• 三相電力

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    什么是三相電力

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    三相電力是一種常見方法交流電力生成、傳輸和分配。它是一種多相系統,是全球電網最常用的傳輸電力的方法。它還用于為大型電機和其他重負載供電。

    三線三相電路通常比具有相同線對地電壓的等效兩線單相電路更經濟,因為它使用較少的導體材料來傳輸給定數量的電力。多相電力系統由獨立發明伽利略費拉里斯,米克哈爾·多利沃·多布羅沃爾斯基,霍納斯·文斯特羅姆,約翰霍普金森和特斯拉在19世紀80年代后期。

    三相電力的原理

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    三相系統在一個周期內隨時間向右增加的瞬時電壓的歸一化波形。相序為1-2-3。這個循環隨著電力系統的頻率重復。理想情況下,每相的電壓、電流和功率都與其他相偏移120°。三相輸電線路三相變壓器(Békéscsaba,匈牙利):左邊是初級線,右邊是次級線

    在對稱的三相電力系統中,三個導體各自承載相對于公共參考具有相同頻率和電壓幅度的交流電,但每個導體之間的相位差為三分之一個周期。公共參考通常連接到地,并且通常連接到稱為中性線的載流導體。由于相位差,任何導體上的電壓在其他導體之一之后的三分之一周期和其余導體之前的三分之一周期時達到峰值。這種相位延遲為平衡的線性負載提供了恒定的功率傳輸。它還可以在電動機中產生旋轉磁場并使用變壓器生成其他相位排列(例如,使用Scott-T變壓器的兩相系統)。

    此處描述的對稱三相系統簡稱為三相系統,因為雖然可以設計和實施非對稱三相電力系統(即,具有不等電壓或相移),但實際上并未使用它們因為它們缺乏對稱系統最重要的優點。

    在為平衡和線性負載供電的三相系統中,三個導體的瞬時電流之和為零。換句話說,每個導體中的電流大小等于另外兩個導體中的電流之和,但符號相反。任何相導體中電流的返回路徑是其他兩個相導體。

    任何數量(大于一個)的相都可以實現恒定的功率傳輸和消除相電流,從而保持容量與導體材料比是單相功率的兩倍。然而,兩相會導致負載的平滑電流變差(使平穩的電力傳輸成??為一項挑戰),并且超過三相會不必要地使基礎設施復雜化。

    三相系統可能有第四根電線,常見于低壓配電。這是零線。中性線允許以恒定電壓提供三個獨立的單相電源,通常用于為多個單相負載供電。接線的排列方式是,盡可能在每組中從每相汲取相同的功率。在配電系統的更上游,電流通常很好地平衡。變壓器可以接線成四線次級和三線初級,同時允許不平衡負載和相關的次級側中性電流。

    相序

    三相的接線通常由不同國家/地區的顏色標識。各相必須按正確順序連接,以實現三相電機的預期旋轉方向。例如,泵和風扇不能反向工作。如果可以同時連接兩個源,則需要保持相的同一性;兩個不同相之間的直接互連是短路。

    三相電力的優點

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    與使用兩根導線(相線和中線)的單相交流電源相比,沒有中線且每相對地電壓和電流容量相同的三相電力可以傳輸三倍的電力只有1.5倍的電線(即,三個而不是兩個)。因此,容量與導體材料的比率加倍。對于未接地的三相和中心接地的單相系統,容量與導體材料的比率增加到3:1(如果兩者都使用與導體相同規格的接地,則為2.25:1)。

    三相電力具有使其在配電系統中受歡迎的特性:

    • 相電流往往相互抵消,在線性平衡負載的情況下總和為零。這使得可以減小中性導體的尺寸,因為它承載很少或沒有電流。對于平衡負載,所有相導體承載相同的電流,因此可以具有相同的尺寸。
    • 傳輸到線性平衡負載的功率是恒定的。在電動機/發電機應用中,這有助于減少振動。
    • 三相系統可以產生具有指定方向和恒定幅度的旋轉磁場,這簡化了電動機的設計,因為不需要啟動電路。

    大多數家庭負載是單相的。在北美住宅中,三相電源可能為公寓樓供電,而家庭負載則為單相連接。在密度較低的地區,可以使用單相進行分配。一些大功率家用電器,如電爐和干衣機,由240伏的分相系統或208伏的三相系統的兩相供電。

    三相電力的生成和分發

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    發電站,發電機將機械能轉換成一組三個交流電流,一個來自發電機的每個線圈(或繞組)。繞組的排列使得電流頻率相同,但波形的波峰和波谷相互抵消,以提供三個互補電流,相位間隔為三分之一周期(120°或2π?3弧度)。所述發生器頻率通常為50或60赫茲,取決于國家。

    三相電力

    在發電站,變壓器將發電機的電壓改變到適合傳輸的水平,以xxx限度地減少損失。

    在輸電網絡中經過進一步的電壓轉換后,在向用戶供電之前,最終將電壓轉換為標準使用電壓。

    大多數汽車交流發電機產生三相交流電并通過二極管橋將其整流為直流電。

    變壓器連接

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    在“開放三角形”或“V”系統中,僅使用兩個變壓器。如果其中一個變壓器發生故障或需要拆除,則由三個單相變壓器組成的閉合三角形可以作為開口三角形運行。在開放三角形中,每個變壓器必須承載其各自相的電流以及第三相的電流,因此容量減少到87%。缺少三個變壓器中的一個,其余兩個的效率為87%,容量為58%(87%中的2?3)。

    在三角形饋電系統必須接地以檢測對地的雜散電流或防止浪涌電壓時,可以連接接地變壓器(通常是鋸齒形變壓器)以允許接地故障電流從任何相返回到地。另一種變體是“角接地”三角形系統,它是在變壓器的一個結點處接地的閉合三角形。

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    詞條目錄
    1. 什么是三相電力
    2. 三相電力的原理
    3. 相序
    4. 三相電力的優點
    5. 三相電力的生成和分發
    6. 變壓器連接

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