삼상전력

3상 전력(약칭 3φ)은 발전, 송전, 배전 등에 사용되는 교류(AC)의 일반적인 형태입니다.3개의 와이어(또는 4개의 와이어(선택적인 중성 리턴 와이어 포함)를 사용하는 다상 시스템의 일종으로, 전 세계의 전기 그리드가 전력을 전송하기 위해 사용하는 가장 일반적인 방법입니다.

3상 전력은 1880년대에 여러 사람들에 의해 개발되었습니다.3상 전원에서 각 와이어의 전압은 다른 와이어에 비해 120도 위상이 이동합니다.AC 시스템이기 때문에 변압기를 사용하여 쉽게 전압을 상향 조정하여 전달하고 분배를 위해 하향 조정하여 높은 효율을 얻을 수 있습니다.

3선 3상 회로는 주어진 ^[3]양의 전력을 전송하기 위해 더 적은 전도체 물질을 사용하기 때문에 일반적으로 동일한 라인 대 접지 전압에서 동등한 2선 단상 회로보다 더 경제적입니다.3상 전력은 주로 대형 유도 전동기, 기타 전기 전동기 및 기타 무거운 부하에 직접적으로 사용됩니다.작은 부하는 종종 3상 시스템에서 유도될 수 있는 2선 단상 회로만 사용합니다.

용어.

전압원과 부하 사이의 도체를 라인(line)이라고 하고, 두 라인 사이의 전압을 라인 전압(line voltage)이라고 합니다.임의의 라인과 중립 사이에서 측정되는 전압을 위상 ^[4]전압이라고 합니다.예를 들어, 208/120V 서비스의 경우 라인 전압은 208V이고 위상 전압은 120V입니다.

역사

다상 전력 시스템은 1880년대 ^[5]후반에 갈릴레오 페라리스, 미하일 돌리보-도브로볼스키, 요나스 웬스트룀, 존 홉킨스, 윌리엄 스탠리 주니어, 니콜라 테슬라에 의해 독립적으로 발명되었습니다.

3상 동력은 전기 모터 개발에서 진화했습니다.1885년 갈릴레오 페라리스는 회전하는 자기장에 대한 연구를 하고 있었습니다.페라리스는 다양한 종류의 비동기식 전기 모터로 실험을 했습니다.그 연구와 그의 연구는 기계적인 (회전하는) 전력을 (교류로) 전력으로 변환하기 위해 역방향으로 작동하는 교류 모터로 생각될 수 있는 교류 발전기를 개발하는 결과를 낳았습니다.1888년 3월 11일, 페라리스는 토리노의 왕립과학원에 논문으로 자신의 연구 결과를 발표했습니다.

두 달 후 니콜라 테슬라는 1887년 10월 12일에 출원된 3상 전기 모터 디자인에 대한 미국 특허 381,968를 받았습니다.이 특허의 그림 13은 Tesla가 6개의 와이어를 통해 발전기로부터 동력을 얻는 3상 모터를 상상했음을 보여줍니다.

이 교류 발전기들은 상호 간에 일정한 양만큼 위상 변위된 교류 시스템을 만들어 작동하며, 작동을 위해 회전하는 자기장에 의존했습니다.결과적인 다상 전력 공급원은 곧 널리 받아들여졌습니다.다상 교류 발전기의 발명은 전력 변환기와 마찬가지로 전기화 역사의 핵심입니다.이러한 발명은 전선에 의해 상당한 거리에 걸쳐 경제적으로 전력을 전송할 수 있게 했습니다.다상 전력은 (대형 댐에 있는 수력 발전소를 통해) 원격지에서 수력을 사용할 수 있게 했고, 이를 통해 낙하하는 물의 기계적 에너지가 전기로 전환될 수 있게 했고, 이는 기계적 작업이 필요한 장소에서 전기 모터로 공급될 수 있게 했습니다.이러한 다재다능함은 전 세계 대륙의 송전 네트워크 그리드의 성장을 촉발시켰습니다.

미하일 돌리보-도브로볼스키는 1888년에 3상 발전기와 3상 전기 모터를 개발하고 별과 델타의 연결을 연구했습니다.그의 3상 3선 전송 시스템은 1891년 국제 전기 기술 전시회에서 유럽에서 전시되었는데, 돌리보-도브로볼스키는 이 시스템을 사용하여 176 km 거리에서 75%의 효율로 전력을 전송했습니다.1891년에는 3상 변압기와 단락 유도 ^[6][7]전동기도 개발했습니다.그는 1891년 세계 최초의 3상 수력 발전소를 설계했습니다.발명가 요나스 웬스트룀(Jonas Wenström)은 1890년 같은 3상 ^[8]시스템에 관한 스웨덴 특허를 받았습니다.그랭게스베르크 광산에서 멀리 떨어진 폭포에서 전력을 전송할 수 있는 가능성을 탐구했습니다.작은 철공소가 있던 스메제바켄스콤 Hälsjön의 45m 폭포가 선정되었습니다.1893년, 3상 9.5kv 시스템을 사용하여 15km 거리에서 400마력의 동력을 전달하여 최초의 상업적 ^[9]응용이 되었습니다.

