三相电

在电气工程中，三相电 - 也简称为三相交流电压或三相电流 - 是由三个相同频率的单独交流电流或交流电压组成的多相交流电流形式，其相位角彼此固定 120°。

通俗地说，三相电被称为大电流，这是不正确的或至少是不准确的。 这个名字是可以理解的，因为使用相同数量的材料可以传输两倍于单相交流电的电力。

三相系统主要用于电能技术领域，用于电网中电能的输送和分配。 这方面的例子是国家三相高压输电网络、本地供电区域的低压网络或用于驱动电梯或电动车辆的三相机器。

三相电变压器可以制造出比相同性能的单相变压器更小的铁心截面。 使用三相系统从几千瓦开始就具有经济意义，并解释了它在电能技术领域的重要性。

如果在三相发电机中将三个线圈排列成一个偏移 120° 的圆，则会产生三个具有中心旋转磁场的交流电压。 在最简单的情况下，这是通过旋转的永磁体完成的。 交流电压一个接一个地达到它们的xxx偏转，在时间上偏移三分之一的周期。 线间电压的时间偏移由相移角描述。 这三个导体称为外导体，通常缩写为 L1、L2 和 L3。 带有缩写 R、S 和 T 的相导体过去用于表示外导体。

三相技术中的一个重要电路是星形电路，其中心点连接到中性导体 N。 在三个外部导体上负载均匀时，它不承载电流，负载不均匀时，电流的大小是由相移的各个电流的瞬时值相加（而不是平均值相加！） . 另一个重要的电路是三角形电路，其中没有中性导体。

在三相系统中，任意两相导体之间的电压称为线电压，中性导体与任意一相导体之间的电压称为相电压。 这些电压的 RMS 值通过称为串联因子的固定比率相互关联，对于三相系统，该比率始终为 3 {\displaystyle {\sqrt {3}}} 。

三个相间电压用实线画出并且随着相间因数增加的幅度，三个相间电压用虚线画出。 在该表示中，可以看出相间电压相对于相间电压相移了 30°。 这种情况在所谓矢量组中的三相变压器的复杂传输比和用于抑制谐波的12脉冲电路中的三相整流器中起作用。

由于节省材料，三相系统几乎专门用于电网中用于能量传输的三相高压传输。 一些国家的例外情况是牵引电流网络，其历史上被设计为单相网络，以及在特殊条件下连接两点的高压直流输电 (HVDC)。 在电网中，可以使用电力变压器以技术上简单的方式在不同电压等级之间转换三相电流，效率高达 99% 以上，变电站中通常设计为三相变压器。 原则上，三个独立的单相变压器也可以在三相系统中并排使用——每个外导体一个。 这是在边界情况下，例如大型 Sch即负载或减少运输问题（重量、尺寸）。 如果改用铁芯三脚或五脚的三相变压器，则用料少。 通过连接三个星电流的磁通量，可以在核心中节省铁。 此外，三相变压器的铁损低于具有相同总功率的三个单相变压器，因为损耗随铁芯质量线性增加。 一个由两个变压器组成的特殊电路，即斯科特电路，可以将三相系统转换为两相系统甚至四相系统，同时三相系统尽可能对称地加载。

与直流网络相比，交流电压网络以及三相系统可以作为网状网络或互连网络运行，其中多个发电机在网络中的不同点提供能量，消费者的电能来自不同的点。 所有发电机必须同步工作。 在网状网络中，通过调整节点电压和通过相位影响无功功率来控制功率流以避免个​​别线路过载。 为此，在电力变压器中有分接开关用于电压控制，所谓的移相变压器或用于无功功率流的同步发电机，其用作移相器，以及用于无功功率补偿的线圈或电容器组。 自 1990 年代末以来，作为柔性交流输电系统 (FACTS) 的一部分，电力电子技术也被用于影响功率流。

对于 HVDC 等直流电压网络，不可能像三相电流那样使用相移来控制互连网络中的功率流。 因此，高直流电压目前只能用于直接点对点连接。 高直流电压用于能量传输的优点是电容充电电源在长线路或地下电缆中不起作用。 为此，高压直流点接主要用于长度超过750公里的架空线路和电缆长度为几十公里到几百公里的海底电缆。

三相电提供了一种创建均匀旋转磁场的简单方法。 该旋转磁场在三相电机中用于驱动（电机运行）或产生电能（发电机运行）。

三相电机分为

• 同步电机，其中转子以与定子的旋转磁场相同的速度旋转，并且
• 转子以不同于定子旋转磁场的速度旋转的异步电机。 转子速度与定子旋转磁场之间的百分比差异称为滑差。

• 三相同步电机旋转场的可视化

三相系统中旋转磁场的方向可以通过交换任意两个外导体来反转，用于换向接触器电路中三相电动机的方向反转。 旋转场测量装置用于测量旋转场的方向。 在电力网络中，旋转磁场定义为顺时针方向。

带鼠笼式转子的异步电机设计简单、坚固、可靠、免维护且经济。 它们没有换向器磨损和引起无线电干扰，比单相交流电机更可靠。 对于电机，连接由字母 U、V 和 W 标识，可能带有附加索引。

对于无刷直流电机，电子电路，即所谓的转换器，从直流电压源产生具有旋转磁场的三相电流。

要启动大型三相电机，会使用星三角电路、启动变压器、软启动装置或电子逆变器等电路。

在低压电网和400kV输电网级等特高压电网中，星点直接接地； 中性点处理的类型在三相系统的错误处理中起着重要作用。

低压网络通常设计为带有接地中性线的四线系统，也可以连接单相负载。 三线系统在高压范围内很常见。