單相電源于三相電力系統(tǒng)的應用

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文: 吳振源 /工程部
willard@meanwell.com

 

交流電源依供電的主要形式區(qū)分，可分為單相、二相與三相交流電源。一般大眾對于三相交流電源感到很陌生，主要原因在于三相交流電源是工業(yè)區(qū)工廠比較會直接使用到。然而單相交流電源的應用則圍繞在你我周遭，日常生活中用的電就是單相交流電源。
 
單相交流電源的波形為一正弦波，如圖一所示，頻率大多為50Hz或60Hz。單相交流電源一般使用在低壓(指電壓在600V以下)用電系統(tǒng)，如家用電器及照明。依與負載連接的方式，可分為單相二線式(1Φ2W)及單相三線式(1Φ3W)兩種。
 
三相交流電源是由三個頻率相同、電勢振幅相等、相位差互差120?的交流電所組成的電力系統(tǒng)，如圖二所示；由有三個繞組的三相發(fā)電機產(chǎn)生，是工業(yè)上常用的電源。為保證發(fā)電機的穩(wěn)定運行，發(fā)電機至少需要三個繞組。理論上發(fā)電的相數(shù)可以更高，但三相電源最符合經(jīng)濟效益，因此世界各國普遍使用三相發(fā)電、供電。
 

  
圖一：單相交流電波形                     圖二：三相交流電波形
 

三相系統(tǒng)繞組的接法，有星形(Y)跟三角形(?)兩種。星型接法是將三繞組的一端接在共同點N，另一端則分接在負載端，如圖三所示。共同點N稱為中性點，若由中性點接出引線，并接在負載端，則接在負載端有四條接線，稱此接法為三相四線式系統(tǒng)(3Φ4W)。如圖四所示，若中性點沒有引線接出，則稱為三相三線式系統(tǒng)(3Φ3W)。一般是將中性點接地，以大地代替中性線，好處是可加裝保護設備，以增加安全性。星形接法相與線的電壓、電流關(guān)系為：

a 線電流IL=相電流IP
b 線電壓VL=√3相電壓VP

  
圖三：三相四線式  (3Φ4W) 
(有中性線)		 圖四：三相三線式 (3Φ3W) 
(無中性線)
 

三角形接法是將三繞組的頭、尾兩端，接在負載相對的頭、尾兩端，各對應間形成一封閉回路，如圖五所示。三角形接法因沒有中性端引出接線，接線的方式只有三相三線式(3Φ3W)。其相與線的電壓、電流關(guān)系為：

a 線電壓VL=相電壓VP
b 線電流IL=√3相電流IP



圖五：三相三角形接法
 

明緯的產(chǎn)品應用范圍非常廣泛，有用在單相交流電源，也有用在三相交流電源；客戶可以依照應用范圍選擇單相或三相交流輸入的產(chǎn)品，但三相交流電源輸入的產(chǎn)品畢竟還是占少數(shù)，當單相輸入電源產(chǎn)品的功能與特性符合客戶需求，但應用卻是三相交流電源輸入時，客戶可以利用圖六~圖八的配置方式，將單相交流電源輸入的產(chǎn)品應用在三相交流電源系統(tǒng)上。而為了讓三相交流電源系統(tǒng)盡可能達到平衡，電源的臺數(shù)建議為3的倍數(shù)且平均將功率分散在三相電源上。
 
若三相平衡問題不是主要議題或客戶可以搭配其他系統(tǒng)負載讓三相電源達到平衡，客戶也可以任取兩相線電壓直接接到單相交流電源輸入的產(chǎn)品，如圖六~圖八中VR-S / VS-T / VT-S對單一臺Unit的L / N配線；但需確認其交流電壓值須介于產(chǎn)品的輸入電壓范圍。在實務上，終端客戶若搞不清楚其電力系統(tǒng)到底是屬于哪一種？則可以直接拿數(shù)字三用電表量測任兩條線的電壓值，只要介于產(chǎn)品的輸入電壓范圍即可。




圖六：三相三線式三角形接法220VAC系統(tǒng)




圖七：三相四線式星形接法220/380VAC系統(tǒng)



圖八：三相四線式星形接法110/190VAC系統(tǒng)