三相电源原理和其接线方法

.三相电原理和接法 单相电用来为民用和办公电器供电，而三相交流（a.c.）系统则广泛用于配电及直接为功率更高的设备提供电力。本文介绍了三相系统的基本原理以及可能的不同测量连接之间的差异。三相系统三相电由频率相同、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（图1）。这可以通过图形方式，使用波形和矢量图（图2）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：1. 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。2. 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。我们看看三个单相系统，每个系统为一个负载提供100W的功率（图3）。总负载是3 x 100W = 300W.为提供电力，1安培电流流经6根线，因此有6个单位的损耗。也可以把三个电源连接到一个公共回程上，如图4所示。当每个相位中的负载电流相同时，负载被认为是均衡的。在负载均衡、且三个电流相位彼此位移120的情况下，任何时点上的电流之和都为零，回程线路中没有电流。 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。Y形接法或星形接法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。在实践中，负载并不是完美均衡的，要使用第四条“中性”线传送得到的电流。如果本地法规和标准允许，中性导体可能会比三条主导体小得多。 图5. Y形接法或星形接法 - 三相四线三角形接法上面讨论的三个单相电源也可以串联起来。在任何时点上，三个120相移电压之和都是零。如果和为零，那么两个端点都处在相同的电位，可以联接在一起。这种接法如图7中的示意图所示，使用希腊字母表示，称为三角形接法。 图6. 任意时间的瞬时电压之和为零 图7. 三角形接法 - 三相三线Y形接法和三角形接法比较Y形接法用来为家庭和办公中使用的日常单相设备供电。单相负载连接到线路和中性线之间Y形的一条腿上。每个相位的总负载尽可能多地共享，以便为主三相电源提供均衡负载。Y形接法还可以为更高电压上更高的功率负载提供单相或三相电。单相电压是相位到中性电压。另外还提供较高相间电压，如图8中的黑色矢量所示。 图8. V phase-phase = 3 x V phase-neutral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”线圈三相五线制的接线方式 在三相四线制供电系统中，把零线的两个作用分开，即一根线做工作零线（N），另外用一根线专做保护零线（PE），这样的供电接线方式称为三相五线制供电方式。三线五线制包括三根相线、一根工作零线、一根保护零线。三相五线制的接线方式如下图所示。 该接线的特点是：工作零线N与保护零线PE除在变压器中性点共同接地外，两线不再有任何的电气连接。由于该种接线能用于单相负载、没有中性点引出的三相负载和有中性点引出的三相负载，因而得到广泛的应用。在三相负载不完全平衡的运行情况下，工作零线N有电流通过且是带电的，而保护零线PE不带电，因而该供电方式的接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。 在这种情况下，如果零线中断了，三相负荷中性点电位就要发生位移了。中性点电位位移的直接后果就是三相电压不平衡了，有的相电压可能大大超过电器的额定电压(在极端情况下会接近380V)，轻则烧毁电器，重则引起火灾等重大事故；而有的相电压大大低于电器的额定电压(在极端情况下会接近0V)，轻则使电器无法工作，重则也会烧毁电器(因为电压过低，空调、冰箱和洗衣机等设备中的电动机无法起动，时间长了也会烧毁)。由于三相负荷是随机变化的，所以电压不平衡的情况也是随机变化的。常用的基本供电系统有(380V)三相三线制和(380/220V)三相四线制等,但这些名词术语内涵不是十分严格.国际电工委员会(IEC)对此作了统一规定,称为TT 系统、TN系统、IT 系统.其中TN 系统又分为TN-C、TN-S 系统. T T 式供电系统是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统,称为保护接地系统,也称T T 系统.第一个符号T 表示电力系统中性点直接接地;第二个符号T 表示负载设备金属外壳和正常不带电的金属部分与大地直接联接,而与系统如何接地无关.在TT 系统中负载的所有接地均称为保护接地。TN 方式供电系统是将电气设备的金属外壳和正常不带电的金属部分与工作零线相接的保护系统,称作接零保护系统,用 TN 表示.TN-C 方式供电系统是用工作零线兼作接零保护线,可以称作保护中性线,可用NPE 表示,即常用的三相四线制供电方式.TN-S 式供电系统是把工作零线N 和专用保护线PE 严格分开的供电系统,称作TN-S 供电系统,即常用的三相五线制供电方式. IT 方式供电系统,其中I 表示电源侧没有工作接地,或经过高阻抗接地.第二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护.IT 方式供电系统在供电距离不是很长时,供电的可靠性高、安全性好.一般用于不允许停电的场所,或者是要求严格地连续供电的地方,例如连续生产装置、大医院的手术室、ICU病房、地下矿井等处.