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-其中两个是在“中性”和两个中心抽头相位点之间得出的(“异相” 180度)

  三相电力 是一种常见的方法 交流电 电力 一代, 传播, 和 分配. 这是一种 多相系统 是最常用的方法 电网 在世界范围内转移权力。它也可用于大功率 马达 和其他重物。

  三线制三相电路通常比等效的两线制更经济 单相 与地面在同一条线路上的电路 电压 因为它使用较少的导体材料来传输给定数量的电能。多相电力系统是由 伽利略·法拉利(Galileo Ferraris), 米哈伊尔·多利沃·多布罗沃斯基(Mikhail Dolivo-Dobrovolsky), 乔纳斯·文斯特伦(JonasWenström), 约翰·霍普金森 和 尼古拉·特斯拉 在1880年代后期。

  这 导体 之间 电压源 和一个 加载 被称为线,而 电压 在任何两行之间被称为 线电压。在任何线路和零线之间测得的电压称为 相电压. 例如,对于208/120伏特的服务,线路电压为208伏特,相电压为120伏特。

  在对称的三相电源系统中,三个导体各自带有一个 交流电 频率和电压幅度相对于一个公共参考具有相同的频率,但每个相位之间的相位差为一个周期的三分之一。公共基准通常连接到地面,并且通常连接到载流导体,称为中性线。由于相位差, 电压 任一导体上的ω峰值在其他导体之一之后的一个周期的三分之一处以及在其余导体之前的一个周期的三分之一处达到其峰值。该相位延迟可将恒定的功率传递给平衡的线性负载。这也使得在磁场中产生旋转磁场成为可能。 电动马达 并使用变压器生成其他相安排(例如,使用 Scott-T变压器)。两相之间的电压差的幅度为 (1.732 …)乘以各相电压的幅度。

  这里描述的对称三相系统简称为 三相系统 因为尽管可以设计和实现不对称的三相电力系统(即,具有不相等的电压或相移),但由于缺乏对称系统的最重要优点,因此实际上并未使用它们。

  在提供平衡且线性负载的三相系统中,三个导体的瞬时电流之和为零。换句话说,每个导体中的电流在大小上等于其他两个导体中的电流之和,但符号相反。任何相线中电流的返回路径都是其他两相线。

  与使用两根导体(单相和双相导体)的单相交流电源相比 中性的),没有中性线且每相具有相同的相接地电压和电流容量的三相电源可以使用1.5倍的电线(即3根而不是2根)传输三倍的功率。因此,容量与导体材料的比率增加了一倍。 在不接地的三相和中心接地的单相系统中,容量与导体材料的比率增加到3:1(如果两者都使用与导体相同规格的接地,则为2.25:1)。

  理论上,在任何数量(大于一个)的相中,恒定的功率传输和相电流抵消都是可能的,从而保持电容与导体的材料比为单相功率的两倍。但是,两相功率会导致发电机或电动机的平滑(脉动)转矩变小(使平滑的功率传递成为挑战),而三相以上的功率会不必要地使基础设施复杂化。

  三相系统也可以具有第四根导线,特别是在低压配电中。这是 中性的 金属丝。中性点允许在恒定电压下提供三个独立的单相电源,并且通常用于提供各组家用性能的电源 单相 负载。连接的安排应尽可能使每个组从每个相中汲取相等的功率。进一步向上 分发系统,电流通常很平衡。变压器的接线方式是:它们具有四线制的次级线圈,但具有三线制的初级线圈,同时允许不平衡负载和相关的次级侧中性线电流。

  三相电源的特性使其非常适合配电系统:

  相电流趋于相互抵消,在线性平衡负载的情况下相加为零。这使得减小中性导体的尺寸成为可能,因为它几乎不携带电流或不携带电流。在负载平衡的情况下,所有相线导体都承载相同的电流,因此可以具有相同的尺寸。功率到线性平衡负载的传递是恒定的,这有助于减少发电机和电动机的振动。三相系统可以产生 旋转磁场 具有规定的方向和恒定的幅值,简化了电动机的设计,因为不需要启动电路。大多数家庭负载是单相的。在北美住宅中,三相电源可能会为一个多单元公寓楼供电,但家庭负载只能作为单相连接。在低密度区域,只能使用一个相进行分配。一些大功率家用电器(例如电炉和干衣机)由 240伏分相系统 或仅来自208伏的三相系统的两相。

  三相的接线通常由不同国家的颜色代码标识。需要按正确的顺序连接各相,以确保三相电动机的预期旋转方向。例如,泵和风扇可能无法反向工作。如果有可能同时连接两个电源,则必须保持相位标识。两个不同相之间的直接互连就是短路。

  在 发电厂, 一个 将机械动力转换为三个 交流电 电流,来自发电机的每个线圈(或绕组)。绕组的排列应使电流处于相同的频率,但其峰值和谷值应为 海浪 形成偏移以提供具有三分之一周期的相分离的三个互补电流(120°或 弧度)。这 发电机频率 通常是50或60 赫兹,取决于国家/地区。

  在发电站 变形金刚 将发电机的电压更改为适合 传播 为了使损失最小化。

  在传输网络中进行了进一步的电压转换之后,最终将电压转换为标准利用率,然后再为用户供电。

  大多数汽车交流发电机会产生三相交流电,并通过交流电将其整流为直流电。 二极管电桥.

