三相电

电能的一种输送形式

三相电是发电、输电和配电中常用的一种交流电类型。三相电源中，每根线上电压的相位相比于其它电线偏移了2π/3。

历史

三相电源是从电动机的发展中演变而来的。1885 年，伽利略·法拉利斯（Galileo Ferraris）研究了旋转磁场时试验了不同类型的异步电动机，发明了交流发电机。1887年10月12日，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）发明的三相电动机获得了专利。特斯拉设想他的三相电机通过六根电线供电。

米哈伊尔·多利沃-多布罗沃尔斯基（Михаи́л О́сипович Доли́во-Доброво́льский）于1888 年发展了三相发电机和三相电动机，研究了星形和三角形连接。他的三相三线输电系统于1891 年在德国的国际电工展览会上展出。1891 年，他还开发了一种三相变压器和短路（鼠笼式）感应电动机。他于 1891 年设计了世界上第一座三相水力发电厂。

1890年，乔纳斯·温斯特伦（Jonas Wenstrom）在Grangesberg矿区验证了从远处瀑布使用三相电力输电的可能性，这是三相交流电的第一个商业应用。

简介

我国发电厂和电力网生产、输送和分配的交流电都是三相交流电。这是因为三相交流电具有许多优点。在发电设备方面，三相交流发电机比同样体积的单相交流发电机输出功率大；在输电方面，三相供电制也较单相供电制节省材料；从用电方面，生产中广泛使用的三相交流电动机与直流电动机及其他类型的交流电动机相比，有性能优良、结构简单、价格低廉等优点。

以下是一个理想的三相交流电电动势的数学表达式：

其中，Em是电动势最大值。

原理

交流发电机的原理是：在发电机内部有一个由发动机带动的转子(旋转磁场)。磁场外有一个定子绕组，绕组有3组线圈(三相绕组)，三相绕组彼此相隔120°角。当转子旋转时，旋转磁场使固定的定子绕组切割磁力线（或者说使电动势绕组中通过的磁通量发生变化）从而产生感应电动势。线圈所能产生的电动势的大小，和线圈通量的强弱、磁极的旋转速度成正比。

把3组线圈以间隔120°角进行配置，就可以得到互差120°的相同电压、相同频率的三相交流电。

特征

把三个大小相等、频率相同、初相位相差120°的交流电合在一起就组成一个三相交流电。实际的三相交流电是由三相发电机产生的，在发电机中有三个相同的绕组按空间相差120°均匀分布。这样，发电机旋转就可以产生满足上述条件的三个单相交流电，由于初相位相差120°，在各条导线中流过的电流存在一个时间差，这样就不需要六条导线供电，而只需在发电机内部把三个绕组按一定方式联接起来，用三条或四条导线供电。发电机每个绕组发出的一个交流电叫做三相交流电中的一相，就是常用的单相交流电。

发电机三相绕组分别称为A相绕组，B相绕组和C相绕组。

三相电负载接法

三相电有两种基本的接法：三角形（）接法和星形（）接法，如图所示。在星形接法中，经常会配置第四根线作为中性线，这根线通常接地。

有四种不同类型的三相变压器绕组用于达到不同的输电目的：

1. 星形-星形：用于小电流和高电压

2. 三角形-三角形：用于大电流和低电压

3. 三角形-星形：用于升压变压器，通常用于发电站

4. 星形-三角形：用于降压变压器，通常用于电力传输结束时

将各负载的尾端与中性线N相接，各负载头端分别与相线相接就构成星形连接。在电工技术中，我们将负载接成单相220V电压的形式，比如220V的照明灯、单相电动机、单相电炉等。用电设备都以星形接法接入电路中，应考虑将设备均匀分布于三相电源的相线上，保持三相负载平衡分布。若不这样，断路器可能会跳闸断开，以示负载不平衡，初次操作的电工人员应注意这点。

三相电的优点

与使用中性线的单相交流电相比，三相交流电只需要使用1.5倍的电线即可传输三倍的功率。三相交流电具有高效率、节省材料、波形清晰等优点。

三相电中相电流往往相互抵消，在线性平衡负载的情况下总和为零，这允许我们减少中性导体的尺寸。三相电向线性平衡负载的功率传输是恒定的，这有助于减少发电机中的振动。三相电还可以产生具有指定方向和恒定大小的旋转磁场，这简化了电动机的设计。

制造三相交流发电机、变压器比单相的节省材料，而且构造简单、性能优良；在同样条件下输送同样大的功率时，三相输电线比单相输电线节省有色金属25%，电能损耗也少；三相电动机比单相电动机性能优良。

相关概念

零线（N）

零线亦称“中性线”。三相电路中，零线是由星型连接的中性点引出的线路，零线上的电压为零；不对称三相电路中，由于接触电阻的存在，零线上的电压通常不为零。

地线（PE）

地线是用来将电流引入大地的导线；电气设备漏电或电压过高时，电流通过地线进入大地。

1.供电地线

从变压器中性点接地后引出主干线，根据标准每间隔20~30m重复接地，在电路中起安全保护作用。在漏电的情况下，用电者和地线形成了一个并联电路，由于地线的电阻比较小，电流会迅速流入大地，可使用电者避免因触电而导致伤残。

2.电路地线

在电路设计时，主要是防止干扰与提高无线电波的辐射效率。地线被广泛作为电位的参考点，为整个电路提供一个基准电位。此时，地线未必与真正的大地相连，而往往与输入电源线的一根相连(通常是零线)，其电位也与大地电位无关。

三相四线制

在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，其中三条线路分别代表A，B，C三相，另一条是中性线N（区别于零线，在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路，而三相系统中，三相自成回路，正常情况下中性线是无电流的），故称三相四线制。

在三相四线制的供电系统中，如果零线接地不好或者接地端断了，其后果是在三相负载不平衡时使零线的电位不等于0，也就是说中性点发生偏移。具体零线电位多少与三相负载不平衡度有关，越不平衡，中性点偏移就越大，零线的电位就越高。零线电位偏移后三相的相电压一般就不是220V了。有的相可能超过220V，有的相则可能低于220V。当中性点偏移量太大，三相的相电压增加的相就可能使其用电电器烧毁，三相的相电压减少的相就可能使其用电电器不能工作。零线的电位升高后，达到一定的值时触地线将会造成触电事故危险。

有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。

三相五线制

三相五线制是指A、B、C、N和PE线，其中，PE线是保护地线，也叫安全线，是专门用于接到诸如设备外壳等保证用电安全之用的。PE线在供电变压器侧和N线接到一起，但进入用户侧后绝不能当作零线使用，否则，发生混乱后就与三相四线制无异了。但是，由于这种混乱容易让人丧失警惕，可能在实际中更加容易发生触电事故。

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