三相负载的连接

观察与思考

图8－2－1所示为三相异步电动机的接线盒，盒中的六个接线柱分别是电动机三个绕组的接头。如果电动机铭牌上标注“Y”接法、额定电压“380V”，那么，六个接线柱该如何连接才能使电动机正常工作？本模块就来学习三相负载及其连接方式。

8－2－1　三相异步电动机接线盒

一、三相负载

负载按它对电源的要求可分为单相负载和三相负载。单相负载是指单相电源供电的设备，如电灯、电炉及各种家用电器等；三相负载是指用三相电源供电的设备，如三相异步电动机、三相电炉等。在三相交流电路中，各相负载的大小和性质都相等（即ZU＝ZV＝ZW）的三相负载称为三相对称负载，如三相异步电动机、三相电炉等。否则，称为三相不对称负载，如三相照明电路中的负载。

三相电路的负载由三部分组成，其中每一部分叫做一相负载，三相负载也有星型和三角形二种联接方式。

二、连接方式

将各相负载的末端U2、V2、W2连在一起接到三相电源的中性线上，把各相负载的首端U1、V1、W1分别接到三相交流电源的三根相线上，这种连接方式称为三相负载有中性线的星形连接法，用符号“Y0”表示。图8－2－2所示为三相负载有中性线的星形连接图。

三、电路特点

负载作星形连接并有中性线时，每相负载两端的电压称作负载的相电压，用UYP表示。若忽略输电线的阻抗，负载的相电压就等于电源的相电压（UYP＝UP）。负载的线电压等于电源的线电压，负载的线电压与相电压的关系为

流过每根相线的电流称为线电流，分别用IU、IV、IW表示U、V、W各线电流的有效值，通常用IYP表示；流过每相负载的电流称为相电流，分别用IU、IV、IW表示U、V、W各相电流的有效值，通常用IYL表示；流过中线的电流称为中线电流，用IN表示。

图8－2－2　三相负载有中性线的星形连接图

三相电路中，三相电源对称，若三相负载也对称，那么流过三相负载的各相电流也对称，即

各相电流的相位差仍是120°。因此，计算对称负载三相电路只需计算其中一相，其他两相只是相位相差120°。

由图8－2－2可以看出，三相负载作星形连接时，线电流等于相电流，即

IYL＝IYP

由KCL可知，流过中性线的电流为

iN＝iU＋iV＋iW

由此可作出对称三相负载相电流的矢量图，如图8－2－3所示。由矢量图可得，对称三相负载作星形连接时，中线电流等于零，即

那么，三个相电流的瞬时值之和也等于零。

iN＝0

8－2－3　三相对称负载星形连接矢量图

在这种情况下，中性线没有电流通过，去掉中性线不会影响三相电路的正常工作，为此常采用三相三线制电路，如图8－2－4所示。常用三相变压器和三相电动机都是对称负载，都采用三相三线制供电。

图8－2－4　三相三线制电路

【例8－2－1】　星形连接的对称三相负载，每相的电阻R＝6Ω，感抗XL＝8Ω，接到线电压为380V的三相电源上。求相电压、相电流、线电流和中性线电流分别是多少？

分析　三相电路中每一相仍符合欧姆定律，即因此其，要先求出相电压，然后利用欧姆定律求相电流，最后求线电流。

【解】　对称负载形形连接时，负载相电压

负载阻抗

流过负载的相电流

线电流

IL＝IP＝22A

因为负载对称，所以中性线电流IN＝0。

四、中性线的作用

三相负载在很多情况下是不对称的，最常见的照明电路就是不对称负载有中性线的星形联结的三相电路。当三相负载不对称时，各相电流的大小就不相等，相位差也不一定是120°，中线电流就不等于零了。因此，中线就绝对不能断开。

下面我们通过具体例子来分析三相四线电路中中性线的重要作用。

【例8－2－2】　我们把额定电压为220V，功率为100W、40W和60W的三个白炽灯A、B、C作星形联结，然后接到相电压为220V的三相四线制电源上。在U、V、W三根相线上分别装有开关SU、SV、SW，为了便于说明问题，在中线上也装有开关SN，如图8－2－5所示。试分析：

（1）开关SU、SV、SW、SN都闭合时，白炽灯A、B、C是否都能正常发光？

（2）开关SU断开，开关SV、SW、SN闭合时，白炽灯A、B、C能否正常发光？

（3）开关SU、SV断开，开关SW、SN闭合时，白炽灯A、B、C能否正常发光？

（4）开关SN、SW断开，开关SU、SV闭合时，白炽灯A、B、C能否正常发光？

分析：

（1）开关SU、SV、SW、SN都闭合时，每个白炽灯两端的电压都为220V，等于白炽灯的额定电压，因此，白炽灯A、B、C都能正常发光。

（2）开关SU断开，开关SV、SW、SN闭合时，白炽灯B、C两端的电压仍为220V，白炽灯A两端的电压为零，因此，白炽灯B、C能正常发光，白炽灯A不能正常发光。

（3）开关SU、SV断开，开关SW、SN闭合时，白炽灯C两端的电压仍为220V，白炽灯A、B两端的电压为零，因此，白炽灯C能正常发光，白炽灯A、B不能正常发光。

（4）开关SN、SW断开，开关SU、SV闭合时，电路如图4－2－5（b）所示，白炽灯A、B串联后接在相线U、V之间，即加在白炽灯A、B两端的电压为线电压380V。

图8－2－5　例4－2－2所用电路图

白炽灯A（100W）的电阻为＝484Ω

白炽灯B（40W）的电阻为＝1210Ω

白炽灯A（100W）两端的电压为 ×380＝109V

白炽灯B（40W）两端的电压为UB＝UUV－UA＝（380－109）＝271V＞220V

因此，白炽灯A两端电压小于220V，灯较暗；白炽灯B两端电压大于220V，可能因过热而烧毁，导致电路开路。

由以上分析可知，在三相电路中，如果负载不对称，必须采用带中性线的三相四线制供电。若无中性线，可能使一相电压过低，该相用电设备不能正常工作，而另一相电压过高，导致该相用电设备毁坏。因此，在三相四线制电路中，中性线的作用是使不对称负载两端的电压保持对称，从而保证电路安全可靠工作。所以，在电工安全操作规程中规定：三相四线制电路中性线的干线上不允许熔断器和开关，有时还采用钢芯线来加强机械强度，以免断开。同时，在连接三相负载时，应尽量保持三相平衡，以减小中性线电流。

职业相关知识：

三相负载有星型和三角形两种联接方式。将三相负载分别接到三相电源的两根相线之间，这种连接方式称为三相负载的三角形（Δ）连接，如图8－2－6所示。三相负载作三角形连接时，电源线电压等于负载的相电压，即UL＝UΔP。

图8－2－6　三相负载的三角形连接

五、三相异步电动机的两种接法实例

对电源电压为380V的三相电源来说，当负载的额定电压为220V时，负载应作星形连接；当负载的额定电压为380V时，负载应作三角形连接。

1．三相异步电动机定子绕组星形（Y）接法实例

三相定子绕组的星形连接如图8－2－7所示，将三相绕组的末端接在一起，并将三个首端分别接三相交流电源的相线，就完成了三相定子绕组的星形连接。

2．三相异步电动机定子绕组三角形（Δ）接法实例

三相定子绕组的三角形连接如图8－2－7所示，将三相绕组依次首尾相连，并将三个首端分别接三相交流电源的相线，就完成了三相定子绕组的星形连接。

图8－2－7　三相异步电动机定子绕组连接