三相電原理和接法

1、三相電原理和接法 單相電用來為民用和辦公電器供電，而三相交流（a.c.）系統(tǒng)則廣泛用于配電及直接為功率更高的設(shè)備提供電力。本文介紹了三相系統(tǒng)的基本原理以及可能的不同測量連接之間的差異。三相系統(tǒng)三相電由頻率相同、幅度類似的三個(gè)AC電壓組成。每個(gè)ac電壓“相位”與另一個(gè)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(jìn)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(tǒng)的原因有兩個(gè)：1. 可以使用三個(gè)矢量間隔的電壓，在馬達(dá)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。從而可以在不需要額外繞組的情況下啟動馬達(dá)。2. 三相系統(tǒng)可以連接到負(fù)載上，要求的銅纜連接數(shù)量（傳輸損耗）是其它方式

2、的一半。我們看看三個(gè)單相系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)為一個(gè)負(fù)載提供100W的功率（圖3）?？傌?fù)載是3 x 100W = 300W.為提供電力，1安培電流流經(jīng)6根線，因此有6個(gè)單位的損耗。也可以把三個(gè)電源連接到一個(gè)公共回程上，如圖4所示。當(dāng)每個(gè)相位中的負(fù)載電流相同時(shí)，負(fù)載被認(rèn)為是均衡的。在負(fù)載均衡、且三個(gè)電流相位彼此位移120°的情況下，任何時(shí)點(diǎn)上的電流之和都為零，回程線路中沒有電流。 圖3. 三個(gè)單相電源 - 6個(gè)單位損耗 圖4. 三相電源，均衡負(fù)載 - 3個(gè)單位損耗在三相120°系統(tǒng)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(shù)量減少了一半，導(dǎo)線傳輸損耗也將減半。Y形

3、接法或星形接法擁有公共連接的三相系統(tǒng)通常如圖5的示意圖所示，稱為“Y形或星形”接法。公共點(diǎn)稱為中性點(diǎn)。為安全起見，這個(gè)點(diǎn)通常在電源上接地。在實(shí)踐中，負(fù)載并不是完美均衡的，要使用第四條“中性”線傳送得到的電流。如果本地法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)允許，中性導(dǎo)體可能會比三條主導(dǎo)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(gè)單相電源也可以串聯(lián)起來。在任何時(shí)點(diǎn)上，三個(gè)120°相移電壓之和都是零。如果和為零，那么兩個(gè)端點(diǎn)都處在相同的電位，可以聯(lián)接在一起。這種接法如圖7中的示意圖所示，使用希臘字母表示，稱為三角形接法。 圖6. 任意時(shí)間的瞬時(shí)電壓之和為零 圖7. 三角形接法 - 三相

4、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(shè)備供電。單相負(fù)載連接到線路和中性線之間Y形的一條腿上。每個(gè)相位的總負(fù)載盡可能多地共享，以便為主三相電源提供均衡負(fù)載。Y形接法還可以為更高電壓上更高的功率負(fù)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(yè)負(fù)載供電。然而，通過沿著變壓器線圈進(jìn)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(tǒng)可以有分相或中心分接線圈，提供

5、兩個(gè)120V電源（圖9）。為安全起見，中心分接點(diǎn)可以在變壓器上接地。在中心分接點(diǎn)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，采用“分相”或“中心分接”線圈三相五線制的接線方式 在三相四線制供電系統(tǒng)中，把零線的兩個(gè)作用分開，即一根線做工作零線（N），另外用一根線專做保護(hù)零線（PE），這樣的供電接線方式稱為三相五線制供電方式。三線五線制包括三根相線、一根工作零線、一根保護(hù)零線。三相五線制的接線方式如下圖所示。 該接線的特點(diǎn)是：工作零線N與保護(hù)零線PE除在變壓器中性點(diǎn)共同接地外，兩線不再有任何的電氣連接。由于該種接線能用于單相負(fù)載、沒有中性點(diǎn)引出的三相負(fù)載和有中性點(diǎn)

6、引出的三相負(fù)載，因而得到廣泛的應(yīng)用。在三相負(fù)載不完全平衡的運(yùn)行情況下，工作零線N有電流通過且是帶電的，而保護(hù)零線PE不帶電，因而該供電方式的接地系統(tǒng)完全具備安全和可靠的基準(zhǔn)電位。 在這種情況下，如果零線中斷了，三相負(fù)荷中性點(diǎn)電位就要發(fā)生位移了。中性點(diǎn)電位位移的直接后果就是三相電壓不平衡了，有的相電壓可能大大超過電器的額定電壓(在極端情況下會接近380V)，輕則燒毀電器，重則引起火災(zāi)等重大事故；而有的相電壓大大低于電器的額定電壓(在極端情況下會接近0V)，輕則使電器無法工作，重則也會燒毀電器(因?yàn)殡妷哼^低，空調(diào)、冰箱和洗衣機(jī)等設(shè)備中的電動機(jī)無法起動，時(shí)間長了也會燒毀)。由于三相負(fù)荷是隨機(jī)變化的，

7、所以電壓不平衡的情況也是隨機(jī)變化的。常用的基本供電系統(tǒng)有(380V)三相三線制和(380/220V)三相四線制等,但這些名詞術(shù)語內(nèi)涵不是十分嚴(yán)格.國際電工委員會(IEC)對此作了統(tǒng)一規(guī)定,稱為TT 系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT 系統(tǒng).其中TN 系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S 系統(tǒng). T T 式供電系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng),稱為保護(hù)接地系統(tǒng),也稱T T 系統(tǒng).第一個(gè)符號T 表示電力系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地;第二個(gè)符號T 表示負(fù)載設(shè)備金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與大地直接聯(lián)接,而與系統(tǒng)如何接地?zé)o關(guān).在TT 系統(tǒng)中負(fù)載的所有接地均稱為保護(hù)接地。TN 方式供電系統(tǒng)是將電氣設(shè)備的金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與工作零線相接的保護(hù)系統(tǒng),稱作接零保護(hù)系統(tǒng),用 TN 表示.TN-C 方式供電系統(tǒng)是用工作零線兼作接零保護(hù)線,可以稱作保護(hù)中性線,可用NPE 表示,即常用的三相四線制供電方式.TN-S 式供電系統(tǒng)是把工作零線N 和專用保護(hù)線PE 嚴(yán)格分開的供電系統(tǒng),稱作TN-S 供電系統(tǒng),即常用的三相五線制供電方式. IT 方式供電系統(tǒng),其中I 表示電源側(cè)沒有工作接地,或經(jīng)過