三相系統(tǒng)

三相電由三個頻率相同、幅值相近的交流電壓組成。每個交流電壓的“相位”與其他交流電壓相差120°。這可以用波形圖和矢量圖來表示。

使用三相系統(tǒng)有兩個原因:

1.三個矢量間隔電壓可用于在電機(jī)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。使得電動機(jī)可以在沒有附加繞組的情況下啟動。

2.三相系統(tǒng)可以接入負(fù)載，所需銅纜連接數(shù)量(傳輸損耗)是其他方式的一半。

我們來看三個單相系統(tǒng)，每個系統(tǒng)為一個負(fù)載提供100W的功率。總負(fù)載為3x100W=300W。為了提供電力，1安培的電流流過6根導(dǎo)線，因此有6個單位的損耗。也可以將三個電源連接到一個公共回程，如圖4所示。當(dāng)每相的負(fù)載電流相同時，負(fù)載被認(rèn)為是平衡的。當(dāng)負(fù)載平衡，三路電流相位相差120°時，任一時間點的電流之和為零，回線無電流。

在三相120系統(tǒng)中，需要三條線來傳輸電力，而在其他方式中，需要六條線。所需的銅纜數(shù)量減少一半，導(dǎo)體的傳輸損耗也將減半。

y形連接或星形連接

常見連接的三相系統(tǒng)通常顯示為“Y形或星形”連接。

共同點叫做中性點。出于安全考慮，該點通常在電源上接地。實際上，負(fù)載并不是完全平衡的，因此應(yīng)該使用第四條“中性”線來傳輸電流。如果當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)和標(biāo)準(zhǔn)允許，中性導(dǎo)線可能比三根主導(dǎo)線小得多。

三角形接線

上面討論的三個單相電源也可以串聯(lián)。在任一時間點，三個120°相移電壓之和為零。如果sum為零，則兩個端子處于相同的電位，可以連接在一起。如圖7示意圖所示，這種連接用希臘字母δ表示，稱為三角形連接。

Y形連接與三角形連接的比較

y型接法用于為家庭和辦公室中使用的日常單相設(shè)備供電。單相負(fù)載連接到線路和中性線之間的Y形的一條腿。各相總負(fù)荷盡可能分擔(dān)，為三相主電源提供平衡負(fù)荷。

y接線方式也可以在較高電壓下為較大功率負(fù)載提供單相或三相電。單相電壓是相對于中性線的電壓。此外，提供了更高的相間電壓，如圖8中的黑色向量所示。

三角形連接最常見的情況是為功率較高的三相工業(yè)負(fù)載供電。然而，通過沿著變壓器線圈連接或“分接”，可以從三相三角形電源獲得不同的電壓組合。例如，在美國，240V三角形系統(tǒng)可以具有分相或中心抽頭線圈，提供兩個120V電源。出于安全原因，中心抽頭可以在變壓器上接地。208V的電壓也提供在中心抽頭和三角形連接的第三個“高腳”之間。

功率測量

在交流系統(tǒng)中，功率由功率表測量?，F(xiàn)代數(shù)字采樣功率計是將電壓和電流的幾個瞬時樣本相乘，計算瞬時功率，然后取一個周期內(nèi)瞬時功率的平均值來表示有功功率。該功率計將精確測量各種波形、頻率和功率因數(shù)中的有功功率、視在功率、無功負(fù)載、功率因數(shù)、諧波等。為了使功率分析儀提供良好的結(jié)果，有必要正確識別接線配置并正確連接功率分析儀。

單相功率計連接

只需要一個功率計。與系統(tǒng)功率表的電壓端子和電流端子的連接簡單明了。功率表的電壓端子通過負(fù)載并聯(lián)，電流通過與負(fù)載串聯(lián)的電流端子輸入。

三相連接

在該系統(tǒng)中，電壓由從中心抽頭的變壓器線圈產(chǎn)生，所有電壓同相。這在北美住宅應(yīng)用中非常常見，其中提供一個240V電源和兩個120V電源，并且每個引腳上可能有不同的負(fù)載。為了測量總功率和其他量，兩個功率計如圖所示連接。

布朗德爾定理:所需的功率計數(shù)量

在單相系統(tǒng)中，只有兩根電線。功率是用功率計測量的。在三線系統(tǒng)中，需要兩個功率計。

一般來說，所需的功率計數(shù)量=電線數(shù)量-1

驗證三相Y形系統(tǒng)

功率計測量的瞬時功率是瞬時電壓和電流樣本的乘積。

功率計1讀數(shù)=i1(v1-v3)

功率計2讀數(shù)=i2(v2-v3)

讀數(shù)總和w1+w2 = i1 v1-i1 V3+I2 v2-I2 V3 = i1 v1+I2 v2-(I1+I2)V3

(根據(jù)基爾霍夫定律，i1+i2+i3=0，soi1+i2=-i3)

兩次讀數(shù)W1+W2=i1v1+i2v2+i3v3=總瞬時功率。

三相三線連接兩功率表法

當(dāng)有三條線路時，需要兩個功率計來測量總功率。根據(jù)圖中所示的方法，將兩相連接到功率表的電壓端子。

三相三線連接-三功率表法

如前所述，雖然在三線系統(tǒng)中只需要兩個功率表來測量總功率，但有時使用三個功率表很方便。在如圖所示的連接中，通過將所有三個功率計的電壓端子連接在一起，形成了一條假中性線。

三個功率表連接的好處是指示每相的功率(這在兩個功率表連接中是不可能的)和相到中性線的電壓。

三相四線連接

測量四線系統(tǒng)的總功率需要三個功率計。測得的電壓是實際相電壓。通過使用矢量數(shù)學(xué)運算，可以根據(jù)相電壓的幅值和相位精確計算相間電壓?，F(xiàn)代功率分析儀也使用基爾霍爾定律來計算流經(jīng)中性線的電流。

配置測量設(shè)備

當(dāng)線路數(shù)量為常數(shù)(N)時，需要N-1個功率計來測量整體電能質(zhì)量，如功率。確保有足夠的通道，并且它們連接正確。

現(xiàn)代多通道功率分析儀會利用相應(yīng)的內(nèi)置公式直接計算出整體電能質(zhì)量，如瓦特、伏特、安培、伏安、功率因數(shù)等。根據(jù)接線配置選擇公式，因此設(shè)置接線對于獲得良好的總功率測量非常重要。具有矢量功能的功率分析儀還會將相電壓(或Y形)分量轉(zhuǎn)換為線電壓(或三角形)分量。只有因子√3才能實現(xiàn)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換，或者在平衡線性系統(tǒng)上只校準(zhǔn)一個功率計的測量。

了解接線配置和正確連接對于功率測量非常重要。熟悉常見的布線系統(tǒng)，記住布隆德爾定理，會幫助你得到相應(yīng)的連接和你可以依賴的結(jié)果。