三相電

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三相交流電的波形
这个三相电变压器加拿大一个郊区卖场的唯一输电点。四根进线是208Y/120的(即星形接法,相电压120V,线电压208V),一根中性线,其它三根为A相、B相和C相。

三相电是三組幅值相等、频率相等、相位互相差120°的交流电,由有三个绕组三相发电机產生,是工業上常用的電源,可提供超過數千瓦或以上功率的電力。

以下是一個理想的三相交流電壓的數學式:

V_1 = V_{pk} \sin\left( 2\pi f t \right)
V_2 = V_{pk} \sin\left( 2\pi f t + 120^\circ \right)
V_3 = V_{pk} \sin\left( 2\pi f t - 120^\circ \right)

其中 Vpk 是電壓的峰值, f 是交流電的頻率。

形成[编辑]

为保证发电机的稳定运行,发电机至少需要三个绕组,理论上发电的相数可以更高,但三相最经济,因此世界各国普遍使用三相发电、供电。

特性[编辑]

三相电在电源端和负载端均有星形和三角形两种接法。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。

日常用电系统中的三相四线制中电压为380/220V,即线电压为380V,相電壓則隨接線方式而異;若使用星形接法,相电压为220V,三角形接法的相电压則和线电压都是380V。

星形接法[编辑]

上:星形接法
下:三角形接法
三相電的電流流動

三相电的星形接法是将各相电源负载的一端都接在一点上,而它们的另一端作为引出线,分别为三相电的三个相线。可以将中点(称为中性点)引出作为中性线,形成三相四线制。也可不引出,形成三相三线制。当然,无论是否有中性线,都可以添加地线,分别成为三相五线制三相四线制

星形接法三相电线电压相电压\sqrt{3}倍,而线电流等于相电流。当三相负载平衡时,即使连接中性线,其上也没有电流流过。三相负载不平衡时,应当连接中性线,否则各相负载分压不等。

在纯电阻电路中,利用Y-Δ变换,星形电路可与三角形电路进行等效变换。

在含有电感电容的电路中,由于可能存在串联谐振,不一定可以等效变换。

三角形接法[编辑]

三角形接法是在三相电系統中,一種連接電源負載的方式,是将各相电源或负载依次首尾相连,并将每个相连的点引出,作为三相电的三个相线。三角形接法没有中性点,也不可引出中性线,因此只有三相三线制。添加地线后,成为三相四线制

三角形接法的三相电线电压等于相电压,而线电流等于相电流\sqrt{3}倍。

在纯电阻电路中,利用Y-Δ变换,三角形电路可与星形电路进行等效变换。

在含有电感电容的电路中,由于可能存在串联谐振,不一定可以等效变换。

電壓和電流[编辑]

三相电的系統,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负载的觀點。

  • 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。
  • 若考慮三相電源或负载,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:

  • 星形接法的三相电,线电压是相电压的\sqrt{3}倍,而线电流等于相电流。
  • 三角形接法的三相电,线电压等于相电压,而线电流等于相电流的\sqrt{3}倍。

單相負載[编辑]

單相負載有兩個方法接到三相供電系統,相線及中線,或兩條相線。如果相線及中線間的電壓是220V,使用兩條相線連接獲得的電壓是380V。

V_\text{L-L} = \sqrt{3} V_\text{L-N}
V_\text{L-L} = \sqrt{3} \times 220V = 381V =380V

使用[编辑]

三相電傳輸

中国民用供电使用三相电作为楼层或小区进线,多用星形接法,线电压为380V(近似值),需要中性线,一般也都有地线,即为三相五线制。而进户线为单相线,即三相中的一相,对地或对中性线电压均为220V(近似值)。一些大功率空调家用电器也使用三相四线制接法,此时进户线必须是三相线。

工业用电多使用6kV以上高压三相电进入厂区,经总降压变电所总配电所车间变电所变压成为较低电压后以三相或单相的形式深入各个车间供电。

各国规定的三相电导线颜色[编辑]

A相 B相 C相 零线 地线
美国
(大部分)
黑色 红色 蓝色 白色灰色 绿色黄绿色条纹,或裸露的铜线
美国
(其它情况)
棕色 橙色 黄色 灰色白色 绿色
加拿大(强制性)[1] 红色 黑色 蓝色 白色 绿色(或裸露的铜线)
加拿大(孤立的三相电设施)[2] 橙色 棕色 黄色 白色 绿色
欧洲和其它许多国家,包括英国IEC 60446)及香港[3] 棕色 黑色 灰色 蓝色 黄绿色条纹
欧洲过去(IEC 60446,各个国家不同) 棕色黑色 黑色棕色 黑色棕色 蓝色 黄绿色条纹
南非马来西亚 红色 黄色 蓝色 黑色 黄绿色条纹(1970年前的设施上为绿色
印度 红色 黄色 蓝色 黑色 绿色
澳大利亚新西兰[4]香港過去 红色 白色(过去黄色 蓝色 黑色 黄绿色条纹(很旧的设施上为绿色
中国 黄色 绿色 红色 蓝色 黄绿色条纹
  • 火線(A相、B相、C相),又稱相線活線
  • 零线,又稱中線中性線,在台灣又稱水線
  • 接地線在香港稱為水線,因為以往的接地線是直接連到水管

引用[编辑]

  1. ^ Rick Gilmour et. al, editor, Canadian Electrical Code Part I, Nineteenth Edition, C22.1-02 Safety Standard for Electrical Installations, Canadian Standards Association, Toronto, Ontario Canada (2002) ISBN 1-553246-00-X, rule 4-036 (3)
  2. ^ Canadian Electrical Code 19th edition, rule 24-208(c)
  3. ^ 機電工程署-新電線顏色代碼
  4. ^ 根据AS/NZS 3000:2000 3.8.1

參見[编辑]