三相电原理及其不同测量接法大全

三相系统

三相电由三个频率相同、幅值相近的交流电压组成。每个交流电压的“相位”与其他交流电压相差120°。这可以用波形图和矢量图来表示。

使用三相系统有两个原因:

1.三个矢量间隔电压可用于在电机中产生旋转磁场。使得电动机可以在没有附加绕组的情况下启动。

2.三相系统可以接入负载，所需铜缆连接数量(传输损耗)是其他方式的一半。

我们来看三个单相系统，每个系统为一个负载提供100W的功率。总负载为3x100W=300W。为了提供电力，1安培的电流流过6根导线，因此有6个单位的损耗。也可以将三个电源连接到一个公共回程，如图4所示。当每相的负载电流相同时，负载被认为是平衡的。当负载平衡，三路电流相位相差120°时，任一时间点的电流之和为零，回线无电流。

在三相120系统中，需要三条线来传输电力，而在其他方式中，需要六条线。所需的铜缆数量减少一半，导体的传输损耗也将减半。

y形连接或星形连接

常见连接的三相系统通常显示为“Y形或星形”连接。

共同点叫做中性点。出于安全考虑，该点通常在电源上接地。实际上，负载并不是完全平衡的，因此应该使用第四条“中性”线来传输电流。如果当地法规和标准允许，中性导线可能比三根主导线小得多。

三角形接线

上面讨论的三个单相电源也可以串联。在任一时间点，三个120°相移电压之和为零。如果sum为零，则两个端子处于相同的电位，可以连接在一起。如图7示意图所示，这种连接用希腊字母δ表示，称为三角形连接。

Y形连接与三角形连接的比较

y型接法用于为家庭和办公室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的Y形的一条腿。各相总负荷尽可能分担，为三相主电源提供平衡负荷。

y接线方式也可以在较高电压下为较大功率负载提供单相或三相电。单相电压是相对于中性线的电压。此外，提供了更高的相间电压，如图8中的黑色向量所示。

三角形连接最常见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连接或“分接”，可以从三相三角形电源获得不同的电压组合。例如，在美国，240V三角形系统可以具有分相或中心抽头线圈，提供两个120V电源。出于安全原因，中心抽头可以在变压器上接地。208V的电压也提供在中心抽头和三角形连接的第三个“高脚”之间。

功率测量

在交流系统中，功率由功率表测量。现代数字采样功率计是将电压和电流的几个瞬时样本相乘，计算瞬时功率，然后取一个周期内瞬时功率的平均值来表示有功功率。该功率计将精确测量各种波形、频率和功率因数中的有功功率、视在功率、无功负载、功率因数、谐波等。为了使功率分析仪提供良好的结果，有必要正确识别接线配置并正确连接功率分析仪。

单相功率计连接

只需要一个功率计。与系统功率表的电压端子和电流端子的连接简单明了。功率表的电压端子通过负载并联，电流通过与负载串联的电流端子输入。

三相连接

在该系统中，电压由从中心抽头的变压器线圈产生，所有电压同相。这在北美住宅应用中非常常见，其中提供一个240V电源和两个120V电源，并且每个引脚上可能有不同的负载。为了测量总功率和其他量，两个功率计如图所示连接。

布朗德尔定理:所需的功率计数量

在单相系统中，只有两根电线。功率是用功率计测量的。在三线系统中，需要两个功率计。

一般来说，所需的功率计数量=电线数量-1

验证三相Y形系统

功率计测量的瞬时功率是瞬时电压和电流样本的乘积。

功率计1读数=i1(v1-v3)

功率计2读数=i2(v2-v3)

读数总和w1+w2 = i1 v1-i1 V3+I2 v2-I2 V3 = i1 v1+I2 v2-(I1+I2)V3

(根据基尔霍夫定律，i1+i2+i3=0，soi1+i2=-i3)

两次读数W1+W2=i1v1+i2v2+i3v3=总瞬时功率。

三相三线连接两功率表法

当有三条线路时，需要两个功率计来测量总功率。根据图中所示的方法，将两相连接到功率表的电压端子。

三相三线连接-三功率表法

如前所述，虽然在三线系统中只需要两个功率表来测量总功率，但有时使用三个功率表很方便。在如图所示的连接中，通过将所有三个功率计的电压端子连接在一起，形成了一条假中性线。

三个功率表连接的好处是指示每相的功率(这在两个功率表连接中是不可能的)和相到中性线的电压。

三相四线连接

测量四线系统的总功率需要三个功率计。测得的电压是实际相电压。通过使用矢量数学运算，可以根据相电压的幅值和相位精确计算相间电压。现代功率分析仪也使用基尔霍尔定律来计算流经中性线的电流。

配置测量设备

当线路数量为常数(N)时，需要N-1个功率计来测量整体电能质量，如功率。确保有足够的通道，并且它们连接正确。

现代多通道功率分析仪会利用相应的内置公式直接计算出整体电能质量，如瓦特、伏特、安培、伏安、功率因数等。根据接线配置选择公式，因此设置接线对于获得良好的总功率测量非常重要。具有矢量功能的功率分析仪还会将相电压(或Y形)分量转换为线电压(或三角形)分量。只有因子√3才能实现系统间的转换，或者在平衡线性系统上只校准一个功率计的测量。

了解接线配置和正确连接对于功率测量非常重要。熟悉常见的布线系统，记住布隆德尔定理，会帮助你得到相应的连接和你可以依赖的结果。