  在三相系统的各相之间连接“三角形”连接的变压器绕组。 “星形”变压器将每个绕组从相线连接到公共中性点。

  可以使用单个三相变压器,也可以使用三个单相变压器。

  在“开放三角形”或“ V”系统中,仅使用两个变压器。如果其中一个变压器发生故障或需要拆除,则由三个单相变压器组成的闭合三角形可以作为一个开放三角形。 在开路三角形中,每个变压器都必须承载其相应相的电流以及第三相的电流,因此容量降低到87%。由于缺少三个变压器之一,而其余两个变压器的效率为87%,因此容量为58%( 的87%)。

  如果必须将三角馈电系统接地以检测对地杂散电流或防止浪涌电压,则应使用接地变压器(通常是 曲折变压器可以连接)以使接地故障电流从任何相返回到地。另一个变体是“角接地”三角形系统,它是一个闭合的三角形,该三角形在变压器的一个接点处接地。

  有两种基本的三相配置:Y型(Y)和增量(Δ)。如图所示,三角形配置仅需要三根导线即可传输,而星形(星形)配置可能需要第四根导线。第四线(如果存在)提供为中性线,并且通常已接地。三线和四线名称不算 上面提到的许多传输线,仅用于故障保护,在正常使用下不承载电流。

  当中性线连接到所有电源绕组的“公共星点”时,便获得了一种在相线和中性线之间具有对称电压的四线制系统。在这样的系统中,所有三相相对于中线的电压幅度相同。已经使用了其他非对称系统。

  当要混合使用单相和三相负载(例如混合照明和电机负载)时,可以使用四线星形系统。应用的一个例子是欧洲(和其他地方)的本地分销,其中每个客户只能从一个阶段和中性点(这是三个阶段的共同点)提供食物。当一组共享中性线的客户吸收不相等的相电流时,普通中性线会承载由这些不平衡引起的电流。电气工程师尝试在任何位置设计三相电源系统,以使从三相中每相汲取的功率尽可能地相同。 电气工程师还尝试布置配电网络,以便尽可能地平衡负载,因为适用于各个房屋的相同原理也适用于大规模配电系统电源。因此,供电部门将尽一切努力在大量场所中分配在三相中每相上汲取的电力,以使平均而言,在供电点可以看到尽可能平衡的负载。

  对于家庭使用,某些国家(例如 英国 可以在大电流下(最多100个)提供一相和零线一种)分配给一个资产,而其他资产例如 德国 可能会为每位客户提供3相和零线,但保险丝额定值较低,通常为40-63 每相,然后“旋转”以避免对第一相趋于施加更多负载的影响。

  基于星形(Y)和增量(Δ)的连接。通常,出于传输和分配目的,有四种不同类型的三相变压器绕组连接。

  星形(Y)-星形(Y)用于小电流和高电压。Δ(Δ)-Δ(Δ)用于大电流和低电压。Delta(Δ)-Wye(Y)用于升压变压器,即在发电站。星形(Y)-增量(Δ)用于降压变压器,即在传输结束时。在北美, 高腿三角洲 如第二张图所示,有时在向负载供电的三角形连接变压器的一个绕组的中心抽头并且该中心抽头接地并作为零线连接的情况下,使用电源。此设置产生三种不同的电压:如果中心抽头(中性)与顶部和底部抽头(相和反相)之间的电压均为120 (100%),相线和反相线上的电压为240 V(200%),中性至“高脚”电压为≈208 V(173%)。

  提供三角形连接电源的原因通常是为需要旋转磁场的大型电动机提供动力。但是,有关场所也将需要“常规”北美120 V电源,其中两个是在“中性”和两个中心抽头相位点之间得出的(“异相” 180度)。

  在完全平衡的情况下,所有三条线均分担相等的负载。检查电路,我们可以得出线电压和电流以及星形和三角形连接负载的负载电压和电流之间的关系。

  在平衡系统中,每条线在相距相等的相角处将产生相等的电压幅值。带V1 作为我们的参考和V3 滞后V2 滞后V1, 使用 和VLN 线路和零线之间的电压为:

  这些电压馈入星形或三角形连接负载。

  负载看到的电压将取决于负载连接。对于Y型情况,将每个负载连接到相(线对中性)电压可得出:

  在哪里 ž全部的 是线路和负载阻抗的总和(ž全部的 = žLN + žÿ), 和 θ 是总阻抗的相位(ž全部的).

