三相电原理和接法图解.docx

单相电用来为民用和办公电器供电，而三相交流（a.c.）系统则广泛用于配电及直接为功率更高的设备提供电力。 本文介绍了三相系统的基本原理以及可能的不同测量连接之间的差异。三相系统三相系统三相电由频率相同、幅度类似的三个 AC 电压组成。每个 ac 电压“相位”与另一个 ac 电压相隔 120（图 1）。这可以通过图形方式，使用波形和矢量图（图 2）进行表示。图 1.三相电压波形图 2.三相电压矢量使用三相系统的原因有两个：1. 可以使用三个矢量间隔的电压，在马达中产生旋转磁场。从而可以在不需要额外绕组的情况下启动马达。2. 三相系统可以连接到负载上，要求的铜缆连接数量（传输损耗）是其它方式的一半。我们看看三个单相系统， 每个系统为一个负载提供 100W 的功率 （图3）。总负载是 3 x 100W = 300W.为提供电力，1 安培电流流经 6 根线， 因此有 6 个单位的损耗。 也可以把三个电源连接到一个公共回程上，如图 4 所示。当每个相位中的负载电流相同时，负载被认为是均衡的。在负载均衡、且三个电流相位彼此位移 120的情况下，任何时点上的电流之和都为零，回程线路中没有电流。图 3.三个单相电源- 6 个单位损耗图 4.三相电源，均衡负载- 3 个单位损耗在三相 120系统中， 要求 3 根线传送功率， 而在其它方式下则要求 6根线。要求的铜缆数量减少了一半，导线传输损耗也将减半。Y 形接法或星形接法形接法或星形接法拥有公共连接的三相系统通常如图 5 的示意图所示，称为“Y 形或星形”接法。公共点称为中性点。为安全起见，这个点通常在电源上接地。在实践中， 负载并不是完美均衡的， 要使用第四条“中性”线传送得到的电流。如果本地法规和标准允许，中性导体可能会比三条主导体小得多。图 5. Y 形接法或星形接法-三相四线三角形接法三角形接法上面讨论的三个单相电源也可以串联起来。 在任何时点上， 三个 120相移电压之和都是零。 如果和为零， 那么两个端点都处在相同的电位，可以联接在一起。这种接法如图 7 中的示意图所示，使用希腊字母表示，称为三角形接法。图 6.任意时间的瞬时电压之和为零图 7.三角形接法-三相三线Y 形接法和三角形接法比较形接法和三角形接法比较Y 形接法用来为家庭和办公中使用的日常单相设备供电。 单相负载连接到线路和中性线之间 Y 形的一条腿上。每个相位的总负载尽可能多地共享，以便为主三相电源提供均衡负载。Y 形接法还可以为更高电压上更高的功率负载提供单相或三相电。 单相电压是相位到中性电压。另外还提供较高相间电压，如图 8 中的黑色矢量所示。图 8. V phase-phase = 3 x V phase-neutral三角形接法最常用的情况是为功率较高的三相工业负载供电。然而，通过沿着变压器线圈进行连接或“分接”,可以从三相三角形电源中获得不同的电压组合。例如，在美国，240V 三角形系统可以有分相或中心分接线圈，提供两个 120V 电源（图 9）。为安全起见，中心分接点可以在变压器上接地。在中心分接点和三角形接法的第三条“高脚”之间，还提供了 208V 电压。图 9.三角形接法，采用“分相”或“中心分接”线圈功率测量功率测量在交流系统中，功率使用功率表测量。现代数字采样功率表，把多个电压和电流的瞬时样点乘在一起，计算瞬时功率，然后取一个周期中瞬时功率的平均值，表示有功功率。功率表将在广泛的波形、频率和功率因数范围上，准确测量有功功率、视在功率、无功负载、功率因数、谐波等等。为使功率分析仪提供良好的结果，必须能够正确识别布线配置，正确连接功率分析仪。单相功率表连接单相功率表连接只要求一个功率表，如图 10 所示。系统与功率表电压端子和电流端子的连接简单明了。功率表的电压端子透过负载并连，电流通过与负载串联的电流端子输入。图 10.单相双线和 DC 测量单相三相连接单相三相连接在这个系统中，如图 11 所示，从一个中心分接的变压器线圈中产生电压，所有电压都同相。这在北美住宅应用中十分常见，其中提供了一个240 V电源和两个120V电源， 在每条腿线上可能有不同的负载。为测量总功率和其它数量，应如图 11 所示连接两个功率表。图 11.单相三线布朗德尔定理：要求的功率表数量在单相系统中，只有两根线。功率使用一个功率表测量。在三线系统中，要求两个功率表，如图 12 所示。一般来说，要求的功率表数量 = 线数 - 1图 12.三线 Y 形系统验证三相验证三相 Y 形系统形系统功率表测量的瞬时功率是瞬时电压和电流样点之积。功率表 1 读数 = i1 （v1 - v3）功率表 2 读数 = i2 （v2 - v3）读数之和 W1 + W2 = i1v1 - i1v3 + i2v2 - i2v3= i1v1 + i2v2