三相负载的星形联结
三相负载星形连接实验报告
三相负载星形连接实验报告
摘要：为解决多相负载星形电路中容性负荷电流波特率高而使得潮流变化率大的问题，本文以实验的方式研究多相负载星形连接的性能，证明了三相负载星形连接模型能够准确
地模拟消费电路的电力响应，且能够有效控制总有功功率和有功功率的波动。
本文的实验中，三相负载星形连接使用了三台台式电脑，分别加装了三相电流和电压
传感器，三个感应器分别组成了一个L-形电路，以采集电流和电压值。
实验使用计算机连接所有的传感器，通过LabVIEW软件对收集的数据进行采集和处理，证实了三相负载星形
连接的有效性。
结果表明，三相负载星形连接能够在实验中提供正确的负载模型，总有功功率和有功
功率有更大的稳定性，潮流变化率明显减小，从而改善星形电路中容性负荷的稳定性。
综上所述，三相负载星形连接是一种有效解决容性负载电流波特率高和潮流变化率大
问题的方法，有效改善了电路稳定性，有助于完善电力系统的控制和管理。
实验一三相负载的星形联接
V
V2
X1
+ 381.055 V
40W 450V 311.13V 50Hz 120Deg
+ 381.055 V + 300.621 V
V3
X2
40W 450V 311.13V 50Hz 240Deg
+ 92.591 V
图8-1
表8-1
各相情况表 确定相序 接电容一相 U相 灯X1（亮） V相 灯X2（暗） W相 相电压
EDA电工仿真实验
实验八 三相负载的星形联接
一、实验目的
1.学会测定三相电源的相序； 2.学会测量三相负载星形联结时各相电流、相电压 和线电压，验证线电压与相电压之间的关系； 3.充分理解三相四线制供电系统中中线的作用。 4.学会用三表法和两表法测三相电路的有功功率。
二、实验原理
1.当三相对称负载接成星形时，UL=√3UP，IL=IP，中线不 起作用； 2.若三相负载不对称或对称负载发生故障时无中线，会造 成三相负载相电压不平衡，严重时电路将无法工作，所 以负载接成星形时，必须接中线。 3.利用一只电容器和两个相同的灯泡组成无中线不对称负 载,可用来测定相序，如果设U相接电容器，则电压高灯 泡特别亮的为V相，电压低灯泡暗的为W相。 4.三相四线制电路中，负载消耗的总功率P，可用三只功 率表测出各相负载的功率P1、P2、P3，则P= P1 + P2 + P3 ；三相三线制电路中通常用两只功率表测量三相总功 率P，P= P1 +P2。
00.000
+ V
V2
+ 0.000 V + 0.000 A
X2
100W 220V 311.13V 50Hz 120Deg
三相负载的星形连接
教案时间分配教师活动学生活动设计意图1、定义：接在三相电源上的负载统称三相负载。
2、分类：（1）三相对称负载：各相负载相同的三相负载。
（2）三相不对称负载：各相负载不相同的三相负载。
3、三相负载的连接方式：（1）分类：星形连接（Y）：有中线无中线三角形连接二、三相负载的星形连接（画出电路图）1、星形连接：把三相负载分别接在三相电源的一根相线和中线之间的接法。
2、电路图：（多媒体演示）3、负载的相电压：负载两端的电压。
用Uu、Uv、Uw表示。
4、负载的线电压：在忽略输电线上的电压降时，负载的相电压就等于电源的相电压。
三相负载的线电压就是电源的线电压。
5、从电路图中可以看出N点电位=N’电位因为：负载的相电压=电源的相电压负载的线电压=电源的线电压所以：U线=3U相Y6、相电流：流过每相负载的电流。
用Iu、Iv、Iw表示。
7、线电流：流过相线的电流叫做线电流。
用I U、I V、I W表示。
学生观看和听课学生观看老师画电路图。
老师演示，学生观看训练学生空间想象能力的演绎思维能力。
想像三相交流电，对三组负载供电，三组线圈和三个负载是怎么连接的？让学生知道在实际应用中，三相发电机和负载并不用6条导线连接，而是把线圈末端和负载之间用一条导线连接。