원칙

대칭적인 3상 전원 공급 시스템에서, 3개의 도체는 공통 기준에 대해 동일한 주파수 및 전압 진폭의 교류 전류를 각각 전달하지만, 각각의 도체 사이에 주기의 1/3의 위상 차이(즉, 위상을 벗어난 120도)를 가집니다.공통 기준은 대개 접지에 연결되며, 종종 중성이라고 불리는 전류 전달 도체에 연결됩니다.위상 차이로 인해 어떤 도체의 전압도 다른 도체 중 하나가 1/3 주기 후에, 나머지 도체 전에 1/3 주기 후에 최고점에 도달합니다.이 위상 지연은 균형 잡힌 선형 부하로 일정한 전력 전송을 제공합니다.또한, 전기 모터에서 회전 자기장을 형성하고, 변압기(예를 들어, Scott-T 변압기를 사용하는 2상 시스템)를 이용하여 다른 위상 배열을 생성하는 것이 가능합니다.두 위상 간의 전압 차이의 진폭은 3$${\$displaystyle${\$sqrt {3}}($1.732...)이며 개별 위상의 전압 진폭의 배입니다.

여기에서 설명하는 대칭 3상 시스템은 비대칭 3상 전력 시스템을 설계하고 구현하는 것이 가능하지만(즉, 전압 또는 위상 이동이 동일하지 않음), 대칭 시스템의 가장 중요한 장점이 부족하기 때문에 실제로는 사용되지 않습니다.

균형잡힌 선형 부하를 공급하는 3상 시스템에서 3개 도체의 순간 전류의 합은 0입니다.즉, 각 도체의 전류는 다른 두 도체의 전류의 합과 크기는 같지만 부호는 반대입니다.임의의 상전도체에서 전류의 리턴 경로는 다른 두 상전도체입니다.

위상 수에 상관없이 일정한 전력 전송 및 제거가 가능하며, 단상 전력의 두 배에 달하는 용량 대 도체 물질비를 유지합니다.그러나 2단계의 경우 부하에 대한 전류가 덜 매끄럽고(펄서싱) 원활한 전력 전송이 어려운 문제가 되며, 3단계 이상의 경우 ^[10]인프라가 불필요하게 복잡해집니다.

삼상 시스템에는 저전압 분포에서 흔히 볼 수 있는 네 번째 와이어가 있을 수 있습니다.이것이 중성선입니다.뉴트럴은 세 개의 개별 단상 공급 장치를 정전압으로 공급할 수 있도록 하며, 일반적으로 여러 단상 부하를 공급하는 데 사용됩니다.연결은 각 그룹에서 가능한 한 동일한 전력이 각 단계에서 인출되도록 배치됩니다.또한 배전 시스템 상에서 전류는 대개 균형이 잘 잡혀 있습니다.트랜스포머는 불균형 부하 및 관련된 2차측 중성 전류를 허용하면서 4선 2차측 및 3선 1차측을 갖도록 배선될 수 있습니다.

위상순서

3상 배선은 일반적으로 국가별로 다른 색상으로 식별됩니다.3상 모터의 회전 방향을 달성하려면 위상을 올바른 순서로 연결해야 합니다.예를 들어 펌프와 팬은 반대로 작동하지 않습니다.두 소스를 동시에 연결할 수 있다면 위상의 동일성을 유지해야 합니다.서로 다른 두 상 사이의 직접 연결은 단락이며, 이는 불균형한 전류의 흐름으로 이어집니다.

이점

2개의 도체(상 및 중성)를 사용하는 단상 AC 전원과 비교할 때, 중성이 없고 위상당 동일한 위상 대 접지 전압 및 전류 용량을 가진 3상 전원은 1.5배의 와이어(즉, 2개가 아닌 3개)만 사용하여 3배의 전력을 전송할 수 있습니다.따라서 전도체 물질에 대한 용량 비율이 두 ^[11]배로 증가합니다.무접지 삼상 및 중앙 접지 단상 시스템의 경우(둘 다 도체와 동일한 게이지의 접지를 사용하는 경우 2.25:1), 도체 재료에 대한 용량 비율은 3:1로 증가합니다.이를 통해 효율성이 높아지고 중량이 낮아지며 파형이 깨끗해집니다.

3상 공급 장치는 전력 분배 시스템에서 사용하기에 적합한 특성을 갖습니다.

• 위상 전류는 서로 상쇄되는 경향이 있으며 선형 균형 부하의 경우 0으로 합산됩니다.그러면 전류가 거의 또는 전혀 흐르지 않기 때문에 중성 도체의 크기를 줄일 수 있습니다.균형 부하가 있는 경우 모든 위상 도체는 동일한 전류를 전달하므로 동일한 크기가 될 수 있습니다.
• 선형 균형 부하로의 전력 전달은 일정합니다.모터/제너레이터 용도에서는 진동을 줄이는 데 도움이 됩니다.
• 3상 시스템은 지정된 방향과 일정한 크기의 회전 자기장을 생성할 수 있으므로 시동 회로가 필요 없기 때문에 전기 모터의 설계가 간단합니다.

