三相电原理：从单相电到稳定供电的演变
三相电原理：从单相电到稳定供电的演变
三相电是现代工业和民用电力系统中广泛采用的一种供电方式。相比单相电，三相电具有电流稳定、传输效率高等优点。本文将从交流发电机的工作原理出发，逐步揭示三相电的产生机制及其与单相电的区别。
从单相电到三相电的演变
首先，让我们从一个简单的交流发电机开始。下图展示了电机内部的横截面图，中间为永磁体转子。当我们在转子周围绕制两个线圈并形成闭合回路时，随着转子的旋转，线圈内部的自由电子会受到磁场变化的干扰，从而产生感应电流。
磁场线的分布呈现双椭圆形。由于磁场线越密集的地方磁场强度越大，因此当转子旋转时，线圈所处的磁场强度会周期性变化。当磁场达到最大值时，感应电流最强；当磁场接近中性点时，感应电流几乎为零。如果将这一过程绘制出来，就会得到一个正弦波形，完整的一圈转动对应正弦波的一个周期。
为了改善单相电电流不稳定的问题，可以增加一相线圈，形成两相电。两相线圈之间相位相差120度，这样可以使得整体电流更加稳定。但是，当转子旋转到某些位置时，仍然会出现磁场最大处没有线圈覆盖的情况，导致电流仍然存在波动。
因此，最终发展出了三相电。通过增加第三相线圈，可以进一步改善电流稳定性。从下图可以看出，三相电的波形几乎保持恒定，虽然相位之间仍存在微小间隙，但通过增加线圈组可以进一步优化，不过考虑到成本因素，三相电成为工业用电的普遍选择。
三相电不仅可以为大型工业设备提供全部相位的供电，还可以单独为小型电器提供单相供电。例如，大型建筑中的电梯电机和空调泵需要三相电源，而计算机和办公设备则只需要单相电源。
在城市电力分配中，家庭住房通常只连接单个相位，而大型厂房则需要连接三相电。
三相电为何不需要零线？
单相电（如家庭用电）通常从火线进入，从零线输出形成回路。但是，三相电的三根线全都是火线，为什么不需要零线呢？
观察下图所示的三相电波形，可以发现一个有趣的现象：在某些时刻，其中一相的电压为0，而另外两相电压相等但方向相反。从曲线图也可以看出，任意一点其中一相的电压大小等于另外两相电压之和，但方向相反，相互抵消为0V。
基于这一特性，假设三相电的三相分别给三个负载供电，某一相的正向电压等于另外两条线的反向电压。因此，全部接到一起时，三个负载可以共用同一条回路。由于它们之间电压相互抵消为0，这意味着如图所示的中心点电压为0，所以中间的那条线不会有电流通过。
去掉不会有电流通过的那条线后，得到的电路如下所示。这就解释了为什么三相高压电不需要零线，因为它们互为零线。
三相电的输出电压
我们都知道单相电输出为220V，那么三相电的输出电压是多少呢？
由于三相电之间没有零线，因此需要计算火线之间的电压差。假设其中一相为0V可以去除，通过相量的概念可以计算出两相之间的电压差。
用相量就是求出两相之间的距离即可
所以三相电输出电压就是380V.从左边图形可以看出，发电机衍生出两种接法。星型接法输出单相电压为220V，而三角形接法输出单相电压为380V