电气工程中,单相电(single-phase electric power)指利用两条线路来分配电力的交流电供电方式,频率通常是50或60Hz[1]。由于单相电电压在一个周期内两次达到峰值,瞬时功率并非恒定[2]三相电的瞬时功率之和则是恒定值,运作更为稳定。

单相电的波形图
位于加拿大的一个单相变压器电线杆

单相电具线路较少、效率较高的优点,被北美日本的一些地方用作商业和住宅用电;但很少用在大型发电机等设施,这是因为大型电机和单相交流电作用不会产生旋转磁场,需要额外的启动电路来支持。[3]

接线

单相交流电配电电路(日本)
单相二线制电路,其中GND线接地,输出电压100伏
单相三线制电路,其中中线接地,使用分相式变压器,两个相反相后各输出100伏,而200伏亦可使用

单相二线制

单相二线系统包括一条相线(L,又称端线火线活线)和一条中线(N,又称中性线零线)。电力可以由小型发电机、不间断电源或单相供电系统提供。
此外,三相四线系统也可以提供单相电。相线接至L1/L2/L3其中一相,中线则接至三相变压器的中性点。中性点通常会接地,以确保电力保护装置可以正常运作。

 
 
 

单相三线制

单相三线系统中,电力由分相式(split-phase)变压器提供,共有两条相线(反相)和一条中线,同时提供 120V及 240V。变压器的主线圈可接至三相电的其中两个相(VAB),副线圈则设有中心抽头,引出中线并同时接地。

 
 
 

分相式电力系统无法产生单一指向的旋转磁场,因此不是两相电

比较

 
变压器绕组

三相电相比,单相电最主要的特点是输出功率不是常数(功率振荡),其电压在0°和180°时是零,在90°和270°时达到峰值。而三相电的总功率则是常数,因此,三相发电机可以稳定地运作。

三相变压器的成本亦比单相变压器低。只需要多50%的材料,则可提供原来3倍的输出功率。

因此,三相电无论在发电及输电都有明显优势。但对于商业和住宅用户,单相电已能满足一般的用电需求。

电压

在北美地区,分相式为120V/240V,三相电则是120V/208V。部分电动机会接供两个接线方式,因此能同时支援208V及240V。对于240V供暖系统,若是连接到208V系统中,其功率会下降至75%。此外,部分国家的电压为127V/220V,把208V的电力装置接驳到220V系统应可正常运作,但保养或会失效。

在欧亚地区,单相电介乎220V到240V,此电压能够提供足够的电力给马达和其他高功率电力装置人使用。与北美不同,欧亚地区的单相电力装置通常不会接至三相系统以380V至415V运作。

参考资料

  1. ^ 日本电气工程师学会《电工袖珍本》第十一篇 送电. Ohmsha. 1959年. 
  2. ^ What's the Difference Between Single Phase and Three Phase AC Power Supplies?. Aegis Power Systems. Aegis Power Systems. [2015-12-28]. (原始内容存档于2021-08-13). 
  3. ^ 日本电气工程师学会《输配电工程》第 4 章配电. Ohmsha. 1980.