三相制供電是電力系統(tǒng)普遍采用的供電方式,所謂三相制就是由三個(gè)頻率相同、相位不同的電源作為供電體系。三相制之所以獲得廣泛應(yīng)用,主要是因?yàn)樗诎l(fā)電、輸送和負(fù)載驅(qū)動(dòng)方面與單相制相比有許多優(yōu)點(diǎn)。與三相供電電源相對(duì)應(yīng),每組負(fù)載也由三個(gè)組成,稱為三相負(fù)載。
三相電源的三個(gè)電勢(shì)和三相負(fù)載阻抗有兩種基本連接方式,即星形聯(lián)結(jié)(y聯(lián)結(jié))和三角形聯(lián)結(jié)(△聯(lián)結(jié))。圖1分別示出了三相電源與三相負(fù)載的y聯(lián)結(jié)與△聯(lián)結(jié)。每相電源
圖1
與負(fù)載分別標(biāo)以a相、b相和c相加以區(qū)別。在y聯(lián)結(jié)方法中,各相電源和負(fù)載的輸出端稱為各相的端點(diǎn),三相公共聯(lián)結(jié)點(diǎn)稱為中性點(diǎn),或簡(jiǎn)稱為中點(diǎn)。在△聯(lián)結(jié)方法中,三相電源或負(fù)載分別首尾相連,無中性點(diǎn)。由三相電源或三相負(fù)載連接而成的電路稱為三相電路。
圖2畫出了電源和負(fù)載均為星形聯(lián)結(jié)的三相電路圖。圖中zl表示每相線路阻抗,從電源端點(diǎn)a、b、c至負(fù)載端點(diǎn)、、的三根連線稱為端線,通常稱為火線。y形聯(lián)結(jié)的三相電源的中點(diǎn)n與負(fù)載中點(diǎn)的連結(jié)稱為中性線或中線。在三相星形聯(lián)結(jié)中,具有三根端線和一根中性線的供電方式稱為三相四線制,沒有中性線的供電方式稱為三相三線制。
圖2
圖3分別表示了y形聯(lián)結(jié)電源與△形聯(lián)結(jié)負(fù)載,以及△形聯(lián)結(jié)電源與△形聯(lián)結(jié)負(fù)載的連線方式。在這些聯(lián)結(jié)方式中,對(duì)于三相電源和三相負(fù)載,不論是△形還是y形接法,規(guī)定通過每個(gè)電壓源或每個(gè)負(fù)載阻抗的電流稱為相電流,每個(gè)電壓源或負(fù)載阻抗兩端的電壓稱為相電壓。流過三根端線的電流稱為線電流,端線與端線之間的電壓稱為線電壓。
圖3
如果在三相電源中,三個(gè)正弦電壓源的振幅相等,電壓源之間的相位差均為1/3周期(),則稱這種三相電源系統(tǒng)為對(duì)稱三相電源。以圖2所y形聯(lián)結(jié)的三相電源系統(tǒng)為例,設(shè)各相電動(dòng)勢(shì)分別為
(1)
則它為對(duì)稱三相電源,可用相量表示為
(2)
對(duì)稱三相電源的波形圖和相量圖分別示于圖4中。對(duì)于△形聯(lián)結(jié)的三相電源,從波形圖可見由于三相電動(dòng)勢(shì)串聯(lián)后,因此在△形閉合回路中不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。
圖4
首先分析y形聯(lián)結(jié)的對(duì)稱三相負(fù)載的線電壓、線電流與相電壓、相電流之間的關(guān)系。圖5所示為一y形聯(lián)結(jié)的對(duì)稱三相負(fù)載,設(shè)負(fù)載的各相電壓為對(duì)稱且為正序,則電壓相量可表示為
圖5
(3)
線電壓為:
(4)
對(duì)稱三相y形聯(lián)結(jié)的負(fù)載電路,其線電壓也是一組對(duì)稱的三相電壓,線電壓有效值是相電壓有效值的倍,相位超前角。電壓相量圖如圖4-3-5所示。通過負(fù)載各相的電流為:
(5)
可見負(fù)載各相電流也是一組對(duì)稱三相電流,相序與電壓相同。對(duì)于y形聯(lián)結(jié)而言,相電流等于線電流。
對(duì)于△形聯(lián)結(jié)的對(duì)稱三相負(fù)載,如圖6所示,各相電壓即等于對(duì)應(yīng)端線間的線電壓,如果線電壓為對(duì)稱三相電壓,即有:
圖6
則負(fù)載相電流為一組對(duì)稱三相電流。
(6)
根據(jù)基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律,可求得線電流為
(7)
可見線電流也為一組對(duì)稱三相電流,線電流滯后相電流,其有效值為相電流的倍。電流相量見圖6b。
下面分析對(duì)稱三相電路的計(jì)算特點(diǎn)。圖7為三相四線制電路,由三相對(duì)稱電源和三相對(duì)稱負(fù)載組成,zl為線路阻抗,z0為中線阻抗。設(shè)中點(diǎn)n為參考,則可求得:
可見對(duì)稱三相電路中性點(diǎn)的電位是相等的。各相電流:
中線電流。因?yàn)閷?duì)稱三相負(fù)載的阻抗相等,可知相電壓為一組對(duì)稱三相電壓。
圖7
例1 圖8a為由兩組對(duì)稱三相電源供電的三相電路。已知,,,,,試求負(fù)載上的相電壓與相電流。
圖8
解:為畫出單相圖,需將△形聯(lián)結(jié)的電源與△形聯(lián)結(jié)的負(fù)載轉(zhuǎn)換為y形聯(lián)結(jié),如圖8b。
由△-y轉(zhuǎn)換的相電壓線電壓關(guān)系,可知△形聯(lián)結(jié)的電源等效轉(zhuǎn)換為y形聯(lián)結(jié)的相電勢(shì)為:
由△形聯(lián)結(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)換為y形聯(lián)結(jié)后其等效阻抗為:
即 :
取a相電路,并把各中性點(diǎn)聯(lián)結(jié),則得到如圖4-3-8c所示的單相圖。設(shè)n為參考點(diǎn),則列節(jié)點(diǎn)方程為:
則:
此為y形聯(lián)結(jié)的相電流,也為線電流值。則△形聯(lián)結(jié)的實(shí)際相電流為
相電壓為:
由對(duì)稱性可寫出各相電壓電流值為
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