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关于三相电,你不得不知道的七件事

今日之世界,离开无法想象。电的知识应该作为常识,被每个人所了解。电来自发电厂,经过升压在高压导线上远距离传输,到变电所降压,经过近户变压器获得居民用户使用的电压,如220V。

关于三相电,你不得不知道的七件事

▲ 电力传输系统

01

直流 vs 交流

 

直流电(Direct Current,简称DC),是指电流大小和方向都不变的电源,交流电(Alternating Current,简称AC),是指电流大小和方向交替变化的电源。如图1所示。

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图1 直流电和交流电

 

DC和AC波形如图2所示。

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图2 DC和AC波形

 

我们发现直流电更适合家用,为什么家里用电却是交流220V?这事情就要追溯到100多年前的美国了。当时采用直流发电、输电、用电,不过,每两公里就得建一个发电厂。

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如图3所示,从发电厂发出的DC480V,输电时导线电流是100A。而如果采用升压变压器获得AC4800V输电,则电线中电流降为10A。这个太重要了!因为线路损耗可以大大减小(P= I2R),从而能够把电送达住在远地方的用户。

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图3 DC系统与AC系统比较

 

然而,就像当年汽车发明时遭到马车厂老板的重重阻挠一样,美籍塞尔维亚人特斯拉发明的交流电系统严重损害了爱迪生的直流电厂利益。一场两个男人的战争不可避免,戳图片看详细。

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02

单相 vs 三相

 

看看我们的设备或电器怎么用电的?如图4所示,电机接三根相线(L1、L2、L3),插座是单相的(L1、N),电灯取其中一相(L2、N)。

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图4 负载用电

 

变压器的电来自于高压输电线,我们抬头看看天,空中铁塔上总是挂着三根线(或三的倍数),称为三相输变电。为什么是三相,而不是四相、六相?戳图片看详细。

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单相(single phase)波形和三相(three phase)波形分别如图5和6所示。

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图5 单相波形

 

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图6 三相波形

A、B、C三相相位差为120°,如何手画三相波形?步骤如图7所示(戳阅读原文学习)。

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图7 三相波形画法

03

星形连接 vs 三角形连接

所谓三相电路的星形连接是指三相绕组的3个末端连接在一起引出中性线(Neutral),由3个首端引出3根线(Line),也称Y形(wye)连接方式;所谓三相电路的三角形连接是指三相绕组的首端接末端,从3个连接点引出3根线,也称△形(delta)连接方式。如图8所示。

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图8 Y和接法

 

04

相电压 vs 线电压

所谓相电压(phase voltage),是指电源或负载的每一相(A、B、C)两端的电压;所谓线电压(line voltage),是指电源或负载的三相(A、B、C)引出线相互之间的电压。如图9所示,星形接法中相电压是UANUBNUCN,线电压是UABUBCUAC,220V为相电压,380V为线电压。

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图9 相电压与线电压示意图

 

线电压与相电压之间的数学关系是√3倍,戳图10看详细。

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图10 Y形和形下,相电压和线电压的表示及关系

05

有效值 vs 最大值

对于380V、220V这样的交流电压数值,你是否想过:既然是交流电压,这个数字大小代表什么意思呢?是这个波形的最大值?瞬时值?还是平均值?

 

告诉你吧,这个值叫做有效值或RMS,戳图11看详细。

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关于三相电,你不得不知道的七件事图11 有效值与最大值的关系

06

功率 vs 功率因数

功率(power)是指单位时间内做的功,做了多少功,就是消耗了多少电能。所以当你计算电费时,不得不考虑用电器的功率。往排插上插电器时,不得不考虑所接电器的功率(不能超过排插的电流大小),而不是随便插满。戳下面图片看详细。

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当你看工业用电电费账单时,你不得不了解功率因数、有功功率、无功功率、视在功率的概念。功率因数(power factor)是有功功率与视在功率的比值,其值越大越好。好比一杯啤酒,酒汁是有功功率,泡沫是无功功率,酒汁多一点,泡沫少一点,但如果没有了泡沫,倒不称为啤酒了。戳图片看详细。

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07

高压电 vs 低压电

 

发电厂出来是低压,由升压变压器转换成高压,经过高压输电线,再由降压变压器转换成用户需要的低压。显然我们家里使用的220V属于低压范畴。那么究竟多少伏算是高压电呢?分界线是多少?

 

1kV以下的电压称为低压(Low Voltage),1kV(含)以上的电压称为高压(High Voltage)。但是不管高压和低压,对于人体而言都会造成严重伤害,所以不要以为低压就是安全的。对人不致残不致死的电压为36V以下。

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低压:<1000V

高压:≥1000V

安全电压:<36V

 

高电压会击穿空气,使人触电,所以人与高压线之间须有安全距离。

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▲ 高压线路安全距离告示牌

 

开门七件事,柴米油盐酱醋茶,三相电七件事,交/直流、单/三相、星/三角、相/线电压、有效/最大值、功率/功率因数,高/低压,作为一个合格公民,你不得不知道。

 

(文/汤彩萍)

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