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負(fù)載星形聯(lián)接的三相電路

??圖38-1

??在三相交流電路中，負(fù)載可以分為三相負(fù)載和單相負(fù)載，如上圖38-1所示的三相四線(xiàn)制供電的三相電路。類(lèi)同于圖38-1的電路，單相負(fù)載只需一相電源供電，也就是俗稱(chēng)的火零線(xiàn)供電，如照明負(fù)載、家用電器等。我們普通家庭用電一般是單相的，使用的火線(xiàn)是A、B、C三相中的任一相，到底是哪一相呢?大家感興趣的可以自己看看自家的線(xiàn)路。而三相負(fù)載需要三相電源供電，如三相電動(dòng)機(jī)等。

??在這里要說(shuō)明的一點(diǎn)是，我們家庭用電是單相電路，對(duì)于電源而言，3個(gè)單相負(fù)載依然是構(gòu)成了三相星形負(fù)載的。例如有一臺(tái)變壓器采用三相四線(xiàn)制的方式供電，其中A、B、C3個(gè)單相線(xiàn)路分別給3棟樓供電，對(duì)于變壓器而言，其負(fù)載是指3個(gè)單相負(fù)載的代數(shù)和。

??回顧上一次學(xué)習(xí)三相電源時(shí)，提及的“發(fā)電機(jī)定子上的3個(gè)線(xiàn)圈的首末端標(biāo)記除了采用U1-U2，V1-V2，W1-W2的方式外，也有采用A-X，B-Y，C-Z的方式,后者是以前的舊標(biāo)準(zhǔn)，但目前依然在多處使用”，在三相負(fù)載的首尾端標(biāo)記方式也是如此，例如電動(dòng)機(jī)的接線(xiàn)端，一般采用U1-U2，V1-V2，W1-W2的標(biāo)記方式。

??按電源、負(fù)載對(duì)稱(chēng)性可以將三相電路分為三相對(duì)稱(chēng)電路和三相不對(duì)稱(chēng)電路，其中的負(fù)載稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載和不對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載。所謂對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載，是指每一相的負(fù)載阻抗均相等，即ZA=ZB=ZC，不管是阻抗的模(值)(|ZA|=|ZB|=|ZC|)或者是輻角(φA=φB=φC)，都是相等的，如三相電動(dòng)機(jī)。當(dāng)三相負(fù)載不滿(mǎn)足其對(duì)稱(chēng)性的要求(ZA=ZB=ZC)時(shí)，即阻抗值不同、阻抗角不同或者值和角都不相等的情況下，就稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載。

??類(lèi)似于三相電源，三相負(fù)載按其聯(lián)接方式可以分為星形(Y)負(fù)載和三角形(△)負(fù)載，如下圖38-2所示，3個(gè)阻抗接成星形(Y)就構(gòu)成星形負(fù)載，同理，3個(gè)阻抗接成三角形(△)就構(gòu)成三角形負(fù)載。

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??圖38-2

??圖38-2中，從對(duì)稱(chēng)三相電源的3個(gè)端子引出3條端線(xiàn)(忽略線(xiàn)路阻抗)，把一些三相負(fù)載連接在端子上就形成的三相電路，如果此時(shí)三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)，那么就構(gòu)成了對(duì)稱(chēng)三相電路。圖(a)中，三相電源為星形電源，負(fù)載為星形負(fù)載，稱(chēng)為Y—Y連接方式;圖(b)中的三相電源為星形電源，負(fù)載為三角形負(fù)載，稱(chēng)為Y—△連接方式。還有△—Y和△—△連接方式，大家可以結(jié)合上一次所學(xué)的三相電源，畫(huà)出其余兩種連接方式的電路。

??三相負(fù)載聯(lián)接的原則是：電源提供的電壓等于負(fù)載的額定電壓;單相負(fù)載盡量均衡地分配到三相電源上。三相負(fù)載采用哪種聯(lián)結(jié)方式，要根據(jù)負(fù)載的額定電壓和電源電壓確定。例如在圖38-2中，設(shè)電源線(xiàn)電壓為380V，此時(shí)其相電壓為220V，若此時(shí)負(fù)載的額定電壓為220V，就可以采用星形聯(lián)接方式，此時(shí)每相負(fù)載所承受的電壓為相電壓220V;若負(fù)載的額定電壓為380V時(shí)，就應(yīng)采用三角形聯(lián)接方式，此時(shí)每相負(fù)載所承受的電壓為線(xiàn)電壓380V。

??在三相系統(tǒng)中，流經(jīng)輸電線(xiàn)中的電流稱(chēng)為線(xiàn)電流;流經(jīng)三相負(fù)載中每一相的電流，稱(chēng)為相電流，如圖38-2中流經(jīng)負(fù)載ZA、ZB、ZC中的電流;流經(jīng)中性線(xiàn)的電流稱(chēng)為中性線(xiàn)的電流。

??