  每个相的电压和电流之间的相角差不一定是0,并且取决于负载阻抗的类型, žÿ。感性和容性负载将导致电流滞后或超前电压。但是,每对线(1至2、2至3和3至1)之间的相对相位角仍为-120°。

  通过应用 到中性点的电流,三相电流总和为中性线的总电流。在平衡情况下:

  在三角形电路中,负载跨线连接,因此负载会看到线间电压:

  (Φv1 是第一电压的相移,通常取为0°;在这种情况下,Φv2 = −120°和Φv3 = −240°或120°。)

  更多:

  在哪里 θ 是Δ阻抗的相位(žΔ).

  相对角度得以保留,因此 一世31 滞后 一世23 滞后 一世12 120°。通过在每个增量节点处使用KCL来计算线电流可得出:

  彼此相似:

  再次 θ 是Δ阻抗的相位(žΔ).

  对相量图的检查或从相量符号转换为复数符号的方法,阐明了两个线间电压之间的差值如何产生线间电压的乘数为 。由于三角形配置将负载跨接在变压器的各相之间,因此它提供了线与线之间的电压差,即 是在星形配置中传送到负载的线间电压的两倍。由于传递的功率是V2/ Z,对于要传输的相同功率,三角形配置中的阻抗必须是星形配置中的阻抗的3倍。

  除了在 高腿三角洲 在系统中,单相负载可以跨任何两相连接,也可以将负载从相线连接到中性线。 在三相系统的各相之间分配单相负载可平衡负载,并最经济地使用导体和变压器。

  在对称的三相四线星形系统中,三相导体对系统零线的电压相同。导线之间的电压为 相导体到中性电压的倍数:

  从客户房屋流向供电变压器的电流全部共享中性线。如果负载均匀地分布在所有三相上,则中性线中的返回电流之和大约为零。变压器次级侧上的任何不平衡相负载将无效地利用变压器容量。

  如果电源中性线断开,则不再保持相间电压。相对负载较高的相将经历电压降低,而相对负载较低的相将经历电压升高,直至相间电压。

  一种 高腿三角洲 提供相间关系 但是,LN负载施加在一个相上。 变压器制造商的页面建议LN负载不超过变压器容量的5%。

  自从 ≈1.73,定义 100%给出 。如果 设置为100%,然后 .

  当三相系统的三根火线上的电流不相等或相位角不完全为120°时,功率损耗将大于理想平衡系统的功率损耗。方法 对称分量 用于分析不平衡的系统。

  在线性负载下,由于相之间的不平衡,中性线仅承载电流。 气体放电灯 以及利用整流电容器前端的设备,例如 ,计算机,办公设备等产品 三阶谐波 在所有供应阶段都是同相的。因此,此类谐波电流会添加到星形系统中的中性点(或三角形系统中的接地(之字形)变压器中),这会导致中性点电流超过相电流。

  三相负载的重要一类是 电动马达。三相感应电动机具有简单的设计,固有的高启动转矩和高效率。这样的电动机在工业上被用于许多应用。三相电动机比相同电压等级和额定值的单相电动机以及功率高于10的单相AC电动机更紧凑,成本更低HP(7.5 kW)不常见。与在相同条件下使用相同功率的单相电动机相比,三相电动机的振动也较小,因此使用寿命更长。

  电阻加热负载,例如电 锅炉 或空间加热可以连接到三相系统。电子照明也可以类似地连接。

  光线中的线路频率闪烁对 用于体育赛事广播 慢动作 重播。可以通过在三个相位上均匀分布线路频率操作的光源来降低此亮度,从而使所有三个相位的照明区域均被照亮。该技术已成功应用于2008年北京奥运会。

  整流器 可能会使用三相电源来产生六脉冲直流输出。 这种整流器的输出比整流后的单相平滑得多,并且与单相不同,在脉冲之间不会降为零。这样的整流器可用于电池充电, 电解 诸如 或用于直流电动机的操作。 “之字形”变压器 可以等效于六相全波整流,每个周期十二个脉冲,这种方法有时被用来降低滤波组件的成本,同时提高生成的DC的质量。

