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三相交流電是由三個頻率相同、電勢振幅相等、相位差互差120°角的交流電路組成的電力系統。目前,我國生產、配送的都是三相交流電。

1簡介

三相交流電
仔細觀察,可以發現馬路旁電線杆上的電線共有4根,而進入居民家庭的進戶線只有兩根。這是因為電線杆上架設的是三相交流電的輸電線,進入居民家庭的是單相交流電的輸電線。自從19世紀末世界上首次出現三相制以來,它幾乎佔據了電力系統的全部領域。目前世界上電力系統所採用的供電方式,絕大多數是屬於三相制電路。三相交流電比單相交流電有很多優越性,在用電方面,三相電動機比單相電動機結構簡單,價格便宜,性能好;在送電方面,採用三相制,在相同條件下比單相輸電節約輸電線用銅量。實際上單相電源就是取三相電源的一相,因此,三相交流電得到了廣泛的應用。
使一個線圈在磁場里轉動,電路里只產生一個交變電動勢,這時發出的交流電叫做單相交流電。如果在磁場里有三個互成120度角的線圈同時轉動,電路里就產生三個交變電動勢,這時發出的交流電叫做三相交流電。
交流電機中,在鐵芯上固定著三個相同的線圈AX、BY、CZ,始端是A、B、C,末端是X、Y、Z。三個線圈的平面互成120度角。勻速地轉動鐵芯,三個線圈就在磁場里勻速轉動。三個線圈是相同的,它們發出的三個電動勢,最大值和頻率都相同。
這三個電動勢的最大值和頻率雖然相同,但是它們的相位並不相同。由於三個線圈平面互成120度角,所以三個電動勢的相位互差120度。

2四線制式

工業上用的三相交流電,有的直接來自三相交流發電機,但大多數還是來自三相變壓器,對於負載來說,它們都是三相交流電源,在低電壓供電時,多採用三相四線制。
在三相四線制供電時,三相交流電源的三個線圈採用星形(Y形)接法,即把三個線圈的末端X、Y、Z連接在一起,成為三個線圈的公用點,通常稱它為中點或零點,並用字母O表示。供電時,引出四根線:從中點O引出的導線稱為中線或零線;從三個線圈的首端引出的三根導線稱為A線、B線、C線,統稱為相線或火線。在星形接線中,如果中點與大地相連,中線也稱為地線。我們常見的三相四線制供電設備中引出的四根線,就是三根火線一根地線。
中國低壓供電標準為50HZ、380/220V,而日本及西歐某些國家採用60HZ、110V的供電標準,在使用進口電器設備時要特別注意,電壓等級不符,會造成電器設備的損壞。