대부분의 가정용 부하는 단상입니다.북미 거주지에서는 3상 전력이 아파트 블록에 공급될 수 있지만 가정용 부하는 단상으로 연결됩니다.밀도가 낮은 영역에서는 단일 위상을 분포에 사용할 수 있습니다.전기 난로와 의류 건조기와 같은 일부 고출력 가정용 기기는 240볼트의 분할 위상 시스템 또는 208볼트의 3상 시스템의 2상으로 구동됩니다.

생성과 분포

발전소에서 전기 발전기는 기계적 전력을 발전기의 각 코일(또는 권선)에서 하나씩 세 개의 AC 전류 세트로 변환합니다.권선은 전류가 동일한 주파수이지만 파형의 피크와 트로프가 오프셋되어 1/3 주기(120° 또는 2π⁄3 라디안)의 위상 분리를 갖는 3개의 상보적 전류를 제공하도록 배열됩니다.제너레이터 주파수는 국가에 따라 일반적으로 50Hz 또는 60Hz입니다.

발전소에서 변압기는 손실을 최소화하기 위해 발전기의 전압을 송전에 적합한 수준으로 변경합니다.

전송 네트워크에서 추가적인 전압 변환 후, 최종적으로 고객에게 전력이 공급되기 전에 표준 사용률로 전압이 변환됩니다.

대부분의 자동차용 교류 발전기는 3상 교류를 발생시키고 다이오드 ^[14]브리지로 직류로 정류합니다.

트랜스포머 연결

델타 연결 변압기 권선은 3상 시스템의 위상 사이에 연결됩니다."와이" 변압기는 각 권선을 위상 와이어에서 공통 중성점으로 연결합니다.

단일 3상 변압기 또는 3개의 단상 변압기를 사용할 수 있습니다.

"개방 델타" 또는 "V" 시스템에서는 두 개의 변압기만 사용됩니다.3개의 단상 변압기로 구성된 닫힌 델타는 변압기 중 하나에 장애가 발생했거나 ^[15]제거가 필요한 경우 열린 델타로 작동할 수 있습니다.개방형 델타에서는 각 변압기가 각각의 위상에 맞는 전류와 제3 위상에 맞는 전류를 운반해야 하므로 용량이 87%로 줄어듭니다.3개의 변압기 중 1개가 누락되고 나머지 2개는 87%의 효율성으로 용량이 58%(87%^[16][17]의 2/3)에 달합니다.

접지 이탈 전류를 감지하거나 서지 전압으로부터 보호하기 위해 델타 공급 시스템을 접지해야 하는 경우 접지 고장 전류가 임의의 위상에서 접지로 돌아올 수 있도록 접지 변압기(일반적으로 지그재그 변압기)를 연결할 수 있습니다.또 다른 변형은 ^[18]변압기의 접점 중 하나에 접지되는 닫힌 델타인 "코너 접지" 델타 시스템입니다.

3선 및 4선 회로

기본적인 3상 구성은 wy(Y)와 delta(Ω)의 두 가지입니다.그림에 표시된 것처럼 델타 구성의 경우 전송을 위해 3개의 와이어만 필요하지만 와이(별) 구성의 경우 4번째 와이어가 필요할 수 있습니다.네 번째 와이어(있는 경우)는 중립으로 제공되며 일반적으로 접지됩니다.3-와이어 및 4-와이어 명칭은 다수의 전송선 위에 존재하는 접지선을 계산하지 않으며, 이는 오로지 고장 보호를 위한 것이며 정상적인 사용 하에서는 전류를 전달하지 않습니다.

중성이 모든 공급 권선의 "공통 항성점"에 연결될 때 위상과 중성 사이에 대칭 전압이 있는 4-와이어 시스템이 얻어집니다.이러한 시스템에서는 세 상 모두 중성에 대한 전압 크기가 동일합니다.다른 비대칭 시스템이 사용되었습니다.

4-와이어 와이 시스템은 혼합 조명 및 모터 부하와 같이 단상 및 3상 부하가 혼합된 상태로 서비스를 제공해야 할 때 사용됩니다.적용 예로는 유럽(및 기타 지역)의 현지 유통을 들 수 있습니다. 각 고객은 한 단계와 중립(세 단계에 공통)에서만 공급받을 수 있습니다.중립을 공유하는 고객 그룹이 동일하지 않은 상전류를 인출하면 공통 중립 와이어가 이러한 불균형으로 인해 발생하는 전류를 운반합니다.전기 기술자들은 각 3상에서 끌어오는 전력이 해당 ^[19]장소에서 가능한 한 동일하도록 어느 한 장소에 대해서도 3상 전력 시스템을 설계하려고 합니다.또한 전기 기술자들은 가능한 한 부하가 균형을 이루도록 배전 네트워크를 배치하려고 노력하는데, 이는 개별 건물에 적용되는 동일한 원리가 대규모 배전 시스템 전력에도 적용되기 때문입니다.따라서 공급 당국은 공급 지점에서 가능한 한 균형 잡힌 부하가 나타날 수 있도록 3단계 각각의 전력을 분산시키기 위해 많은 수의 부지에 분산시키기 위해 모든 노력을 기울입니다.

