一文详解工业三相电压系统

了解三相电压安排，以更好地了解驱动几乎所有工业电机的系统以及为每个单相插座和照明系统供电的较小分支电路。

工业控制系统几乎总是由三相主电压服务供电。由于与高压柜相关的危险，这种三相电源通常不太了解。系统的一些基本知识可以帮助了解为什么存在某些设备，以及为什么会遇到某些故障。

几乎所有工业设施以及许多小商店甚至车库的主要电源都是常见的三相电压电源。许多电压水平可能非常危险，因此大多数关键组件都通过严格的弧闪控制固定在机柜内。由于这个概念已经有些令人困惑，当隐藏在外壳后面时，三相电压的奥秘似乎更加深奥。

无论如何，了解这些系统至关重要，因为它们驱动几乎所有工业电机，并且较小的分支电路为每个单相插座和照明系统供电。

三相电力安排

有几种不同的安排可以让三相电进入设施服务。最常见的是，这是一个采用 Wye 排列的 480V 系统。由于每个系统的线圈的特征排列，Wye 一词与 Delta 形成对比。

图 2. 基本 Y 形 （Y） 排列。

小型设施（例如家庭商店或商业建筑）的典型三相服务是 208V Wye 布置系统。

另一种安排是Delta系统。

图 3. 基本 Delta （Δ） 排列。

两个系统之间的一个特征差异是典型的 Delta 不包括中性线（除了一些更罕见的系统），因此相间的电压不是自然的单相源。

另一方面，四线星形系统包括一根中性线，因此从每相到中性线的电压提供了一个较低电压的单相电源。这实际上是配备 208V Wye 系统的设施中 120V 分支电路的来源。

3-Phase Even 是什么意思？

无论系统是直流还是交流，电压只是电路中两个充电点之间的势能。在电源中，这是在 + 和 - 端子之间驱动能量的潜力，而在负载设备中，这是在 + 和 - 端子之间驱动电流所需的能量。

在直流系统中，电压固定在恒定的直流水平。然而，在交流电中，交替是电压的快速循环变化。由于它是一个循环，因此术语“相位”用于指代相对于中性线不断变化的线路。

在单相或三相交流系统中，能量差将驱动电流从线路到零线或从零线到线路，每秒切换 60 次（60 Hz，有时 50 Hz）。在三相系统中，有三根线，只有一根中性线。每条线 （L） 将交替地向和从中性线 （N） 推拉电流，但不是同时。

每个 L 电压的时间正好是从其之前的 L 延迟的完整周期的 1/3，这被称为正好 120° 的“相位差”。虽然一根 L 线可能正试图将电流驱动到 N 端，但另外两根 L 线可能正朝着相反的方向驱动。这一事实的主要内容是，在任何给定时间，至少两根电线总会有一个（非零）电压，并且总会有至少一个正向电压和一个反向电压。

图 4. 三相电力流的动画。图片由比尔 C提供。［ CC BY-SA 3.0 ］

与该系统相比，单相电压每个周期总是有两次零伏点。这导致电机的不平衡开关驱动。另一个缺点是，根据电机“开启”的时间，它可能会开始向任一方向驱动，除非人为插入相位延迟。三相自然提供了这种延迟。非常适合电机。

为什么三相是电机的理想选择？

至少使用三相非常适合电机。转子周围的线圈布置允许每个相位首先以正极性驱动，然后以负极性驱动，以吸引和排斥转子内的磁铁。在三相相互偏移的情况下，当一条线路电流达到其峰值时，下一条线路达到峰值可能是顺时针方向的 1/3，也可能是前一个线圈逆时针方向的 1/3。

以这种方式，可以非常小心地控制旋转方向。如果我们希望反转旋转方向，则可以互换后两组线路导线，并且峰值电流的顺序将反转。

在单相系统中，只有一个电流存在，尽管它在转子的两侧均等分配。当电机打开时，电流的确切幅度以及最后一次停止时的转子位置都将决定旋转方向。为了使其成为可预测的操作，启动电容器用于确定初始旋转方向，然后在达到一定速度时用离心开关关闭。

如果存在两相系统，它不会比一相具有任何优势，除了两相将具有相等但相反的极性。在没有外部相移分量的情况下，电机方向仍会受到随机方向的拉动。

那么为什么不是五相或更多呢？

如果使用这样的东西，五相电压可能比三相电压更具优势。通过每一相传递的电流会稍微小一些，施加到驱动磁场的电机上的电流会提供更平滑的性能。

但是，每个额外阶段的后续收益都小于之前的收益。也就是说，增加基础设施以再提供两条相线将花费额外的大量资金。但是接下来的两个阶段的额外好处将远远少于从一相到三相系统的原始两个阶段。通常认为三相是多相的好处与最低的合理基础设施成本之间的最佳平衡。