由
三相交流电源供电的电路,简称
三相电路。三相交流电源是指能够提供 3个频率相同而相位不同的电压或电流的电源,其中最常用的是三相
交流发电机。由三个频率相同,幅值相等,相位互差120°的电压源(或电动势)组成的供电系统。
1891年世界上第一台三相
交流发电机在德国劳芬发电厂投运,并建成了第一条从劳芬到
法兰克福的三相交流
输电线路。由于
三相电路输送电力比单相电路经济,三相
交流电机的运行性能和效率也远较
单相交流电机为优,因此世界上电力系统和动力用电都几乎无例外地采用
三相制。
三相发电机有 3个
绕组。它们构成对称的
三相电源,其中每一个电源称为一相。各相电压的瞬时值分别为它们有相同的振幅Um和频,而三者的相位却互差120°
电角度(即1/3周期),
三相电压的
相量分别为式中Up是
相电压U的有效值()。
相电压的
瞬时值和
相量可分别用如下公式表示:
三相电源中各
相电压超前或滞后的排列次序称为
相序。若a相电压超前b相电压,b相电压又超前c相电压,这样的相序是a—b—c相序,称为正序;反之,若是c—b—a相序,则称为负序(又称逆序)。三相电动机在正序电压供电时正转,改成
负序电压供电则反转。因此,使用三相电源时必须注意它的相序。但是,许多需要正反转的生产设备可利用改变
相序来实现三相电动机正反转控制。
通常有两种方式:一种是
星形连接(Y形),另一种称为
三角形连接(△形)。从3个电源的始端a、b、c引出的3条导线称为端线(俗称火线)。任意两根端线之间的电压Uab、Ubc、Uca称为
线电压。
星形连接时线电压为相电压的根号3倍,3个线电压之间的相位差仍为120°,它们比3个相电压各超前30°;
星形连接有一个公共点(接线图中的点n),称为
中性点。
三角形连接时线电压等于相电压,而且 3个电源形成一个回路,只有当
三相电源对称并连接正确时(此时)才能保证电源内部没有
环流。
按照三相阻抗是否相等可以分成对称
三相负载和不对称三相负载。有些三相负载,诸如
三相电动机、三相电炉、三相
商用电热水器等的三相阻抗完全相等,属于对称三相负载。一些由单相
电工设备接成的三相负载,如生活用电、照明用电负载,通常是取一条端线和由
中性点引出的中线(俗称
地线)供给一相用户,取另一条端线和中线给另一相用户;按这样接法,3条端线上的负载不可能完全相等, 故属于不对称
三相负载。
三相负载的连接方法与
三相电源一样也有
星形连接和
三角形连接两种。中性点不与外界连接的星形连接和三角形连接都是只通过3个端点与电源相连;根据外特性相同的原则,不论是对称还是不对称的三相负载都能进行等效变换。
对称三相电路中的
三相电源、
三相负载和
三相端线都是对称的。三相端线对称是指三根输电用的导线阻抗完全相等。对称的三相电源和三相负载可以是星形或
三角形连接,因为通过星形-三角形变换总可以将二者都变成等效的星形而成为Y-Y连接的对称三相电路。应用
节点电压法可求得nN=0,所以
对称三相电路只要计算其中一相的电压和电流,其他两相的电压和电流可根据对称性直接写出。中线电流IN=Ia+Ib+Ic=0;这说明Y-Y连接的
对称三相电路的中线电流为零,因此中线存在与否对于对称三相电路并不产生任何影响。 这样一个只有3根导线的
三相系统所能传送的功率与3个单相系统相同。但是,三相系统的
线路损耗却只有3个单相系统的一半,原因是后者必须用6条
输电导线。
只要
三相电源、
三相负载和
三相传输线三者之一不对称就是
不对称三相电路。在实用中主要是三相负载不对称。 常见的不对称电路有3种:
在忽略传输线负载时,第一种电路的负载
相电压仍是对称的,故可按3个单相电路分别进行计算(见星形连接);对于第二种电路,负载相电压也仍是对称的,故可先计算
负载电流,再计算
线电流(见三角形连接);对于第三种电路,负载
中性点要位移,可根据求得的中性点电压计算三相负载的电压和电流(见中性点)。
式中:UΑ、UB、UC、IΑ、IB、IC分别为三相
相电压和相电流的有效值;
对称三相电路的
瞬时功率是一个常量,因此在正常运行时带动三相发电机的原动机所受的反力矩和
三相电动机的
输出转矩都是平稳的。单相
交流电路的瞬时功率是脉动的,不具备这种优点。