??圖38-3

??圖38-3為Y—Y連接方式的三相電路，從圖中，我們可以得到：

??(1)負(fù)載端的線(xiàn)電壓等于電源線(xiàn)電壓;

??(2)負(fù)載的相電壓等于電源相電壓;

??(3)線(xiàn)電流等于相電流。根據(jù)三相電路的性質(zhì)，各相負(fù)載的電流分別等于各相電壓與阻抗的比值，而各相負(fù)載的電壓與電流之間的相位差就等于該相的阻抗角，即電壓與電流之間的相位差就等于該相阻抗的電抗與電阻的反正切值。

??如果星形負(fù)載帶中性線(xiàn)時(shí)，可以將各相分別看作單相電路計(jì)算，若此時(shí)三相電路電流對(duì)稱(chēng)，顯然中性線(xiàn)的電流為零。

??

??圖38-4

??為了便于大家理解，我們用一個(gè)簡(jiǎn)單例子來(lái)說(shuō)明。圖38-4為一簡(jiǎn)單三相電路，對(duì)稱(chēng)三相電源的線(xiàn)電壓為380V，因?yàn)槠鋵?duì)稱(chēng)性，我們可以很快得出每個(gè)電源相電壓為220V，相位互差120°。設(shè)A相電壓相位為0°，可以得到B、C相電壓如圖38-4所示。星形聯(lián)接的對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載，每一相負(fù)載已知，為Z=3 j4，可以根據(jù)阻抗三角形求出阻抗的模和輻角(阻抗角)，如圖38-5所示。

后，每個(gè)負(fù)載的電流直接用每相電壓除以該相阻抗，就可以求得結(jié)果，對(duì)稱(chēng)三相電路中，除電源電壓三相阻抗對(duì)稱(chēng)外，顯然負(fù)載電流也是對(duì)稱(chēng)的(電流等于電壓除以阻抗)，在三相對(duì)稱(chēng)電路中，求負(fù)載電流時(shí)，可以只求其中一相的電流，根據(jù)電流的對(duì)稱(chēng)性，求出其余兩相的電流，如圖38-5所示。

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??圖38-5

??由于三相電流對(duì)稱(chēng)，根據(jù)相量圖可以很快得出，此時(shí)中性線(xiàn)的電流為零，也就是說(shuō)，負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí)，中性線(xiàn)無(wú)電流流過(guò)，可省掉中性線(xiàn)。對(duì)稱(chēng)三相電路的電流求解比較簡(jiǎn)單，那么，如果負(fù)載不對(duì)稱(chēng)，各相負(fù)載電流又應(yīng)該如何求解呢?

??其實(shí)，不管負(fù)載對(duì)不對(duì)稱(chēng)，其電流都是等于各相電壓除以各相阻抗，只對(duì)稱(chēng)時(shí)，只需求一相電流，其余兩相可以直接得出，不對(duì)稱(chēng)時(shí)要分別求出3個(gè)負(fù)載電流，計(jì)算過(guò)程多了而已。對(duì)稱(chēng)三相電路中中性線(xiàn)的電流為零，而不對(duì)稱(chēng)三相電路中，中性線(xiàn)的電流顯然不為零了，即三個(gè)不對(duì)稱(chēng)電流的和不等于零。說(shuō)到底，負(fù)載電流的計(jì)算依然是相量的運(yùn)算問(wèn)題，在此建議大家把相量的相關(guān)知識(shí)給弄懂。

?如圖38-6所示，例如在照明系統(tǒng)中，A相線(xiàn)路短路時(shí)，若此時(shí)中性線(xiàn)未斷，顯然，短路電流會(huì)流經(jīng)中性線(xiàn)，造成線(xiàn)路保護(hù)跳閘或熔斷器熔絲燒斷，而其余兩相電壓不受影響;若在中性線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)發(fā)生A相線(xiàn)路短路，此時(shí)A相阻抗為零，也就是說(shuō)A相上沒(méi)有壓降，電源端線(xiàn)直接接至中性點(diǎn)，此時(shí)中性點(diǎn)電壓即為A相電壓。

??顯然，此時(shí)B相負(fù)載所承受的電壓為BN兩點(diǎn)的電壓，N點(diǎn)電壓等于故障前A相電壓，即B相負(fù)載所承受的電壓實(shí)際上是BA兩相的線(xiàn)電壓，同理，C相負(fù)載所承受的電壓實(shí)際上是CA兩相的線(xiàn)電壓，兩相負(fù)載所承受的電壓可能超過(guò)其額定電壓，損壞電器，這是不允許的。

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??圖38-6

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