Lesson 2 Three-Phase Circuits

三相电路

三相电路只是三个单相电路的结合。因而，把分析单相电路的一些方法应用到三相电路的各组件中，就能研究对称三相电路中电流、电压和功率关系。这样看来，我们将发现三相电路的分析比单相电路的分析难不了多少。

为什么要使用三相电路

单相电路的功率本质上讲是脉动的。单位功率因数，即功率因数为1时，单相电路的功率每一个周波有两次为零。当功率因数小于1时，功率在每个周波的有些部分为负值。尽管供给三相电路每一相的功率是脉动的，但可以证明供给平衡三相电路的三相功率总和却是常数。从这个意义上讲，三相装置的特性一般要优于类似的单相装置的特性。

三相电机和控制设备要比相同额定容量的单相的体积小、重量轻，且效率高。除上述三相系统具有的优点外，配送同样容量的功率，三相系统所需的铜导线量只有单相系统的四分之三。

三相电压的产生

三相电路由具有相同频率和在时间相位上相差120度电角度的三个交变电动势供电。三个这样的正弦电动势如图2-1所示。这些电动势由一个交流发电机的三组独立的电枢绕组产生。这三组绕组以互差120度电角度安放在发电机电枢上。为形成三个独立的单相电路，绕组两端都可以从发电机里面引出。然而，绕组通常都要从内部或外部进行相互联接，从而形成三相三线或三相四线系统。

三相发电机绕组的联接方式有两种，并且一般情况下，把任何种类的器件联接到三相电路的方式也有两种。这就是星形(Y形)联接和三角形(△形)联接。大多数发电机都采用星形联接，但是负载却可能是星形联接或三角形联接。

星形联接的发电机电压之间的关系

图2-2a表示发电机三个绕组或相绕组。它们这样排列在电枢表面，以使其产生的电动势在时间相位上相隔120度。每一个绕组两端用字母S和F标注，分别代表始端和末端。图2-2a中所有标注S的绕组端子都联接到一个公共点N上，它叫做中性点(中点)，而三个标注F的端子都接到导线端子A、B和C上，从而形成一个三相三线电源。这种联接方式称为星形联接。中性线联接点经常接到接线盒上，正如图2-2a虚线所示，这样来形成一个三相四线系统。

在交流发电机每一相中产生的电压叫做相电压，用符号来EP表示。如果从发电机中引出中线联接点，则由从导线端子A、B或C中任何一个到中点N的电压就是相电压。A、B或C三个导线端子中任何两个端子之间的电压叫做线对线电压，或者简称线电压，用符号EL来表示。

三相系统的三个电压相互交替的次序称为相序，或者称三相电压的相位交替。除非在发电机外面通过交换三个导线中的任何两个(不是一个导线和中线)可能颠倒相序外，相序是 由发电机旋转方向决定的。

三相按如图2-2b所示的Y形排列对画星形联接时的电路图是有帮助的。注意，图2-2b的电路与图2-2a的电路完全相同，每一种情况下任一个线圈的S端联接到中点，而其F端分别引到导线端子。画出电路图，同时将所有相交点标上字母后，就能得到如图2-2c所示的相量图。该相量图显示了三个彼此相差120o的相电压EAN、EBN和ECN。

应该注意，图2-2中每一个相量都用双下标印刷体字母标注。这两个字母代表电压的两个端点，字母的顺序则表示在正半周时电压的相对极性。例如，符号EAN表示A点和N点之间的电压；在电压正半周，A点相对于N点是正极(高电位)。在如图所示相量图中，假设

在电压正半周三个端子相对于中点都是正极。由于电压每半周都要反相一次，因此当假定所有三相电压的极性都是一致时，可以假设任何极性。需要注意，如A点相对于N点的极性(EAN)是对正半周而言的，那么EAN在用于同一个相量图中时就应画在与EAN相反的方向上，即与EAN的相位相差180。

星形联接的发电机中任何两个导线端之间的电压就是这两个端子相对于中点的电位之差。例如，线电压EAB就等于A点相对于中点N的电压EAN减去B点相对于中点N的电压

0EBN。为了从EAN减去EBN，就必须将EBN反相，然后再与EAN相加。相量EAN和ENB大

小相等，相位相差60o，如图2-2c所示。通过几何方法从图形上可以看出或证明，EAB等于1.73乘以EAN或ENB，对应的图形构造说明于相量图上。因此，平衡星形联接中，有 EL=1.73EP (2-1)

星形联接的发电机电流之间的关系

从发电机端子A、B和C流到端线的电流必须流经发电机绕组并通过中点N流出。因此，每一个端线上的电流(线电流IL)必定等于它所联接的那一相上的电流(相电流IP)。在星形联接中，有IL=IP