接線方式
三相制在電源端和負載端均有三相四線星形(y形)和三相三線三角形(△形)兩種結線方式。二種接法都會有三條三相的輸電線及三個電源(或負載),但電源(或負載)的連線方式不同。
日常用電系統中的三相四線制中電壓為380/220V,即線電壓為380V,相電壓則隨接線方式而異;若使用星形接法,相電壓為220V,三角形接法的相電壓則為380V。
形成
為保證發電機的穩定運行,發電機至少需要三個繞組,理論上發電的相數可以更高,但三相最經濟,因此世界各國普遍使用三相發電、供電。
三相電壓
每根相線(火線)與中性線(零線)間的電壓叫 相電壓,其有效值用UA、UB、UC表示;相線間的電壓叫 線電壓,其有效值用UAB、UBC、UCA表示。因為三相交流電源的三個線圈產生的交流電壓相位相差120°,三個線圈作星形連線時,線電壓等於相電壓的√3倍。我們通常講的電壓是380伏、220伏,就是三相四線制供電時的線電壓和相電壓。
我國日常電路中,相電壓是220V,線電壓是380V(380=根號3×220)。工程上,討論三相電源電壓大小時,通常指的是電源的線電壓。如三相四線制電源電壓380V,指的是線電壓380V。
在日常生活中,我們接觸的負載,如電燈、電視機、電冰櫃、電風扇等家用電器及單相電動機,它們工作時都是用兩根導線接到電路中,都屬於單相負載。在三相四線制供電時,多個單相負載應儘量均衡地分別接到三相電路中去,而不應把它們集中在三根電路中的一相電路里。如果三相電路中的每一根所接的負載的阻抗和性質都相同,就說三根電路中負載是對稱的。在負載對稱的條件下,因為各相電流間的相位彼此相差120°,所以,在每一時刻流過中線的電流之和為零,把中線去掉,用三相三線制供電是可以的。但實際上多個單相負載接到三相電路中構成的三相負載不可能完全對稱。在這種情況下中線顯得特別重要,而不是可有可無。有了中線每一相負載兩端的電壓總等於電源的相電壓,不會因負載的不對稱和負載的變化而變化,就如同電源的每一相單獨對每一相的負載供電一樣,各負載都能正常工作。若是在負載不對稱的情況下又沒有中線,就形成不對稱負載的三相三線制供電。由於負載阻抗的不對稱,相電流也不對稱,負載相電壓也自然不能對稱。有的相電壓可能超過負載的額定電壓,負載可能被損壞(燈泡過亮燒毀);有的相電壓可能低些,負載不能正常工作(燈泡暗淡無光)。隨著開燈、關燈等原因引起各相負載阻抗的變化。相電流和相電壓都隨之而變化,燈光忽暗忽亮,其他用電器也不能正常工作,甚至被損壞。可見,在三相四線制供電的線路中,中線起到保證負載相電壓對稱不變的作用,對於不對稱的三相負載,中線不能去掉,不能在中線上安裝保險絲或開關,而且要用機械強度較好的鋼線作中線。
相交流電依次達到正最大值(或相應零值)的順序稱為相序(phase sequence),順時針按A-B-C的次序循環的相序稱為順序或正序,按A-C-B的次序循環的相序稱為逆序或負序,相序是由發電機轉子的旋轉方向決定的,通常都採用順序。三相發電機在併網發電時或用三相電驅動三相交流電動機時,必須考慮相序的問題,否則會引起重大事故,為了防止接線錯誤,低壓配電線路中規定用顏色區分各相,黃色表示A相,綠色表示B相,紅色表示C相。
工程上通用的相序是正序。
電流與電壓的關係
三相電的系統,有二種不同的方式描述電壓及電流,一種是由輸電線的觀點,另一種則是由電源或負載的觀點。
三相電的輸電線為三條相線,線上流過的電流稱為線電流,而二條相線之間的電壓則為線電壓。
若考慮三相電源或負載,流過任何一相電源或負載的電流稱為相電流,任一相電源或負載二端的電壓則為相電壓。
二種電壓及電流的數學關係,則依其使用三角形或星形接法而有所不同,若三相的電源或負載平衡時:
星形接法的三相電,線電壓是相電壓的根號3倍,而線電流等於相電流。
三角形接法的三相電,線電壓等於相電壓,而線電流等於相電流的根號3倍。
三相制的優越性
三相制更易於獲得旋轉磁場。旋轉磁場是是感應電動機與同步電動機等常用電氣設備能夠運轉的必要條件。
對稱三相電路總的瞬時功率可以恆定不變。這為電力的供應與使用創造了有利條件。
採用同樣等級的供電電壓、輸送等容量的電能,在遠距離及線損均相同的前提下,三相制比單相制或其他多相制所耗費的導線等材料最省費用最低。
主要電氣設備,如發電機、變壓器、電動機等,製造成三相制設備與製造成相同額定功率的單相制或者其他多相制設備相比,製作工藝相對簡便,平均單位功率耗費的材料最省,製造成本最低。
1.三相制更易於獲得旋轉磁場。旋轉磁場是是感應電動機與同步電動機等常用電氣設備能夠運轉的必要條件。
2.對稱三相電路總的瞬時功率可以恆定不變。這為電力的供應與使用創造了有利條件。
3.採用同樣等級的供電電壓、輸送等容量的電能,在遠距離及線損均相同的前提下,三相制比單相制或其他多相制所耗費的導線等材料最省費用最低。
4.主要電氣設備,如發電機、變壓器、電動機等,製造成三相制設備與製造成相同額定功率的單相制或者其他多相制設備相比,製作工藝相對簡便,平均單位功率耗費的材料最省,製造成本最低。
使用
中國民用供電使用三相電作為樓層或小區進線,多用星形接法,其相電壓為220V,而線電壓為381V(近似值),需要中性線,一般也都有地線,即為三相五線制。而進戶線為單相線,即三相中的一相,對地或對中性線電壓均為220V。一些大功率空調等家用電器也使用三相四線制接法,此時進戶線必須是三相線。
工業用電多使用6kV以上高壓三相電進入廠區,經總降壓變電所、總配電所或車間變電所變壓成為較低電壓後以三相或單相的形式深入各個車間供電。