가정용으로 영국과 같은 일부 국가에서는 한 부동산에 높은 전류(최대 100A)로 1상 및 중성을 공급할 수 있고, 독일과 같은 다른 국가에서는 각 고객에게 3상 및 중성을 공급할 수 있지만, 낮은 퓨즈 정격(일반적으로 ^{[citation needed]}1상당 40–63A)으로 1상에 더 많은 부하가 걸리는 영향을 방지하기 위해 "회전"할 수 있습니다.

와이(Y) 및 델타(Δ) 연결을 기반으로 합니다.일반적으로, 전송 및 분배 목적을 위한 4가지 유형의 3상 변압기 권선 연결부가 있습니다.

• wy(Y) - wy(Y)는 작은 전류와 고전압에 사용됩니다.
• 델타(Δ) - 델타(Δ)는 대전류 및 저전압에 사용됩니다.
• Delta (Δ) - wy (Y)는 발전소에서 스텝업 변압기에 사용됩니다.
• wy(Y) - 델타(Δ)는 스텝다운 트랜스포머, 즉 송신이 끝날 때 사용됩니다.

북미에서는 부하를 공급하는 델타 연결 변압기의 한쪽 권선이 중앙 탭으로 연결되고 중앙 탭이 접지되어 중립으로 연결되는 하이 레그 델타 공급 장치를 사용하기도 합니다.이 설정은 세 가지 다른 전압을 생성합니다.중앙 탭(중립)과 상단 및 하단 탭(상 및 역상) 사이의 전압이 120V(100%)인 경우, 상 및 역상 라인의 전압은 240V(200%)이고, 중성에서 "하이 레그" 전압은 208V(173%)^[15]입니다.

델타 커넥티드 서플라이를 제공하는 이유는 일반적으로 회전 필드가 필요한 대형 모터에 동력을 공급하기 위해서입니다.그러나 해당 시설에는 "정상적인" 북미 120V 공급 장치도 필요하며, 이 중 2개는 "중립"과 중앙 탭 위상 지점 사이에서 파생됩니다(180도 "위상 이상").

균형 회로

완벽하게 균형 잡힌 경우에는 세 선이 모두 동등한 하중을 공유합니다.회로를 조사하여 wy 및 delta 연결 부하에 대한 line voltage 및 current, load voltage 및 current의 관계를 도출할 수 있습니다.

균형 잡힌 시스템에서 각 라인은 서로 동일한 간격으로 배치된 위상 각도에서 동일한 전압 크기를 생성합니다.V를 기준으로 하고₃ V를 지연시키는₂ V를₁ 각도₁ 표기법과_LN V를 사용하여 라인과 중성 사이의 전압을 ^[20]계산하면 다음과 같습니다.

${\displaystyle{aligned}V_{1}&=V_{\text{LN}}\angle 0^{\circ },\V_{2}&=V_{\text}LN}}\angle {-120}^{\circ },\V_{3}&=V_{\text}LN}}\angle {+120}^{\circ}.\end{aligned}}$

이러한 전압은 웨이(wy) 또는 델타(delta) 연결 부하에 공급됩니다.

와이(또는 별; Y)

부하에 의해 표시되는 전압은 부하 연결에 따라 달라지며, 웨이의 경우 각 부하를 위상(선간-중립) 전압에 연결하면 ^[20]다음과 같은 이점이 있습니다.

${\displaystyle{aligned}I_{1}&={\frac {V_{1}}{\left Z_{\text{total}}\right }}\angle (-\theta),\\[2pt]I_{2}&={\frac {V_{2}}{\left Z_{\text{total}}\right }}\angle \left (-120^{\circ }-\theta \right),\[2pt]I_{3}&={\frac {V_{3}}{\left Z_{\text{total}}\right}}}\angle \left(120^{\circ}-\theta \right}),\end{aligned}}$

여기서 Z는 라인 및 로드 임피던스의 합(Z = Z + Z)이고, δ는 총 임피던스(Z)의 위상입니다.

각 위상의 전압과 전류 간 위상각 차이는 반드시 0은 아니며 부하 임피던스의 종류인_y Z에 따라 달라집니다.유도성 및 용량성 부하로 인해 전류가 지연되거나 전압이 유도됩니다.그러나 각 선 쌍(1 ~ 2, 2 ~ 3, 3 ~ 1) 사이의 상대 위상 각도는 여전히 -120°입니다.

