电气设计 | 三相电原理和接法，与单相电的区别
电气设计 | 三相电原理和接法，与单相电的区别
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，与单相电相比具有显著的优势。本文将详细介绍三相电的原理、接法以及与单相电的区别，并探讨功率测量的方法。
三相电与单相电的基本概念
- 单相电：一根火线一根零线，是单相220伏。家用照明电大多采用此种输入接线方式。
- 单相380伏：两根火线，是单相380伏。BX系列焊机，电阻系列焊机以及现在的逆变直流双电源焊机，大多采用此种输入接线方式。
- 三相电：三根火线，是三相380伏。电动机以及大多数380V用电器，大多采用此种接线方式。
总的来说，单相电主要用于民用和办公电器供电，而三相交流系统则广泛用于配电及直接为功率更高的设备提供电力。
三相系统的原理
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°。这可以通过图形方式，使用波形和矢量图进行表示。
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：
- 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。
- 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。
三相系统的接法
Y形接法或星形接法
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。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。
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
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
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。
三相系统的功率测量
- 在三线系统中，要求两个功率表，如（图12）所示。
- 在四线系统中，要求三个功率表。
配置测量设备
在线数一定（N）时，要求N-1个功率表测量整体电能质量，如功率。必须确保拥有足够数量的通道，且正确连接。现代多通道功率分析仪将使用相应的内置公式，直接计算整体电能质量，如瓦特、伏特、安培、伏安和功率因数。公式根据布线配置选择，因此设置布线对获得良好的总功率测量至关重要。拥有矢量功能的功率分析仪还将把相电压（或Y形）分量转换成线电压（或三角形）分量。只能使用因数√3,实现系统间转换，或对均衡线性系统上只有一个功率表的测量定标。
了解布线配置、正确进行连接对功率测量至关重要。熟悉常用的布线系统，记住布朗德尔定理，将帮助您获得相应的连接以及可以依赖的结果。