三相电原理与接法：与单相电的区别及功率测量方法
三相电原理与接法：与单相电的区别及功率测量方法
三相电是工业和商业用电中最常见的供电方式，与单相电相比，它具有更高的效率和更好的性能。本文将详细介绍三相电的原理、接法以及功率测量方法，帮助读者更好地理解这一重要的电气工程概念。
三相电的基本概念
在电力系统中，三相电与单相电是最常见的两种供电方式。单相电通常由一根火线和一根零线组成，电压为220伏，主要用于家庭和办公电器的供电。而三相电则由三根火线组成，电压为380伏，主要用于工业设备和大功率电器的供电。
三相电由三个频率相同、幅度相似但相位相差120°的交流电压组成。这种相位差使得三相电在传输和使用时具有更高的效率和更好的性能。下图展示了三相电压的波形和矢量图：
图1. 三相电压波形
图2. 三相电压矢量
三相电的优势
使用三相系统主要有两个原因：
- 可以使用三个相位间隔的电压，在电机中产生旋转磁场，从而可以在不需要额外绕组的情况下启动电机。
- 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）是其他方式的一半。
下图展示了三个单相系统和一个三相系统的对比：
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
三相电的接法
三相电主要有两种接法：星形接法（Y形接法）和三角形接法（Δ形接法）。
星形接法（Y形接法）
星形接法通常用于为家庭和办公中使用的日常单相设备供电。在这种接法中，三根相线连接到一个公共点，称为中性点。中性点通常在电源上接地，以确保安全。当负载不是完美均衡时，还需要使用第四条“中性”线来传输剩余的电流。
图5. Y形接法或星形接法 - 三相四线
三角形接法（Δ形接法）
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。在这种接法中，三根相线首尾相连，形成一个闭合的三角形。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。
图6. 三角形接法 - 三相三线
功率测量
在交流系统中，功率使用功率表进行测量。现代数字采样功率表通过计算瞬时功率的平均值来测量有功功率。为了获得准确的测量结果，必须正确识别布线配置并正确连接功率分析仪。
单相功率表连接
在单相系统中，只需要一个功率表。系统与功率表的电压端子和电流端子的连接简单明了。
图7. 单相双线和DC测量
三相功率表连接
在三相系统中，需要根据具体的接法使用不同数量的功率表。例如，在三线星形系统中需要两个功率表，在三线三角形系统中也可以使用两个或三个功率表，在四线系统中则需要三个功率表。
图8. 三相四线（三个功率表方法）
总结
三相电是工业和商业用电中最常见的供电方式，具有更高的效率和更好的性能。通过了解三相电的原理、接法和功率测量方法，可以更好地理解和应用这一重要的电气工程概念。