중성 노드에 Kirchhoff의 전류법칙(KCL)을 적용하면, 3상 전류가 중성 라인의 전체 전류에 합산됩니다.균형 잡힌 경우:

${\displaystyle I_{1}+I_{2}+I_{3}=I_{\text{N}}=0.}$

델타(δ)

델타 회로에서 부하는 선을 가로질러 연결되므로 부하는 선 대 선 ^[20]전압을 봅니다.

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{12}&=V_{1}-V_{2}=\left(V_{\text{LN}}\angle 0^{\circ}\right)-\left(V_{\text{LN}}\angle {-120}^{\circ }\right)\\&={\sqrt{3}}V_{\text{LN}}\angle 30^{\circ }={\sqrt {3}V_{1}\angle \left(\phi _{V_{1}}+30^{\circ }\right),\\[3pt]V_{23}&=V_{2}-V_{3}=\left(V_{\text{LN}}\angle {-120}^{\circ }\right)-\left(V_{\text{LN}}\각120^{\circ}\right)\\&={\sqrt{3}}V_{\text{LN}}\angle {-90}^{\circ }= {\sqrt {3}V_{2}\angle \left(\phi _{V_{2}}+30^{\circ }\right),\\[3pt]V_{31}&=V_{3}-V_{1}=\left(V_{\text{LN}}\angle 120^{\circ}\right)-\left(V_{\text{LN}}\angle 0^{\circ}\right)\\&={\sqrt{3}}V_{\text{LN}}\angle 150^{\circ }={\sqrt {3}V_{3}\angle \left(\phi _{V_{3}}+30^{\circ }\right).\\\\end{aligned}}$

(Δ는 첫 번째 전압의 위상 이동이며, 일반적으로 0°로 취합니다. 이 경우 Δ = -120°, Δ = -240° 또는 120°입니다.)

추가:

${\displaystyle{aligned}I_{12}&={\frac {V_{12}}{\left Z_{\Delta}\right }}\left \left(30^{\circ}-\theta \right),\\[2pt]I_{23}&={\frac {V_{23}}{\left Z_{\Delta}\right }}\각 \left 90^{\circ }-\theta \right),\\[2pt]I_{31}&={\frac {V_{31}}{\left Z_{\Delta}\right }}\left \left(150^{\circ}-\theta \right}),\end{aligned}}$

여기서 θ는 델타 임피던스(Z_Δ)의 위상입니다.

상대각은 보존되어 있으므로₃₁₂₃ I는 I를 120°만큼₁₂ 늦습니다.각 델타 노드에서 KCL을 사용하여 라인 전류를 계산하면 다음을 얻을 수 있습니다.

${\displaystyle{aligned}I_{1}&=I_{12}-I_{31}=I_{12}-I_{12}\각120^{\circ}\&={\sqrt{3}}I_{12}\angle \left(\phi _{I_{12}}-30^{\circ}\right)={\sqrt {3}}I_{12}\angle (-\theta )\end{aligned}}$

그리고 다른 라인에 대해서도 마찬가지입니다.

${\displaystyle{aligned}I_{2}&={\sqrt{3}}I_{23}\angle \left(\phi _{I_{23}}-30^{\circ}\right)={\sqrt {3}}I_{23}\angle \left(-120^{\circ }-\theta \right),\\[2pt]I_{3}&={\sqrt{3}}I_{31}\angle \left(\phi _{I_{31}}-30^{\circ}\right)={\sqrt {3}}I_{31}\angle \left(120^{\circ}-\theta \right),\end{aligned}}$

여기서 다시 θ는 델타 임피던스(Z_Δ)의 위상입니다.

위상 다이어그램을 검사하거나 위상 표기에서 복소 표기로 변환하면 두 라인 간의 중립 전압 차이가 어떻게 λ3만큼 큰 라인 간 전압을 산출하는지 알 수 있습니다.델타 구성은 변압기의 위상에 걸쳐 부하를 연결하기 때문에 웨이 구성에서 부하에 전달되는 라인 간 전압 차이보다 ≥3배 큰 라인 간 전압 차이를 전달합니다.전송되는 전력이 V²/Z이므로 동일한 전력을 전송하려면 델타 구성의 임피던스가 Way 구성의 3배여야 합니다.

단상하중

하이 레그 델타 시스템과 코너 접지 델타 시스템을 제외하고, 단상 부하는 임의의 두 상에 걸쳐 연결될 수도 있고, 부하는 위상에서 ^[21]중립으로 연결될 수도 있습니다.3상 시스템의 단계 간에 단상 부하를 분배하면 부하의 균형이 유지되며 도체와 변압기를 가장 경제적으로 사용할 수 있습니다.

대칭적인 3상 4와이어, wy 시스템에서 3상 도체는 시스템 중립에 동일한 전압을 가집니다.라인 도체 사이의 전압은 위상 도체 대 중성 전압의 3배 ^[22]이상입니다.

${\displaystyle V_{\text{LL}}={\sqrt{3}}V_{\text{LN}}}.$

고객의 구내에서 공급 변압기로 돌아오는 전류는 모두 중성선을 공유합니다.부하가 세 상에 모두 균등하게 분포되어 있으면 중성 와이어의 리턴 전류의 합은 약 0이 됩니다.변압기의 2차측에서 불균형 위상 부하가 발생하면 변압기 용량이 비효율적으로 사용됩니다.