3三相電壓

每根火線與地線間的電壓叫相電壓,其有效值用UA、UB、UC表示(A、B、C為下標);火線間的電壓叫線電壓,其有效值用UAB、UBC、UCA表示(A、B、C為下標)。因為三相交流電源的三個線圈產生的交流電壓相位相差120°,三個線圈作星形連接時,線電壓等於相電壓的根號3倍。我們通常講的電壓是220伏,380伏,就是三相四線制供電時的相電壓和線電壓。
中國日常電路中,相電壓是220V,線電壓是380V(380=根號3×220)。工程上,討論三相電源電壓大小時,通常指的是電源的線電壓。如三相四線制電源電壓380V,指的是線電壓380V。
在日常生活中,我們接觸的負載,如電燈、電視機、電冰箱、電風扇等家用電器及單相電動機,它們工作時都是用兩根導線接到電路中,都屬於單相負載。在三相四線制供電時,多個單相負載應盡量均衡地分別接到三相電路中去,而不應把它們集中在三根電路中的一相電路里。如果三相電路中的每一根所接的負載的阻抗和性質都相同,就說三根電路中負載是對稱的。在負載對稱的條件下,因為各相電流間的相位彼此相差120°,所以,在每一時刻流過中線的電流之和為零,把中線去掉,用三相三線制供電是可以的。但實際上多個單相負載接到三相電路中構成的三相負載不可能完全對稱。在這種情況下中線顯得特別重要,而不是可有可無。有了中線每一相負載兩端的電壓總等於電源的相電壓,不會因負載的不對稱和負載的變化而變化,就如同電源的每一相單獨對每一相的負載供電一樣,各負載都能正常工作。若是在負載不對稱的情況下又沒有中線,就形成不對稱負載的三相三線制供電。由於負載阻抗的不對稱,相電流也不對稱,負載相電壓也自然不能對稱。有的相電壓可能超過負載的額定電壓,負載可能被損壞(燈泡過亮燒毀);有的相電壓可能低些,負載不能正常工作(燈泡暗淡無光)。隨著開燈、關燈等原因引起各相負載阻抗的變化。相電流和相電壓都隨之而變化,燈光忽暗忽亮,其他用電器也不能正常工作,甚至被損壞。可見,在三相四線制供電的線路中,中線起到保證負載相電壓時稱不變的作用,對於不對稱的三相負載,中線不能去掉,不能在中線上安裝保險絲或開關,而且要用機械強度較好的鋼線作中線。
相交流電依次達到正最大值(或相應零值)的順序稱為相序(phase sequence),順時針按A-B-C的次序循環的相序稱為順序或正序,按A-C-B的次序循環的相序稱為逆序或負序,相序是由發電機轉子的旋轉方向決定的,通常都採用順序。三相發電機在併網發電時或用三相電驅動三相交流電動機時,必須考慮相序的問題,否則會引起重大事故,為了防止接線錯誤,低壓配電線路中規定用顏色區分各相,黃色表示A相,綠色表示B相,紅色表示C相。
工程上通用的相序是正序。

4形成

為保證發電機的穩定運行,發電機至少需要三個繞組,理論上發電的相數可以更高,但三相最經濟,因此世界各國普遍使用三相發電、供電。

5特性

三相電在電源端和負載端均有星形和三角形兩種接法。二種接法都會有三條三相的輸電線及三個電源(或負載),但電源(或負載)的連接方式不同。
日常用電系統中的三相四線制中電壓為380/220V,即線電壓為380V,相電壓則隨接線方式而異;若使用星形接法,相電壓為220V,三角形接法的相電壓則為380V。

6星形接法

三相電的星形接法是將各相電源或負載的一端都接在一點上,而它們的另一端作為引出線,分別為三相電的三條相線。對於星形接法,可以將中點(稱為中性點)引出作為中性線,形成三相四線制。也可不引出,形成三相三線制。當然,無論是否有中性線,都可以添加地線,分別成為三相五線制或三相四線制。
星形接法的三相電,當三相負載平衡時,即使連接中性線,其上也沒有電流流過。三相負載不平衡時,應當連接中性線,否則各相負載將分壓不等。

7三角接法

三相電的三角形接法是將各相電源或負載依次首尾相連,並將每個相連的點引出,作為三相電的三條相線。三角形接法沒有中性點,也不可引出中性線,因此只有三相三線制。添加地線后,成為三相四線制。

8電壓電流

三相電的系統,有二種不同的方式描述電壓及電流,一種是由輸電線的觀點,另一種則是由電源或負載的觀點。
三相電的輸電線為三條相線,線上流過的電流稱為線電流,而二條相線之間的電壓則為線電壓。
若考慮三相電源或負載,流過任一相電源或負載的電流稱為相電流,任一相電源或負載二端的電壓則為相電壓。
二種電壓及電流的數學關係,則依其使用三角形或星形接法而有所不同,若三相的電源或負載平衡時:
星形接法的三相電,線電壓是相電壓的根號3倍,而線電流等於相電流。
三角形接法的三相電,線電壓等於相電壓,而線電流等於相電流的根號3倍。

9使用

中國民用供電使用三相電作為樓層或小區進線,多用星形接法,其相電壓為220V,而線電壓為381V(近似值),需要中性線,一般也都有地線,即為三相五線制。而進戶線為單相線,即三相中的一相,對地或對中性線電壓均為220V。一些大功率空調等家用電器也使用三相四線制接法,此時進戶線必須是三相線。
工業用電多使用6kV以上高壓三相電進入廠區,經總降壓變電所、總配電所或車間變電所變壓成為較低電壓后以三相或單相的形式深入各個車間供電。​

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