单相电主要用于民用和办公电器的供电,而三相交流电(a.c.)系统则广泛应用于配电以及直接为功率更高的设备提供电力。本文将详细介绍三相系统的基本原理,以及不同测量连接方式之间的差异。
三相系统
三相电由频率相同、幅度相近的三个AC电压组成。每个AC电压的“相位”与另一个AC电压相隔120°(如图1所示)。这可以通过图形方式,使用波形和矢量图(如图2所示)进行直观展示。
图1:三相电压波形图
图2:三相电压矢量图
使用三相系统的原因主要有两点:一是在马达中产生旋转磁场,可以使用三个矢量间隔的电压而无需额外绕组即可启动马达;二是三相系统可以连接到负载上,所需的铜缆连接数量(即传输损耗)是其他方式的一半。
Y形接法与三角形接法
拥有公共连接的三相系统通常采用“Y形”或“星形”接法(如图5所示)。公共点称为中性点,为安全起见,这个点通常在电源上接地。三角形接法(如图7所示)则是将三个单相电源串联起来,在任意时点上,三个120°相移电压之和为零。
Y形接法主要用于为家庭和办公中使用的单相设备供电,而三角形接法则更多用于为功率较高的三相工业负载供电。
功率测量
在交流系统中,功率的测量使用功率表进行。现代数字采样功率表可以计算并表示有功功率、视在功率、无功负载、功率因数、谐波等。为了获得准确的功率测量结果,必须正确识别布线配置并正确连接功率分析仪。
单相功率表连接
在单相系统中,只需要一个功率表,其连接方式相对简单明了(如图10所示)。
图10:单相双线及DC测量示意图
多相连接与功率表配置
在多相系统中,如三线系统,可能需要两个或更多的功率表进行测量(如图11和图12所示)。必须确保有足够数量的通道,且正确连接到功率分析仪上。
对于三相四线系统,现代多通道功率分析仪将使用内置公式直接计算整体电能质量。了解布线配置和正确连接对功率测量至关重要。
验证与配置
当配置测量设备时,应遵循“N-1”原则,即在线数(N)一定时,需要N-1个功率表来测量总功率。使用具有矢量功能的功率分析仪可以将相电压(或Y形)分量转换成线电压(或三角形)分量,以便进行系统间的转换。
熟悉常用的布线系统、记住布朗德尔定理并正确进行连接,将有助于您获得可靠的测量结果。
无论是单相电还是三相系统,其应用与配置都需要深入了解其工作原理和接线方式。正确的配置和连接是确保设备正常运行和准确测量的关键。