공급 뉴트럴이 파괴되면 위상 대 뉴트럴 전압이 더 이상 유지되지 않습니다.상대 부하가 높은 위상은 전압이 감소하고 상대 부하가 낮은 위상은 상 대 상 전압까지 전압이 상승합니다.

높은 다리 델타는 V = 2 V의 위상 대 중성 관계를 제공하지만, LN 부하는 한 위상에 부과됩니다.한 변압기 제조업체의 페이지에 따르면 LN 부하량이 변압기 ^[23]용량의 5%를 초과해서는 안 된다고 합니다.

≥3 ≥ 1.73이기 때문에 V를 100%로 정의하면 V ≥ 100% × 1.73 = 173%가 됩니다.V를 100%로 설정하면_LN V_LL ≥ 57.7%입니다.

불균형하중

3상 시스템의 3개 활선의 전류가 동일하지 않거나 정확한 120° 위상각도가 아닐 경우 전력 손실은 완벽하게 균형 잡힌 시스템보다 큽니다.대칭 성분 방법은 불균형 시스템을 분석하는 데 사용됩니다.

비선형 하중

선형 부하의 경우, 위상 간 불균형으로 인해 중립은 전류만 전달합니다.가스 방전 램프와 스위치 모드 전원 공급 장치, 컴퓨터, 사무용 장비 등과 같은 정류기-커패시터 프론트엔드를 사용하는 장치는 모든 공급 단계에서 단계에 있는 3차 고조파를 생성합니다.따라서 이러한 고조파 전류는 웨이 시스템(또는 델타 시스템의 접지된(지그재그) 변압기)에서 중성 전류를 추가하여 중성 전류가 ^[21][24]상전류를 초과하게 할 수 있습니다.

삼상하중

3상 부하의 중요한 종류는 전기 모터입니다.3상 유도 전동기는 설계가 단순하고, 시동 토크가 높고 효율이 높습니다.이러한 모터는 산업계에서 많은 응용 분야에 적용되고 있습니다.3상 모터는 동일한 전압 등급 및 정격의 단상 모터보다 소형이며 가격이 저렴하며, 10HP(7.5kW) 이상의 단상 AC 모터는 흔하지 않습니다.또한 3상 모터는 동일한 ^[25]조건에서 사용되는 동일한 동력의 단상 모터보다 진동이 적으므로 더 오래 지속됩니다.

전기 보일러 또는 공간 난방과 같은 저항 난방 부하는 3상 시스템에 연결될 수 있습니다.전기 조명도 마찬가지로 연결될 수 있습니다.

빛의 선 주파수 깜박임은 느린 동작 재생을 위해 스포츠 경기 중계에 사용되는 고속 카메라에 해롭습니다.라인 주파수 작동 광원을 세 단계에 걸쳐 고르게 펴서 조명 영역이 세 단계 모두에서 켜지도록 함으로써 이를 줄일 수 있습니다.이 기술은 2008년 베이징 ^[26]올림픽에서 성공적으로 적용되었습니다.

정류기는 3상 소스를 사용하여 6펄스 DC ^[27]출력을 생성할 수 있습니다.이러한 정류기의 출력은 정류된 단상보다 훨씬 부드럽고 단상과 달리 펄스 사이에서 0으로 떨어지지 않습니다.이러한 정류기는 배터리 충전, 알루미늄 생산과 같은 전기 분해 공정 또는 DC 모터의 작동을 위해 사용될 수 있습니다."Zig-zag" 변압기는 6상 전파 정류, 사이클당 12개의 펄스를 만들 수 있으며, 이 방법은 때때로 필터링 구성 요소의 비용을 절감하고 결과적인 DC의 품질을 향상시키기 위해 사용됩니다.

3상 부하의 한 예는 제철 및 광석 정제에 사용되는 전기 아크로입니다.

많은 유럽 국가에서 전기 스토브는 보통 영구적인 연결이 있는 3상 급전용으로 설계됩니다.개별 가열 장치는 종종 3상을 사용할 ^[28]수 없는 경우 단상 회로에 연결할 수 있도록 위상과 중성 사이에 연결됩니다.국내 분야의 다른 통상적인 3상 부하는 탱크 없는 물 가열 시스템과 저장 히터입니다.유럽과 영국의 주택은 모든 단계와 지면 사이에 공칭 230V로 표준화되어 있습니다. (기존 공급품은 영국에서 240V 근처에 유지됨) 대부분의 주택 그룹은 평균 이상의 수요가 있는 개별 건물에 2단계 또는 3단계 연결을 공급할 수 있도록 3단계 도로변 변압기에서 공급됩니다.