这就是我们要学习的星形连接。
用动画的方式生动的讲解，意在学生很快的理解接受星形连接。
能正常工作不能正常工作不能正常工作四、设相电压为U相，该相的阻抗为Z相U。
《电路基础》实践操作三相负载星形和三角形连接
实践操作：三相负载星形和三角形连接实践要求：按图4-2-12和4-2-13对三相负载的进行星形和三角形连接，对电路进行测量和记录。
实践器材：三相电源，灯泡9只，开关9个，导线若干，万用表一只。
实践步骤：一、三相负载星形连接1.将三相负载（电灯泡）按星形接法联接，并接至三相电压输出端子U 、V 、W 、N ；2.测三相负载对称时，有中线情况下各线电压，U AB 、U BC 、U CA 相电压U A 、U B 、U C 各线电流I a 、I b 、I c 、I N ；3.三相负载对称，将中线拆除，测各线电压，相电压，线电流，相电流及负载中点与电源中点之间的电压；4.测量有中线时，三相负载不对称（如A 相一盏灯，B 相两盏灯，C 相三盏灯）的情况下，各线电压，相电压，相电流及中线电流；5.测量中线拆除时，三相不对称情况下各线电压，相电压，相电流，负载中点与电源中点之间电压。
将以上各次测量的结果分别记入表4-2-1中。
BI CI NI N1V 2V 1W 2W AI UA 1U 2U NA WA VA UVW1S 2S 3S 4S 5S 6S 7S 8S 9S U R VR WR图4-2-12 星形联接电路图表4-2-1星形联结测量结果记录表测量值负载状况线电压（V）相电压（V）相、线电流（A）中线电流中线电压ABUBCUCAUAUBUCUAIBICI负载对称有中线无中线负载不对称有中线无中线二、三相负载三角形连接1.将三相负载接成三角形，测量三相负载对称时，各线电压，线电流；2.当三相负载不对称时，测各线电压，线电流，相电流。
将以上各次测量的结果分别记入表4-2-2中。
AABACAUAVAWAABCURBRCR1S2S3SV120~V120~图4-2-13 三角形联结电路图表4-2-2 三角形联结测试结果记录表测量值负载状态线电压（V）相电流（A）线电流（A）ABUBCUCAUAIBICIABIBCICAI负载对称负载不对称。
3.2三相负载的星形连接
3.2.2 三相对称负载的星形连接
图3.11三相四线制电路
3.2 三相负载的星形连接
3.2.2 三相对称负载的星形连接
图3.12三相对称负载作星形连接
3.2 三相负载的星形连接
3.2.2 对称负载的星形连接
即UP＝UL3。
3.2 三相负载的星形连接
3.2.2 对称负载的星形连接
3.2 三相负载的星形连接
3.2.2 对称负载的星形连接
【例3.2】有一星形连接的三相对称负载，已知其各相电阻 R＝6Ω，电感L=25.5mH，现把它接入线电压UL＝380V 、f＝50Hz的三相线路中，求通过每相负载的电流及其 取用的总功率，并作出线路图和相量图。
3.2 三相负载的星形连接
3.2.2 对称负载的星形连接
3.2 三相负载的星形连接
3.2.2 对称负载的星形连接
解：
图3.13例3.2的三相线路
图3.14例3.2的相量图
谢谢
3.2 三相负载的星形连接
目录
3.2.1 三相不对称负载的星形连接 3.2.2 对称负载的星形连接
3.2 三相负载的星形连接
3.2.1 三相不对称负载的星形连接
图3.8三相四线制电路
3.2 三相负载的星形连接
图3.9三相不对称负载作星形连接
3.2 三相负载的星形连接
三相负载星形连接时的两个特点： （1）各相负载所承受的电压为对称的电源相电压。 （2）线电流等于负载的相电流。
3.2 三相负载的星形连接
3.2 三相负载的星形连接
3.2 三相负载的星形连接
3.2 三相负载的星形连接
三相负载的连接星形连接
