三  三相交流电路

一、三相交流电源

1.三相交流电源的产生

三相电源是由三个幅值相等、频率相同、相位相差120°的三相正弦交流电动势按一定的方式连接而成的电源组；由三相电源供电的电路称为三相电路。

三相交流电是由三相交流发电机在相同时刻产生的三相交流电源组。三相交流发电机固定的部分称为定子，在发电机的定子铁心中嵌有三个尺寸和匝数完全相同的定子绕组UX、VY、WZ，分别称为U相、V相、W相绕组，U、V、W为三相绕组的首端，X、Y、Z为三相绕组的末端，它们在空间互差120°放置。

2.三相交流电源的连接方式

1）三相电源的星形联结

三相电源的星形联结将三相绕组的末端X、Y、Z连在一起，形成一个节点，这一点称为电源的中性点或零点，用字母N表示；由三相绕组的首端U、V、W分别引出三根导线，称为相线或端线，俗称火线。从电源的中性点N引出的导线称为中性线或零线，这样就构成了三相四线制供电方式；若不引出中性线，则可构成三相三线制供电方式。

2）三相电源的三角形联结

将电源的三相绕组的首端与末端依次分别相连构成三角形，并由三角形的三个顶点引出三根火线给用户供电。采用三角形联结方式的三相电源只能采用三相三线制供电方式，并且对外只能提供一种电压——线电压，而且线电压等于相电压，即UL=UP。

三相电源的三角形联结，必须是首尾依次相连，这样，在这个闭合回路中各电动势之和等于零，在外部没有接上负载时，这一闭合回路中没有电流。

3.三相交流电源的供电系统

需指出的是，低压配电系统中通常采用三相四线制供电方式，它通常提供两种电压，即相电压和线电压，且相电压通常为220 V，线电压通常为380 V，以满足不同用户的要求。当三相电源采用星形联结而不引出中性线时，称为三相三线制供电方式，只能对外提供一种电压——线电压。

二、三相交流负载

1.三相交流负载特性

三相负载的连接方式有两种，即星形联结和三角形联结。三相负载采用何种连接方式取决于三相电源的电压值和每相负载的额定电压值。

 

                                            图3-30  负载的星形联结

2.三相交流负载的星形联结

在图3-30所示的三相四线制供电系统中，三个不同的负载分别接于三相电源的三个单相上，这种连接方式称为负载的星形联结。

3.三相交流负载的三角形联结

图3-31  负载的三角形联结

需要注意的是，把三角形负载接入三相电源时，要保证负载的额定电压与电源的线电压匹配。当三个负载相等时，称为对称负载的三角形连接。“对称”指的是三个负载上的端电压对称。

三、三相交流电路的功率

三相电路的功率与单相电路一样，也分为有功功率、无功功率和视在功率。

三相有功功率等于各相有功功率之和。对于不对称负载，需要分别计算出各相的电压、电流、功率因数，方可得出总的有功功率。

一般情况下，三相视在功率不等于各相视在功率之和，只有在负载对称时，三相视在功率才等于各相视在功率之和。

三相电路中，测量相电压与相电流不方便，例如，三相电动机绕接成三角形时，要测量它的相电流就必须把绕组端部拆开。而测量线电压与线电流比较方便，所以常用线电压与线电流来计算三相对称负载的功率。

〖补充知识〗

功率因数的提高及无功功率的补偿

1.功率因数的提高

1）提高功率因数的意义

2）提高功率因数的方法

2.无功功率的补偿

电网中的电力负载如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负载，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，同时还吸收无功功率。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负载提供及由线路输送的无功功率。减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这种措施称为功率因数补偿。由于功率因数提高的根本原因在于无功功率的减少，因此功率因数补偿通常称之为无功功率补偿。

在大系统中，无功功率补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。在小系统中，通过恰当的无功功率补偿方法还可以调整三相不平衡电流。在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此，对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至接近1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。