위상 변환기

위상 변환기는 3상 장비가 단상 전원에서 작동되어야 할 때 사용됩니다.3상 전력을 사용할 수 없거나 비용이 정당하지 않을 때 사용됩니다.이러한 컨버터는 주파수를 가변시켜 속도 제어를 가능하게 할 수도 있습니다.일부 철도 기관차는 단상 소스를 사용하여 전자 ^[29]드라이브를 통해 공급되는 3상 모터를 구동합니다.

회전 위상 변환기는 균형 잡힌 3상 전압을 생성하는 특별한 시동 장치와 역률 보정 기능을 갖춘 3상 모터입니다.적절히 설계된 경우, 이러한 회전형 컨버터는 단상 소스에서 3상 모터를 만족스럽게 작동시킬 수 있습니다.이러한 장치에서 에너지 저장은 회전하는 구성 요소의 관성(플라이휠 효과)에 의해 수행됩니다.외부 플라이휠은 샤프트의 한쪽 또는 양쪽 끝에서 발견되기도 합니다.

삼상 발전기는 단상 모터에 의해 구동될 수 있습니다.이 모터-제너레이터 조합은 위상 변환뿐만 아니라 주파수 변환기 기능도 제공할 수 있지만 모든 비용과 손실이 수반되는 두 대의 기계가 필요합니다.모터-제너레이터 방식은 또한 대형 플라이휠 및 배터리로 구동되는 DC 모터와 함께 사용될 때 무정전 전원 공급 장치를 형성할 수 있습니다. 이러한 조합은 대기 발전기 세트에서 발생한 일시적인 주파수 강하에 비해 대기 발전기가 작동할 때까지 거의 일정한 전력을 공급합니다.

커패시터와 자동 변압기는 정적 위상 변환기에서 3상 시스템의 근사치를 나타내는 데 사용할 수 있지만, 추가 위상의 전압과 위상 각도는 특정 부하에만 유용할 수 있습니다.

가변 주파수 드라이브와 디지털 위상 변환기는 전력 전자 장치를 사용하여 단상 입력 전력으로부터 균형 잡힌 3상 공급을 합성합니다.

테스트

회로에서 위상 시퀀스를 검증하는 것은 상당히 현실적으로 중요합니다.3상 전원의 두 소스는 예를 들어 발전기를 통전 배전 네트워크에 연결할 때나 두 변압기를 병렬로 연결할 때와 같은 위상 시퀀스를 가지지 않는 한 병렬로 연결해서는 안 됩니다.그렇지 않으면 상호 연결이 단락처럼 작동하여 과도한 전류가 흐르게 됩니다.3상 모터의 회전 방향은 임의의 두 상을 상호 교환함으로써 역전될 수 있습니다. 모터를 일시적으로 통전하여 기계의 회전을 관찰함으로써 기계를 시험하는 것은 비현실적이거나 위험할 수 있습니다.두 소스의 위상 순서는 단자 쌍 사이의 전압을 측정하고 그들 사이의 전압이 매우 낮은 단자는 동일한 위상을 갖는 반면 높은 전압을 보이는 쌍은 서로 다른 위상을 갖는다는 것을 관찰함으로써 확인할 수 있습니다.

절대 위상 동일성이 필요하지 않은 경우 위상 회전 테스트 장비를 사용하여 하나의 관측치로 회전 시퀀스를 식별할 수 있습니다.위상 회전 시험 기구는 소형 3상 모터를 포함할 수 있으며, 이 모터는 기구 케이스를 통해 회전 방향을 직접 관찰할 수 있습니다.또 다른 패턴은 한 쌍의 램프와 내부 위상 변환 네트워크를 사용하여 위상 회전을 표시합니다.또 다른 유형의 계측기는 전원이 차단된 3상 모터에 연결할 수 있으며 모터축을 손으로 회전시킬 때 잔류 자성에 의해 유도되는 작은 전압을 감지할 수 있습니다.지정된 축 ^[30]회전 방향에 대한 단자의 전압 순서를 보여주는 램프 또는 기타 표시등.

3상 대안

분상전력

3상 전원을 사용할 수 없을 때 사용하며 고출력 부하에 대해 정상 사용 전압의 2배를 공급할 수 있습니다.

2상 전력

두 개의 AC 전압을 사용하며, 그들 사이에 90도 위상 이동이 있습니다.2상 회로는 2쌍의 도체로 배선할 수도 있고, 2개의 와이어를 결합할 수도 있으며, 회로에 필요한 배선은 3개뿐입니다.공통 도체의 전류는 개별 상에서 전류의 1.4배를 가산하므로 공통 도체는 더 커야 합니다.2상 및 3상 시스템은 Charles F에 의해 발명된 Scott-T 변압기에 의해 상호 연결될 수 있습니다. 스콧.^[31]특히 나이아가라 폭포의 첫 발전기와 같은 초기 교류 기계들은 2상 시스템을 사용했고, 일부 남아있는 2상 분배 시스템은 여전히 존재하지만, 3상 시스템은 현대적인 설비를 위해 2상 시스템을 대체했습니다.