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§5.4 对称三相电路的功率
三相交流电路中，三相负载消耗的总功率就等于各相负 载消耗的功率之和，即：
PP U P V P W
每相负载的功率
PP U P I P cos
U I 为负载的相电压， 为负载的相电流， 为同一 P P
相负载中相电压超前相电流的相位差，也即负载 的阻抗角
在对称三相电路中，各相负载的功率相同，三相负载的总功率：
（可以根据对称性直接写出）
不对称三相电路的计算
三相电路中，只要有一部分不对称就成为不对 称三相电路
不对称三相电路的特点: 三相电源认为总是对称的，输电线阻抗也是对 称的 不对称主要是因为负载的不对称，使三相电路 失去对称特点 由单相负载构成三相负载时，虽然设计时尽量 使它们均衡，但使用中仍然无法保证三相负载对 称，这就造成负载的不对称。尤其是电路发生故 障时，负载的不对称程度更加严重
IL IP
同理，对称三相电路的无功功率为：
Q 3U P I P sin 3U L I L sin
对称三相电路的视在功率为
S
P 2 Q 2 3U P I P 3U L I L
在变配 电所的 母线上 一般都 涂以黄、 绿、红 三种颜 色，分 别表示U 相、V相 和 W相
+ -
uU
+
uUV
端 端 (端 端 端 端端 端端
uWU
N
+
uW
-
uV
W
V
iB iC
V W
uVW
三相电源星形联接时，线电压与相电压之 间的关系
根据基尔霍夫定律可得：
uUV uU uV uVW uV uW uWU uW uU
三相电路中负载的连接方法
三相电路中负载的连接方法三相电路中负载的连接方法有两种。
1、星形联结图1所示是三相四线制电路，设线电压为。
电灯负载(，单相负载)比较均匀地分配在各相之中，接在相线与中性线之间；三相接在三根相线上。
负载星形联结的三相四线制电路一般可用图2所示的电路表示。
每相负载的阻抗模分别为和。
电压和电流的参考方向都已在图中标出。
三相电路中的电流也有相电流与线电流之分。
每相负载中的电流称为相电流，每根相线中的电路称为线电流。
在负载为星形联结时，显然，相电流即为线电流，即(1)对三相电路应该一相一相计算。
设相电压为参考正弦量，则得，，在图1的电路中，电源相电压即为每相负载电压。
于是每相负载中的电流可分别求出，即(2)式中：每相负载中电流的有效值分别为(3)各相负载的电压与电流之间的相位差分别为(4)中性线中的电流可以按照图2中所选定的参考方向，应用基尔霍夫电流定律得出，即(5)电压和电流的相量图如图2.30所示。
现在来讨论图2.29所示电路中负载对称的情况。
所谓负载对称，就是指各相阻抗相等，即或阻抗模和相位角相等，即和由式(2.64)和式(2.65)可见，因为电压对称，所以负载相电流也是对称的，即因此，这时中性线电流等于零，即电压和电流的相量图如图4所示。
中性线中既然没有电流通过，中性线就不需要了。
因此图2所示的电路就变为图5所示的电路，这就是三相三线制电路。
三相三线制电路在生产上的应用极为广泛，因为生产上的三相负载(通常所见的是三相电动机)一般都是对称的。
图5对称负载星形联结的三相三线制电路注意：(1) 负载不对称而又没有中性线时，负载的相电压就不对称。
当负载的相电压不对称时，势必引起有的相的电压过高，高于负载的额定电压；有的相的电压过低，低于负载的额定电压。
这都是不容许的。
三相负载的相电压必须对称。
(2) 中性线的作用就在于使星形联结的不对称负载的相电压对称。
为了保证负载的相电压对称，就不应让中性线断开。
因此，中性线(指干线)内不接入熔断器或闸刀开关。
三相负载的星形联结
