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(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)可以連接到負載上，要求的銅纜連接數(shù)量（傳輸損耗）是其它方式

2、的一半。我們看看三個單相系統(tǒng)，每個系統(tǒng)為一個負載提供100W的功率（圖3）?？傌撦d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(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(lián)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，那么兩個端點都處在相同的電位，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. 任意時間的瞬時電壓之和為零 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。每個相位的總負載盡可能多地共享，以便為主三相電源提供均衡負載。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(yè)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(tǒng)可以有分相或中心分接線圈，提供

5、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，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，把零線的兩個作用分開，即一根線做工作零線（N），另外用一根線專做保護零線（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、一根保護零線。三相五線制的接線方式如下圖所示。 該接線的特點是：工作零線N與保護零線PE除在變壓器中性點共同接地外，兩線不再有任何的電氣連接。由于該種接線能用于單相負載、沒有中性點引出的三相負載和有中性點

6、引出的三相負載，因而得到廣泛的應用。在三相負載不完全平衡的運行情況下，工作零線N有電流通過且是帶電的，而保護零線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電位。 在這種情況下，如果零線中斷了，三相負荷中性點電位就要發(fā)生位移了。中性點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(因為電壓過低，空調(diào)、冰箱和洗衣機等設備中的電動機無法起動，時間長了也會燒毀)。由于三相負荷是隨機變化的，

7、所以電壓不平衡的情況也是隨機變化的。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,但這些名詞術語內(nèi)涵不是十分嚴格.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)是指將電氣設備的金屬外殼直接接地的保護系統(tǒng),稱為保護接地系統(tǒng),也稱T T 系統(tǒng).第一個符號T 表示電力系統(tǒng)中性點直接接地;第二個符號T 表示負載設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)如何接地無關.在TT 系統(tǒng)中負載的所有接地均稱為保護接地。TN 方式供電系統(tǒng)是將電氣設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系統(tǒng),稱作接零保護系統(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線,可以稱作保護中性線,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 和專用保護線PE 嚴格分開的供電系統(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 表示電源側沒有工作接地,或經(jīng)過