  三相负载的一个示例是 电弧炉 用在 炼钢 和精炼矿石。

  在许多欧洲国家,电炉通常设计用于三相进料。单个加热单元通常连接在相线和中性线之间,如果三相不可用,则允许连接到单相电路。 国内领域中其他常见的三相负载是 无罐热水系统 和 储藏加热器。欧洲和英国的房屋已将任何相与地面之间的标称电压设为230V。 (在英国,现有电源保持在240 V附近,在欧洲大部分地区仍为220V。)大多数房屋是由三相路边变压器供电的,因此,需求高于平均水平的各个房屋可以被供电2秒钟或2秒钟。第三阶段连接。

  相位转换器 当三相设备需要在单相电源上运行时,可使用“三相”。当三相电源不可用或成本不合理时,可使用它们。这样的转换器还可以允许改变频率,从而允许速度控制。一些铁路机车使用单相源来驱动通过电子驱动器馈电的三相电动机。

  一种 旋转相位转换器 是具有特殊启动装置的三相电动机,并且 功率因数 产生平衡的三相电压的校正。如果设计合理,这些旋转转换器可以使三相电动机在单相电源上令人满意地运行。在这种设备中,能量存储由 惯性 (飞轮效应)的旋转组件。有时会在轴的一端或两端发现一个外部飞轮。

  三相发电机可以由单相电动机驱动。这种电动发电机组合可以提供变频器功能以及相变功能,但需要两台机器,同时还要承担所有费用和损失。电动发电机方法也可以形成 不间断电源供应 与大型飞轮和电池供电的直流电机配合使用时;与备用发电机组产生的临时频率下降相比,这种组合将提供几乎恒定的功率,直到备用发电机启动为止。

  电容器和 自耦变压器 可以用于近似静态相位转换器中的三相系统,但是附加相的电压和相角可能仅对某些负载有用。

  变频驱动器 和 数字相位转换器 使用电力电子设备从单相输入电源合成平衡的三相电源。

  验证电路中的相序具有很大的实际意义。除非两个三相电源具有相同的相序,否则它们不得并联连接,例如,当将发电机连接到通电的配电网时,或者当并联连接两个变压器时。否则,互连将表现为短路,并且会有多余的电流流过。三相电动机的旋转方向可以通过互换任意两相来反转。通过瞬时给电动机通电以观察其旋转来测试机器可能是不切实际或有害的。可以通过测量端子对之间的电压并观察两端电压非常低的端子具有相同的相位,而显示较高电压的端子处于不同的相位,来验证两个电源的相序。

  在不需要绝对相位标识的情况下,可以使用相位旋转测试仪通过一次观测来识别旋转顺序。相旋转测试仪可以包含一个微型三相电动机,其旋转方向可以通过仪器箱直接观察到。另一种模式是使用一对灯和内部相移网络来显示相位旋转。可以将另一种类型的仪器连接到断电的三相电动机上,并且当用手旋转电动机轴时,可以检测出由剩磁感应的微小电压。灯或其他指示灯亮起以显示给定轴旋转方向的端子电压顺序。

  分相电力当三相电源不可用时使用,并允许为大功率负载提供两倍的正常使用电压。两相电力使用两个交流电压,它们之间具有90电度的相移。两相电路可以用两对导体布线,或者可以将两根导线组合在一起,仅需要三根导线即可。公共导体中的电流相加为各相电流的1.4倍,因此公共导体必须更大。两相和三相系统可以通过 Scott-T变压器,由 查尔斯·斯科特. 早期的交流电机,尤其是第一批发电机 尼亚加拉瀑布,使用两相系统,并且仍然存在一些剩余的两相配电系统,但是三相系统已经取代了两相系统以用于现代安装。单环电源所使用的不对称修改的两相电力系统 通用电气 大约在1897年,由 查尔斯·普罗特斯·斯坦梅兹 和 以利胡·汤姆森(Elihu Thomson)。设计该系统是为了避免专利侵权。在该系统中,发电机缠绕有用于照明负载的全电压单相绕组,而绕组的一小部分(通常是线电压的1/4)与主绕组产生的电压正交。目的是使用此“电源线”附加绕组为感应电动机提供启动转矩,而主绕组为照明负载提供动力。西屋公司关于对称两相和三相配电系统的专利到期后,单环系统不再使用;它很难分析,而且持续时间不够长,无法开发出令人满意的电能计量表。高阶系统已针对功率传输进行了构建和测试。这样的传输线通常将使用六个或十二个相位。高阶有序传输线允许通过给定体积传输的功率略微低于按比例传输的更高功率,而无需付出任何代价。 高压直流电 线路两端的(HVDC)转换器。但是,它们相应地需要更多的设备。

  三相系统的导体通常用颜色代码标识,以实现平衡负载并确保正确的相位旋转。 马达。使用的颜色可能符合国际标准 IEC 60446 (之后 ),较旧的标准或根本没有标准,甚至在一次安装中也可能会有所不同。例如,在美国和加拿大,接地(接地)和非接地系统使用不同的颜色代码。

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