三相负载的星形联结————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：三相负载的星形联结1.联结方式把各相负载的末端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、Vl、W1分别接到三相交流电源的三根相线上，这种连接的方法叫做三相负载的星形联结。
如下图(a)所示为三相负载星形联结的原理图，图（b）所示为三相负载星形联结的实际电路图。
负载作星形联结并具有中性线时，每相负载两端的电压称为负载的相电压，用表示。
2.电路计算当输电线的电阻被忽略时，负载的相电压等于电源相电压电源的线电压与负载的相电压关系为在三相交流电路中，负载作星形联结，流过每一相负载的电流称为相电流，分别用表示，一般用来表示。
流过每根相线的电流称为线电流，分别用来表示，一般用表示。
当负载作星形联结具有中性线时，三相交流电路的每一相，就是一个单相交流电路，各相电压与电流间数量及相位关系可应用前面学习的单相交流电路的方法处理。
如下图所示，由于每相的负载都串在相线上，相线和负载通过的是同一个电流，所以各线电流等于各相电流，即一般写成除此之外，我们还要考虑流过中性线的电流，由基尔霍夫节点电流定律可以求出中性线电流。
一般采用矢量法来分析。
中性线电流为线电流（或相电流）的矢量和对于三相对称负载，在对称三相电源作用下，三相对称负载的中性线电流等于零，如下图(a)所示。
即由于电流是瞬时值，三相电流瞬时值的代数和也为零，即因此对称负载下中性线便可以省去不用，电路变成如下图（b）所示的三相三线制传输。
如在发电厂与变电站、变电站与三相电动机等之间，由于负载对称，便采用三相三线制传输。
若负载不对称，则中性线电流不为零，其中性线电流为。
三相负载的星形联结图解
三相负载的星形联结图解
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
三相负载的星形联结图解
三相负载的星形联结如图：
该接法有三根火线和一根零线，叫做三相四线制电路，在这种电路中三相电源也是必须是Y形接法，所以又叫做Y－Y接法的三相电路。
显然不管负载是否对称(相等)，电路
中的线电压UL都等于负载相电压UYP的倍，即
UL = UYP
负载的相电流IYP等于线电流IYL，即
IYL = IYP
当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称(称为Y－Y形对称三相电路)。
即各相电流(或各线电流)振幅相等、频率相同、相位彼此相差120，并且中线电流为零。
所以中线可以去掉，即形成三相三线制电路，也就是说对于对称负载来说，不必关心电源的接法，只需关心负载的接法。
三相负载不对称负载星形联结时中性线的作用
三相负载不对称负载星形联结时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星形联结的三相电路。
下面，我们根据实验中的数据来分析三相四线制中性线的重要作用。
如下图所示，把额定电压为220 V，功率分别为l00 W、60 W和40 W 的三盏白炽灯作星形联结，然后接到三相四线制的电源上。
为了便于说明问题，设在中性线上装有开关SN，如下图(a)所示。
当SN合上时每个灯泡都能正常发光。
当断开SU、Sv和Sw中任意一个或两个开关时，处在通路状态下的灯泡两端的电压仍然是相电压，灯仍然正常发光。
上述情况是相电压不变，而各相电流的数值不同，中性线电流不等于零。
如果断开开关Sw，再断开中性线开关SN，如下图(b)所示。
中性线断开后，电路变成不对称星形负载无中性线电路，40 W的灯反而比l00 W的灯亮得多。
其原因是，没有中性线，两个灯(40 W和l00 W灯泡)串联起来以后接到两根相线上，即加在两个串联灯两端的电压是线电压(380 V)。
又由于l00 W的灯的电阻比40 W的灯的电阻小，由串联分压可知它两端的电压也就小。
