從原理到接法全面了解三相電:三相電與兩相電、單相電的區別

從原理到接法全面了解三相電：三相電與兩相電、單相電的區別

佚名 發表於 2017-07-26 10:17:27

　　三相交流電是生活中的常客，在特定環境下由於大功率電器設備的使用負荷，需要用到三相電，是電能的一種輸送形式，簡稱為三相電。三相交流電源，是由三個頻率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流電勢組成的電源。

　　三相電的特點

　　1、三相電都是火線，摸那一條都不成，兩根之間是380V，每根與零線間是220V，也就是我們日常使用的。

　　2、三相電可以接電機，三根同時進入電機，有星形接法和三角形接法。

　　3、隨便兩根的電壓是380V而不是220V。

　　4、可以用其中一根與零線構成220V使用。

　　5、中性線一般是用來在三相負荷不平衡時，來導通不平衡電流的。

　　零線是變壓器中性點引出的線路，與相線構成迴路對用電設備進行供電，通常情況下，零線在變壓器中性點處與地線重複接地，起到雙重保護作用電壓是兩點間電位差，地線是作為電路電位基準點的等電位體。

　　三相交流電壓的數學式

　　V1 = Asin（2πft）=Asin（wt）

　　V2 = Asin（2πft - 2π/3）=Asin（wt-2π/3）

　　V3 = Asin（2πft + 2π/3）=Asin（wt+2π/3）

　　其中A是電壓的峰值，f則是交流電壓的頻率。

　　三相電與兩相電的區別

　　三相電和兩相電的區別在於三相電比兩相電多兩根火線，並且，電壓等級不同，三相電為380V，兩相電為220V，三相電也用於企業和工廠等，如電機、泵類等大型設備的供電，而兩相多用於家庭、學校、賓館等家用電器的使用，單相電，兩相電，三相電是低壓三相四線（380V/220V）供電系統中的謂稱。單相表示中性線（零線）與任意相線（A，B，C）組成，電壓為220V。兩相表示任意兩相線（AC，AB，BC）組成，電壓為380V。三相表示互差120度的三相（A，B，C）線組成，3Φ380V。對電器負荷而言，三相有兩種接法（星形和三角形）。

　　三相電與單相電的區別

　　三相電與單相電的區別：單相是220V，是相線對零線間的電壓。三相的是A.B.C之間380V的相間電壓，用電器是三相電380V的電機或設備。發電機發出的電源都是三相的，三相電源的每一相與其中性點都可以構成一個單相迴路為用戶提供電力能源。注意在這裡交流迴路中不能稱做正極或負極，應該叫相線（民用電中稱火線）和中性線（民用電中稱零線）。

　　三相電原理

　　用一個例子詮釋三相電原理，雖然粗淺，單比喻恰當，能快速理解。

　　三個人站在正三角形的三個頂點上，A相的人先推一下，然後是B相的人，接著是C相，輪流推，輪子就不停地轉動起來了。如果某人用的力道大點，三相就不平衡了，支撐點就會發生晃動，支撐點就會產生反作用力［中性點（N線）有電流通過］，如果輪子沒有阻力，就會發生飛車的現象，這時相當於產生了短路現象，三相電大致就像這樣。

　　三項電的迴路構成

　　三項一般是交流電，存在相位的偏差，電流會從高電壓自動走向低壓。例如電焊機是接在三項上的某兩項，這裡就叫u，v相，就是380v，某個時候但u相是高電壓的時候，v相就是低電壓，這樣高低電壓之間有相位差，就會有電流流過，形成迴路。當然也有v相高的時候！

　　

　　電動機接三相電原理

　　三相電的每一項波形都是單項正弦，但各項相角相差120度。三項電是可以在電機轉子中產生方向固定的啟動力矩的最少相數。

　　三相電接法

　　三相電由頻率相同、幅度類似的三個AC電壓組成。每個ac電壓「相位」與另一個ac電壓相隔120°（圖1）。這可以通過圖形方式，使用波形和矢量圖（圖2）進行表示。

　　

　　圖1. 三相電壓波形

　　

　　圖2. 三相電壓矢量

　　使用三相系統的原因有兩個：

　　1. 可以使用三個矢量間隔的電壓，在馬達中產生旋轉磁場。從而可以在不需要額外繞組的情況下啟動馬達。

　　2. 三相系統可以連接到負載上，要求的銅纜連接數量（傳輸損耗）是其它方式的一半。

　　我們看看三個單相系統，每個系統為一個負載提供100W的功率（圖3）。總負載是3 x 100W = 300W.為提供電力，1安培電流流經6根線，因此有6個單位的損耗。也可以把三個電源連接到一個公共回程上，如圖4所示。當每個相位中的負載電流相同時，負載被認為是均衡的。在負載均衡、且三個電流相位彼此位移120°的情況下，任何時點上的電流之和都為零，回程線路中沒有電流。

　　

　　圖3. 三個單相電源 - 6個單位損耗

　　

