星形连接中性线的有无，如果是对称负载可以不接中性线；如果负载不对称，则会造成某相电压升高，而某相电压降低，严重时甚至会烧毁设备。

2.通过对三相电的学习，增强安全用电的意识，在实际工作、生活中具有安全用电常识和基本的应变能力。

本章小结

BENZHANGXIAOJIE

本章介绍了电路的基本概念，内容包括以下几方面。

1.三相电源

振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差120°的3 个电动势称为对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表达式如下。

第一相（U 相）电动势：e1= Emsin ωt

第二相（V 相）电动势：e2= Emsin（ ωt -120°）

第三相（W 相）电动势：e3=Emsin（ωt+120°）

三相电源中的绕组有星形（亦称Y 形）接法和三角形（亦称△形）接法两种。三相对称电源通常接成星形，采用三相四线制供电，这样可同时向负载提供两种电压，线电压是相电压的倍。三相电源为三角形连接时，线电压等于相电压。

2.三相负载

三相负载中，如果每相负载的阻抗值和阻抗角都相等，即它们的复阻抗值相等，则称为三相对称负载，否则是不对称负载。由三相对称电源和对称负载组成的电路称为三相对称电路。

1）三相负载的Y 形接法

在三相四线制电路，线电压UL 是负载相电压UYP的倍，即

负载的相电流IYP等于线电流IYL，即

当三相负载对称时，即各相电流（或各线电流）振幅相等、频率相同、相位彼此相差120°，并且中线电流为零。所以中线可以去掉，即形成三相三线制电路。

2）三相负载的△形接法

负载为△形连接时只能形成三相三线制电路。显然不管负载是否对称（相等），电路中负载相电压U△P都等于线电压UL，即

当三相负载对称时，相电流和线电流也一定对称。负载的相电流为

线电流I△L等于相电流倍，即

3.三相功率

三相负载的有功功率等于各相功率之和，即

在对称三相电路中，无论负载是星形连接还是三角形连接，由于各相负载相同、各相电压大小相等、各相电流也相等，所以三相功率为

其中，φ 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流之间的相位差。

三相电路的视在功率为

三相电路的无功功率为

三相电路的功率因数为