第四节 三相交流电路

三相交流电是电力工程中应用最广的电源，工程中的直流设备，也多通过交流电整流得到。交流电具有如下优点：

（1）三相交流发电机比同规格的单相交流发电机输出功率大。

（2）同等条件下，三相交流输电比单相交流输电更经济（节省导线）。

（3）以三相交流电为动力的异步电动机，具有结构简单、价格低廉和工作可靠的优点。

由于三相交流电具有以上的优点，实用中的三相用户、单相用户、直流用户，均采用三相交流电源中的全部或部分。

一、三相交流电的产生

图2-15为最简单的交流发电机结构示意图。定子槽内嵌放着三组几何形状和尺寸完全相同。彼此独立、空间位置相差120°的电枢绕组。当转子磁极由原动机驱动旋转时，三相电枢绕组依次切割磁力线而感生出电动势，从而得到各相差120°电气角的三相交流电。三相交流发电机所产生的三个电动势，它们的大小相等、频率一样、相位角互差120°，如图2-16（b）所示。三者的解析式为

三相电动势达到正或负的最大值得先后次序按L₁-L₂-L₃排列的，称为正序；反之，按L₃-L₂-L₁排列的，称为负序。

二、三相绕组的连接

三相交流发电机的三个绕组按一定的方式连接后，才能通过线路向用户送电。一般三相交流发电机均为星形（Y形）接法。三相交流电动机，有星形接法，也有三角形（△形）接法。

1.星形（Y）连接

如图2-17所示，将三个绕组的末端（尾端）L_1.2、L_2.2、L_3.2连接在一起，这个公共点叫中性点，简称中点，常用N来标志。从该点引出的导线称为中性线，又称中线。此线可以接地，称为地线或零线。也可以不接地。

L_1.1、L_2.1、L_3.1三个绕组的首端分别与送电线相连，连接电线称为相线俗称火线。

在三相四线制中，两根相线之间的电压叫做“线电压”。相线与中线或同一相的头尾之间的电压叫做“相电压”。分别以U_L和U_φ表示。流过各相线中的电流叫线电流，以I_L表示；流过每相绕组的电流叫相电流，以I_φ表示。

对称三相供电系统中，中性点的电位为零，故可将中性线省略，构成三相三线制。

我国高压电网均采用三相三线制供电，低压电网均采用三相四线制供电。

星形连接时，有以下基本关系：

（1）线电流与相电流相等，即I_L=I_φ。

（2）线电流等于对应两相电压矢量之差。当三相电压对称时线电压为相电压的倍，即。

（3）如设有中线，则中线电流；如无中线则三相电流之和为零，即。

（4）无论有无中线，三相线电压之和均为零，即。

2.三角形（△）连接

三相绕组按顺序首尾相连形成一闭合回路，将绕组的首端，L_1.1、L_2.1、L_3.1接到相应的送电线路上的接法，称为三角形连接，如图2-18所示，三角形连接不适合发电机出线连接，只适合变压器绕组连接。

三角形接法时有如下关系：

（1）线电压等于相电压，即U_L=U_φ。

（2）线电流等于两相邻电流的矢量差。

（3）三相线电流的矢量和为零，即。

（4）三相线电压的矢量和也为零，即。

三、三相对称电路计算

三相电动势对称，且发电机内阻抗也相等的电源，称为对称电源。各相负载性质和阻抗均相同的负载，称为三相对称负载。对称三相电源经三根相同阻抗的线路与三相对称负载相连后，就组成三相对称电路

对称三相功率的计算，有如下基本计算式：

式中 cosφ——有功功率因数；

sinφ——无功功率因数。

通常计算用的电压和电流均为线电压和线电流。若用相电压和相电流，应特别说明。