三相電路的運用與測量

李悅

摘 要：我國供電系統(tǒng)主要采用三相電設計，在這一供電系統(tǒng)的設計與運用中，三個頻率相同而相位存在差異的電流源或電壓源及其負載共同組成了電路的主要結構，由于三相電路在實際運用中承擔著電能產(chǎn)生，傳輸以及分配的重要任務，因此其電路功率的測量與計算也顯得尤為重要。本文在對三相電路特性進行概述的基礎上，結合電力工程應用實際分析了三相電路的實際運用，并從功率測量這一角度探究了其電路功率的測量與計算方法，為三相電路的實際檢測提供切實的參考。

關鍵詞：三相電路；運用分析；測量計算

1 三相電路特性概述

三相電路的結構特性是指在電路的整體構架中，電能的提供來自三相交流電源，而三相交流電源的特點在于可以提供三個頻率相同但相位存在差異的電流或電壓。在電力工程中，為了保持不同電壓之間穩(wěn)定的相序，該發(fā)電機所產(chǎn)生的電壓相位差是π/3，這也使得三相發(fā)電機能夠正序供電與負序供電時都能夠穩(wěn)定運行。就當前三相電路的電源特性進行分析，當前三相電的產(chǎn)生主要依賴于三相同步發(fā)電機，通過空間互差π/3相位的繞組與轉(zhuǎn)子均勻轉(zhuǎn)動，從而得出三相感應電壓。在電路的連接方式中，三相電路電源與負載均可以采用星形連接與三角形連接，由于連接方式的特殊性與電源結構特性，使得三相電路能夠在電能的輸送中更為有效的節(jié)省電能消耗，不僅降低了輸電線路中有色金屬的消耗量，對于電力傳輸成本的控制也有著十分重要的意義。

2 三相電路的實際運用分析

2.1 工業(yè)生產(chǎn)應用

在工業(yè)生產(chǎn)中應用三相交流電，一部分來自于三相交流發(fā)電機，而另一部分電力的產(chǎn)生則依賴于三相變壓器，在低壓供電的過程中，采用三相四線制的三相電路是最具代表性的應用。在三相四線制的三相交流發(fā)電機工作中，電源的三個線圈按照星形排列規(guī)則進行排列，三個線圈末端X、Y、Z連接在一起，并將連接點作為公共點O。在三相電源運行開始供電的過程中，O點引出一條零線，三個線圈的首端分別引出A線，B線和C線，這三條線路統(tǒng)稱為火線。在不同線路的連接中，公共點O與大地相連，便形成了地線，這樣火線與地線之間便產(chǎn)生了相電壓，而火線之間的電壓差則稱為線電壓，在工業(yè)生產(chǎn)的實際操作中，220伏，380伏所代表的也便是三相交流電四線供電中所產(chǎn)生的線電壓與相電壓。

2.2 日常生活運用

單相負載的運用是日常生活中三相電路的主要運用方式，日常生活中的點燈，電冰箱以及洗衣機等，采用的都是單項負載供電。在利用三相電路對單相負載電路進行供電時，為了保證電力的均衡分配，就要在電路負載的連接中將負載分別連接到三相電路中，避免負載集中連接在三相電路中的一項電路上，進而導致電路超負荷運作而引發(fā)電路問題。在三相電路中每條線路所連接負載的性質(zhì)均相同的情況下，由于線路負載的對稱性，因此中線電路上電流之和穩(wěn)定為零，這樣便可以將三相電路中的中線去掉，采用三相電源進行三線路供電。而就日常生活中三相電路供電的實際進行分析，由于線路負載出現(xiàn)完全對稱的可能性極小，因此為了保障相電流與相電壓的穩(wěn)定性，就必須保證中線的連接，避免在中線線路上安裝保險絲等設備的同時，還要選取機械強度滿足要求的導線作為三相電路中線。

3 三相電路功率測量探究

在對三相電路的功率進行測量時，由于三相負載所吸收的平均功率等于各相負載吸收的平均功率之和，即有：P=PA+PB+PC=UAIAcosφA+UBIBcosφB+UCICcosφC（式中的UA、UB、UC分別代表三相電壓有效值，IA、IB、IC分別代表各相電流有效值，φA、φB、φC分別代表各項電壓電流之間的相位差），因此在對稱三相電路的電壓電流計算中，各相電壓與相電流的有效值便等同，即：UA=UB=UC=Uph，IA=IB=IC=Iph，在三相電路中各線路負載相同的狀態(tài)下，相電壓與相電流之間的相位差也等同：φA=φB=φC=φ，這樣便可以計算得出三相負載狀態(tài)下的電路平均功率：P=3UphIphcosφ。當三相電路為Y形連接的對稱負載時，線電壓Ul=Iph，線電路Il=Iph，帶入式P=3UphIphcosφ則可得出P=UlIlcosφ。在三相電路上的負載為三角形連接狀態(tài)時，則可得出Uph=Ul，Il=Iph，將這兩數(shù)據(jù)帶入P=3UphIphcosφ這一式中，則可得出與Y形連接狀態(tài)下相同的功率數(shù)值，由此可見，在三角形連接與Y形連接狀態(tài)下，三相電路的平均功率均可用P=3UphIphcosφ這一公式進行計算。

在對三相電路的無功功率進行計算時，由于電路存在Q=QA+QB+QC=UAIAsinφA+UBIBsinφB+UCICsinφC這一等式關系，因此在三相電路中則可得出：Q=UlIlsinφ這一等式，在三相電路功率計算S= 的基礎上，帶入Q表達式，便可得出S=UlIl。在對三相電路的無功功率計算中，負載的功率因數(shù)可定義為cosφ'=P/S'，因此在三相電路中的便存在cosφ=cosφ'這一等式關系，即三相電路負載功率因數(shù)等于單相負載功率因數(shù)。三相電路中無功功率的產(chǎn)生多數(shù)是由接線方式導致線路電流或電壓發(fā)生相變引起的，因此為了保證工業(yè)生產(chǎn)與日常生活中的用電穩(wěn)定性，提供無功功率，并通過對兩種功率的供給量進行調(diào)節(jié)，從而滿足線路負載的實際供電需求。

4 結語

就當前世界范圍內(nèi)的供電及電力傳輸技術而言，三相電路是一項十分先進的強電技術，因此為了進一步促進我國電力工程建設事業(yè)的發(fā)展，就要更加強調(diào)對三相電路運用領域的拓展，并通過對發(fā)電，輸電及變電技術中的三相電路運用手段加以完善，從而在保障工業(yè)用電安全性的基礎上，更為有力的推進我國現(xiàn)代化電力工業(yè)的發(fā)展。

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