1.5 交流电与实用电路

1.5.1 单相交流电与单相交流电路

单相交流供电方式是电工用电中最常见的一种电流形式。交流电（Alternating Current，AC）一般是指大小和方向会随时间作周期性变化的电流，交流电是由交流发电机产生的。

单相交流电是以一个交变电动势作为电源的电力系统。在单相交流发电机中，只有一个线圈绕制在铁芯上构成定子，转子是永磁体，当其内部的定子和线圈为一组时，它所产生的感应电动势（电压）也为一组（相），由两条线进行传输，这种电源就是单相交流电，图1-29所示为单相交流电的产生。

家庭中所使用的单相交流电往往是三相电源分配过来的。

供配电系统送来的电源由三根相线（火线）和一根零线（又称中性线）构成，如图1-30所示。三根相线两两之间电压为380 V，每根相线与零线之间的电压为220 V。这样三相交流电源就可以分成三组单相交流电给用户使用。

在单相交流供电系统中，根据电路接线方式不同，有单相两线式，单相三线式两种方式。

单相两线式仅由一根相线（L）和一根零线（N）构成，通过两根线获取220 V单相电压，为用电设备供电。

一般的家庭照明支路和两孔插座多采用单相两线式供电方式，如图1-31所示。

单相三线式是在单相两线式的基础上添加一根地线，即由一根相线、一根零线和一根地线构成。其中，地线与相线之间的电压为220 V，零线（N）与相线（L）之间的电压为220 V。由于不同接地点存在一定的电位差，因此零线与地线之间可能有一定的电压。

在家庭用电中，空调器支路、厨房支路、卫生间支路、插座支路多采用单相三线式供电方式，如图1-32所示。

1.5.2 三相交流电与三相交流电路

三相交流电是大部分电力传输即供电系统、工业和大功率电力设备所需要的电源，了解其供电方式及三相交流电的产生，然后在此基础上理解三相交流电供电的几种常见方式及应用范围等，如图1-33所示。

三相四线式供电方式与三相三线式供电方式不同的是从配电系统多引出一条零线。接上零线的电气设备在工作时，电流经过电气设备进行做功，没有做功的电流就可经零线回到电厂，对电气设备起到了保护的作用，这种供配电方式常用于380/220 V低压动力与照明混合配电，如图1-34所示。

在三相四线式供电方式中，当三相负载不平衡和低压电网的零线过长且阻抗过大时，零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化、导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一定的电位，这对安全运行十分不利。在零线断线的特殊情况下，断线以后的单相设备和所有保护接零的设备会产生危险的电压，这是不允许的。

在三相四线式供电系统中，把零线的两个作用分开，即一根线做工作零线（N），另一根线做保护零线（PE或地线），这样的供电接线方式称为三相五线式供电方式，如图1-35所示。

采用三相五线制供电方式，用电设备上所连接的工作零线N和保护零线PE是分别铺设的，工作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上，这样就能有效隔离三相四线制供电方式所造成的危险电压，用电设备外壳上电位始终处在“地”电位，从而消除了设备产生危险电压的隐患。

在发电机中，三组感应线圈的公共端作为供电系统的参考零点，引出线称为中线，另一端与中线之间有额定的电压差称为相线。一般情况下中线是以大地作为导体的，故其对地电压应为零，称为零线。因此相线对地线必然形成一定的电压差，可以形成电流回路。正常供电回路由相线（火线）和零线（中线）形成。地线是仪器设备的外壳或屏蔽系统就近与大地连接的导线，其对地电阻小于4Ω，它不参与供电回路，主要是保护操作人员人身安全或抗干扰用的。中线和大地的连接问题会导致用电端中线对地电压大于零，因此三相五线式中将中线和地线分开对消除安全隐患具有重要意义，如图1-36所示。