一个难倒全班的问题——电力系统为什么是3相的？

amylan

我们老师说三相发电使发电机负载转矩平稳，另外传输单位功率经济性高。

Arrester

我看见过现在也有在研究三相以上的其它多相输送电

RWTH

我这有本书，上面写的是“To make a two system work at least three feeding wires are needed.However,with three wires it's possible to make a connection to a three phase system which can transmit more power(assuming same copper area).In addition,the power delivered by a three phase system is constant.As a consequence,three phase systems have been applied succesfully in industrial systems.A three phase system can also produce a rotating field whcih is not possible with a single phase system”.
总结一下就是，如果发电小于三相，就不能生成旋转磁场，能量传输也不是很多；如果相数太高，对于损耗和材料这些问题，经济上不划算，而且不易控制。鉴于此，以前的发电系统，输电系统，配电系统都是三相的，包括现在的只要涉及AC都是如此，但是如果什么时候直流输电能深入到配电系统，就说不定了。不过如果你在低压受电端设计电源系统的时候，就会很清楚的觉得三相系统有多好。

全波段

理论上来说，要对称，4相或者更多的也可以，选择3相应该是约定俗称的规律吧，就像铁轨的宽度

dawnchorus

要文斗，不要武斗

doggie86

三相发电使发电机负载转矩平稳，传输单位功率经济性高。  有道理

andycai_77

觉得23楼的兄弟说得有理，这个相数貌似是很多因素综合起来的，既考虑到输出功率的大小，也要考虑到经济性，所以权衡一下三相是最合理的了，既节省了材料，也能达到输出的最大，理论上4相乃至更多是可行的，但是相对于性价比来说，三相应该是最合理的了

PowerT

提问题的同学很有思想，我从来没想过，不过，如果是4相以上的话，估计计算会十分复杂。
2 U- l' v" q: V6 U鼓励下提问题的同学，加油！

lief

三相比单相有许多好处，比如三相感应电动机转矩输出是常数，而单相感应电动机转矩输出是脉动的。
另外，在输送相同容量电能是三相比单相节省金属耗材。
+ l( t! l7 A) H至于六相输电，结构太复杂，维护不便。

drjiang

三相交流电是与输电技术的发展紧密相连的。
1873年维也纳国际博览会法国弗泰内，使用2km的导线，把一台用瓦斯发动机拖动的格兰姆直流发电机，和一台转动水泵的电动机连接起来。
1874年，俄国皮罗茨基建立了输送功率为4.5kW的直流输电线路，输送距离一开始是50m，后来增加到1km。然后就开始向高压输电发展了。
一开始是直流输电，但想要传输更远的距离，就必须再提高电压。在当时的条件下，直流输电没条件了：发电机电压受限制、直流没有变压器等等。后来还发生过一场交流、直流输电之争。

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& g! e3 H. u* Z! M可见，从交流输电一开始，并不是三相的，呵呵。1832年，人们就发明了单相交流发电机。1876年、1884年、1885年，单相变压器得到了发展。问题在于应用交流电驱动工作机械。

7 g+ F4 X, i# }! M' w# i) `交流感应电动机的出现，与“旋转磁场”这个研究紧密相连。1825年，1879年，1883年都是旋转磁场发展的节点，1885年，弗拉利斯制成了第一台两相感应电动机；1888年他又提出了“利用交流电来产生电动旋转”这一经典论文。

1888年俄国多布罗斯基发明了三相交流制和效率很高的三相异步电动机，交流输电的优越性体现出来了。1891年8月25日，第一条三相交流高压输电线投运，总长175km。发电机是230kVA，95V，变压器是200kVA、95/15200，线路末端是两座13800/112V降压变电所。
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说到优点：与单相、两相系统比，三相输电系统效率比较高、用铜节省；三相电机的性能、效率和材料利用比单相、两相的好。
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- e- b2 Y% x3 |/ Y- u说为什么是三相的？上面已经讲了发展历史。为什么不是四相的？因为三相的出现后，就把市场霸占了……各种理论全围绕它进行。没人搞四相的，呵呵。相数越多，就越复杂，从上面能看出来，最主要的是应用。
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2.为什么是三相？是电力的输送及使用过程中的技术合理性与节省设备投资的综合平衡结果。原因如下：

$ h2 w* C; K5 n3 o. l5 va）旋转磁场：三相是交流电在不使用辅助设备能产生“稳定旋转磁场”的最小相数，这点最重要，有了旋转磁场其它的事情就好理解了......。也许有人说了不对，家用电器都用单相，没有旋转磁场小电机怎么会转？其实家用电器是利用通过电容时电流相位超前的特性从单相电源分出来一相与原来的一相产生旋转磁场，这点不符合上述条件吧？--不使用辅助设备能产生“稳定旋转磁场”

! Q5 O% F. b: z/ lb）三相交流电相位互差120°，任意两相之间的线压相同，使其较之单相交流电有很多优点，它在发电、输配电以及电能转换为机械能方面都有明显的优越性。例如：制造三相发电机、变压器都较制造单相发电机、变压器省材料，而且构造简单、性能优良。又如，用同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大50%，三相旋转电机的瞬时功率是恒定的，其瞬时转矩也是恒定的，运转就比较平稳；在输送同样功率的情况下，三相输电线较单相输电线，可节省有色金属25%，而且电能损耗较单相输电时少。
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2 ^' \6 Q8 m' F: D  Gc）使用4相、5相、6相...不可以吗？


当然可以。使用更多相时会使发电、输配电及用电环节变得复杂，输电线路根数要增加，发电机、变压器、电动机等设备也趋于复杂化，增加制造成本；当然大容量设备假定使用四相交流电单从设备制造上也许会更合理，但电网就不同了。另外三相不平衡已经引起很多问题了，相数多了会不会更困难？
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写道这儿，想到了里想到了另外一个问题：发动机的问题，农村用的手扶拖拉机是单缸发动机，夏利是三缸，桑塔纳是四缸。。。。，奔驰宝马用到了六缸、八缸甚至更多，功率（马力）越大，使用的缸数越多。虽然四缸车比较普遍，但也不能否认六缸发动机的合理性吧，当然不同的车可以行驶在同一道路上，可以并存；电网就不同了，只能统一。
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d）类似的问题还有频率为什么是50Hz或60Hz？这也是在考虑综合成本的情况下确定的，频率太低电力转换成动力的效率就会太低，频率太高，输变电的损耗会增加以及远程输电的功率因数会下降，选择50Hz、60Hz也是有其道理的。