因此，l00 W 的灯反而较暗，40 W的灯两端的电压大于220 V，会发出更强的光,还可能将灯烧毁。
可见，对于不对称星形负载的三相电路，必须采用带中性线的三相四线制供电。
若无中性线，可能使某一相电压过低,该相用电设备不能工作；某一相电压过高,烧毁该相用电设备。
因此，中性线对于电路的正常工作及安全是非常重要的，它可以保证负载电压的对称，防止发生事故。
通过这个实例可以发现，中性线的作用就是使不对称的负载获得对称的相电压，使各用电器都能正常工作，而且互不影响。
在三相四线制供电线路中，规定中性线上不允许安装熔断器、开关等装置。
为了增强机械强度，有的还加有钢芯；另外通常还要把中性线接地，使它与大地电位相同，以保障安全。
结论：负载作星形联结时：① 电源线电压是负载两端相电压的② 每一相相线的线电流等于流过负载的相电流，即③对于对称负载可去掉中性线变为三相三线制传输；④对于不对称负载则必须加中性线，采用三相四线制传输。
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二、三相负载的星形（Y）联结
2.几个概念
（1）负载相电压：负载作星形联结并具有中 性线时，每相负载两端的电压，用 UYP 表示。
即 UYP UP
负载的相电压与线电压的关系：
U L 3UYP （2）相电流：负载作星形联结时，流过每一 相负载的电流，分别用 IU 、IV 、IW 表示。 （3）线电流：流过每根相线的电流。分别用 Iu、Iv、 Iw 表示。
（2）三相不对称负载
如果三相负载不对称, 中线 上就会有电流IN通过, 此时中线是 不能被除去的, 否则会造成负载 上三相电压严重不对称, 使用电 设备不能正常工作。
特点：IU
UU ZU
IV
UV ZV
IW
UW ZW
4.星形联结时中性线的作用
中性线在三相电路中的作用是既能为用户提供两 种不同的电压, 同时又使星形联接的三相不对称负载 能够获得对称的电源相电压，保证负载正常工作。
【课堂小结】
三相负载Y形联结时，归纳总结出以下关系式：
UL 3UP
IL
IP
UP Z
(负载对称)
讲解完毕
பைடு நூலகம்
因此, 为了保证负载的相电压对称, 在中线的干 线上是不准接入熔断器和开关的, 而且要用具有足够 机械强度的导线作中线。在连接三相负载时，应尽 量使其平衡，以减小中性线电流。
【拓展训练】
三相对称电感性负载，每相负载的R=8Ω，XL=6Ω，星 形联结接入线电压为380V的三相电源上，求线电流、功率因 数、有功功率、无功功率、视在功率。
三 相 负 载 的 星形联 结
【教学目标】
1.了解三相负载星形联结方式下线电压和相电压的关系及线电流、 相电流和中性线电流的关系。
2.理解中性线的作用。
【教学重点】
了解三相负载星形联结方式下线电压和相电压的关系及线 电流、相电流和中性线电流的关系。
【教学难点】
会将三相负载联结知识应用于实际生活中的房间照明灯电路的 设计与布线。
一、三相负载
1.对称三相负载：各相负载的大小和性质完全相同。即 RU = RV = RW ，XU = XV = XW， ZU = ZV = ZW
2.不对称三相负载：各相负载不等。 3.三相负载的连接方法有两种： （1）星形联结（Y） （2）三角形联结（△）
二、三相负载的星形（Y）联结
1.电路
三相负载的星形联结将负载的末端连到一起接在电源的中 性线上，首端分别接到三相交流电源的三个相线上，如图所示：
（4）星形联结中两种电流的关系
相电流等于线电流，如图所示。
IU Iu IV Iv IW Iw
又可写成：
IL IP
（5）中性线电流：
① 负载对称，中性线电流为零。 ② 不对称时，中性线电流不为零。
3.电路计算
（1）三相对称负载
IYP
I YL
UP ZP
特点：各相电流大小相等，且每相电流的相位差为120º，中性 线电流为零，可省去，三相四线制变为三相三线制如图所示。