　　圖4. 三相電源，均衡負載 - 3個單位損耗

　　在三相120°系統中，要求3根線傳送功率，而在其它方式下則要求6根線。要求的銅纜數量減少了一半，導線傳輸損耗也將減半。

　　Y形接法或星形接法

　　擁有公共連接的三相系統通常如圖5的示意圖所示，稱為「Y形或星形」接法。

　　公共點稱為中性點。為安全起見，這個點通常在電源上接地。在實踐中，負載並不是完美均衡的，要使用第四條「中性」線傳送得到的電流。如果本地法規和標準允許，中性導體可能會比三條主導體小得多。

　　

　　圖5. Y形接法或星形接法 - 三相四線

　　三角形接法

　　上面討論的三個單相電源也可以串聯起來。在任何時點上，三個120°相移電壓之和都是零。如果和為零，那麼兩個端點都處在相同的電位，可以聯接在一起。這種接法如圖7中的示意圖所示，使用希臘字母Δ表示，稱為三角形接法。

　　

　　圖6. 任意時間的瞬時電壓之和為零

　　

　　圖7. 三角形接法 - 三相三線

　　Y形接法和三角形接法比較

　　Y形接法用來為家庭和辦公中使用的日常單相設備供電。單相負載連接到線路和中性線之間Y形的一條腿上。每個相位的總負載儘可能多地共享，以便為主三相電源提供均衡負載。www.diangon.com

　　Y形接法還可以為更高電壓上更高的功率負載提供單相或三相電。單相電壓是相位到中性電壓。另外還提供較高相間電壓，如圖8中的黑色矢量所示。

　　

　　圖8. V phase-phase = √3 x V phase-neutral

　　三角形接法最常用的情況是為功率較高的三相工業負載供電。然而，通過沿著變壓器線圈進行連接或「分接」，可以從三相三角形電源中獲得不同的電壓組合。例如，在美國，240V三角形系統可以有分相或中心分接線圈，提供兩個120V電源（圖9）。為安全起見，中心分接點可以在變壓器上接地。在中心分接點和三角形接法的第三條「高腳」之間，還提供了208V電壓。

　　

　　圖9. 三角形接法，採用「分相」或「中心分接」線圈

　　功率測量

　　在交流系統中，功率使用功率表測量。現代數字採樣功率表，把多個電壓和電流的瞬時樣點乘在一起，計算瞬時功率，然後取一個周期中瞬時功率的平均值，表示有功功率。功率表將在廣泛的波形、頻率和功率因數範圍上，準確測量有功功率、視在功率、無功負載、功率因數、諧波等等。為使功率分析儀提供良好的結果，必須能夠正確識別布線配置，正確連接功率分析儀。

　　單相功率表連接

　　只要求一個功率表，如圖10所示。系統與功率表電壓端子和電流端子的連接簡單明了。功率表的電壓端子透過負載並連，電流通過與負載串聯的電流端子輸入。

　　

　　圖10. 單相雙線和DC測量

　　單相三相連接

　　在這個系統中，如圖11所示，從一個中心分接的變壓器線圈中產生電壓，所有電壓都同相。這在北美住宅應用中十分常見，其中提供了一個240 V電源和兩個120V電源，在每條腿線上可能有不同的負載。為測量總功率和其它數量，應如圖11所示連接兩個功率表。

　　

　　圖11. 單相三線

　　布朗德爾定理：要求的功率表數量

　　在單相系統中，只有兩根線。功率使用一個功率表測量。在三線系統中，要求兩個功率表，如圖12所示。

　　一般來說，要求的功率表數量 = 線數 - 1

　　

　　圖12. 三線Y形系統

　　驗證三相Y形系統

　　功率表測量的瞬時功率是瞬時電壓和電流樣點之積。

　　功率表1讀數 = i1 （v1 - v3）

　　功率表2讀數 = i2 （v2 - v3）

　　讀數之和W1 + W2 = i1v1 - i1v3 + i2v2 - i2v3

　　= i1v1 + i2v2 - （i1 + i2） v3

　　（根據基爾霍夫定律，i1 + i2 + i3 = 0， so i1 + i2 = -i3）

　　2個讀數W1 + W2 = i1v1 + i2v2 + i3v3 = 總瞬時功率。

　　三相三線接法 - 兩個功率表方法

　　在有三根線時，要求兩個功率表測量總功率。根據圖所示方法連接兩相到功率表的電壓端子。

　　

　　圖13. 三相三線、兩個功率表方法

　　三相三線接法 - 三個功率表方法

　　如前所述，儘管測量三線系統中的總功率只要求兩個功率表，但有時可以方便地使用三個功率表。在如圖所示的接法中，通過把所有三個功率表的電壓低端子連接在一起，創建一個假中性線。

　　

　　圖14. 三相三線（三個功率表方法，把分析儀設置成三相四線模式）

　　三線三個功率表的接法的優勢在於，它指明每一個相的功率（這在兩個功率表的接法中是不可能的）以及相到中線電壓。

　　三相四線接法

　　測量四線系統中的總功率要求三個功率表。測得的電壓是真實的相電壓。通過使用矢量數學運算，可以從相電壓的幅度和相位中準確地計算出相間電壓。現代電源分析儀也使用基爾霍爾定律，計算流過中線的電流。

　　

　　圖15. 三相四線（三個功率表方法）

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