단환승

1897년경 General Electric이 사용한 비대칭 변형 2상 전력 시스템으로, Charles Proteus Steinmetz와 Elihu Thomson이 옹호했습니다.이 제도는 특허 침해를 피하기 위해 고안된 것입니다.이 시스템에서, 발전기는 부하를 조명하기 위한 완전 전압 단상 권선과 주 권선으로 직교하는 전압을 생성하는 작은 분율(보통 라인 전압의 1/4) 권선으로 권선되었습니다.의도는 이 "전원 와이어" 추가 권선을 사용하여 유도 전동기의 시동 토크를 제공하고 메인 권선은 조명 부하에 전력을 제공하는 것이었습니다.대칭적인 2상 및 3상 배전 시스템에 대한 Westinghouse 특허가 만료된 후 단환 시스템은 사용이 중단되었습니다. 분석이 어렵고 만족스러운 에너지 계량이 개발될 만큼 오래 지속되지 못했습니다.

고상차계

동력 전달을 위해 제작 및 테스트를 완료했습니다.이러한 전송 선로는 일반적으로 6상 또는 12상을 사용합니다.높은 위상 순서의 전송 라인은 라인의 각 끝단에 있는 고전압 직류(HVDC) 변환기의 비용 없이 주어진 볼륨을 통해 비례적으로 더 높은 전력을 전송할 수 있습니다.하지만 그만큼 더 많은 장비가 필요합니다.

DC

AC는 장거리 전송을 위해 높은 전압으로 쉽게 변환될 수 있기 때문에 역사적으로 사용되었습니다.그러나 현대 전자제품은 직류의 전압을 높은 효율로 상승시킬 수 있고 직류는 피부 효과가 없어 송전선이 가볍고 저렴해 장거리에 걸쳐 고전압 직류의 손실이 적습니다.

색상코드

3상 시스템의 도체는 균형 잡힌 부하를 허용하고 모터의 정확한 위상 회전을 보장하기 위해 색상 코드로 식별됩니다.사용된 색상은 국제 표준 IEC 60446(이후 IEC 60445), 오래된 표준 또는 전혀 표준이 적용되지 않을 수 있으며, 단일 설치 환경 내에서도 달라질 수 있습니다.예를 들어, 미국과 캐나다에서는 접지된(접지된) 시스템과 접지되지 않은 시스템에 대해 다른 색상 코드가 사용됩니다.

나라		페이즈[note 1]						중립, ㄴ[note 2]		보호지구, 체육을[note 3]
		L1		L2		L3
호주 및 뉴질랜드(AS/NZS 3000:2007 그림 3.2 또는 AS:3000에서 승인한 IEC 60446)			빨강, 혹은[note 4] 갈색		흰색;[note 4] 노란색		암청색 또는 회색[note 4]		검정 또는 파랑[note 4]			녹색/노란색 줄무늬. (1966년 이전 설치, 녹색.)
캐나다	필수[32]		레드[note 5]		블랙입니다.		파랑색		흰색 또는 회색			녹색 아마도 노란색 줄무늬 또는 절연되지 않음
	고립계[33]		오렌지색		갈색		노란 색		흰색 또는 회색			녹색 아마도 노란색 줄무늬
유럽 CENELEC(유럽연합 등; 2004년 4월 이후, IEC 60446, 이후 IEC 60445-2017), 영국(2004년 3월 31일 이후), 홍콩(2007년 7월 이후), 싱가포르(2009년 3월 이후, GOSTR 50462), 아르헨티나, 우크라이나, 벨라루스, 카자흐스탄(2021년 1월부터)			갈색		블랙입니다.		그레이		파랑색			그린/노란색[note 6] 줄무늬
구 유럽인(IEC 60446 이전, [note 7]국가별로 다름)
영국(2006년 4월 이전), 홍콩(2009년 4월 이전), 남아프리카공화국, 말레이시아, 싱가포르(2011년 2월 이전)			빨간.		노란 색		파랑색		블랙입니다.			녹색/노란색 줄무늬; 1970년 이전, 녹색
인디아			빨간.		노란 색		파랑색		블랙입니다.			녹색 아마도 노란색 줄무늬
칠레 - NCH 4/2003			파랑색		블랙입니다.		빨간.		하얀색			녹색 아마도 노란색 줄무늬
구 소련(러시아, 우크라이나, 카자흐스탄; 2009년 이전), 중화인민공화국[note 8](GB 50303-2002 섹션 15.2.2)			노란 색		초록의		빨간.		하늘색			그린/노란색 줄무늬
노르웨이(CENELEC 채택 전)			블랙입니다.		화이트/그레이		갈색		파랑색			노란색/녹색 줄무늬, 노란색 또는 절연되지 않음
미국	통례[note 9]		블랙입니다.		빨간.		파랑색		흰색 또는 회색			녹색 아마도 노란색 [note 10]줄무늬 또는 절연되지 않음
	대체관행[note 11]		갈색		오렌지 (델타[note 12])		노란 색		회색 또는 흰색			초록의
					바이올렛(와이)

참고 항목

메모들

참고문헌

외부 링크

• AC 전원 기록 및 타임라인