電氣工程中,單相電(single-phase electric power)指利用兩條線路來分配電力的交流電供電方式,頻率通常是50或60Hz[1]。由於單相電電壓在一個周期內兩次達到峰值,瞬時功率並非恆定[2]三相電的瞬時功率之和則是恆定值,運作更為穩定。

單相電的波形圖
位於加拿大的一個單相變壓器電線杆

單相電具線路較少、效率較高的優點,被北美日本的一些地方用作商業和住宅用電;但很少用在大型發電機等設施,這是因為大型電機和單相交流電作用不會產生旋轉磁場,需要額外的啟動電路來支持。[3]

接線

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單相交流電配電電路(日本)
單相二線制電路,其中GND線接地,輸出電壓100伏
單相三線制電路,其中中線接地,使用分相式變壓器,兩個相反相後各輸出100伏,而200伏亦可使用

單相二線制

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單相二線系統包括一條相線(L,又稱端線火線活線)和一條中線(N,又稱中性線零線)。電力可以由小型發電機、不間斷電源或單相供電系統提供。
此外,三相四線系統也可以提供單相電。相線接至L1/L2/L3其中一相,中線則接至三相變壓器的中性點。中性點通常會接地,以確保電力保護裝置可以正常運作。

 
 
 

單相三線制

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單相三線系統中,電力由分相式(split-phase)變壓器提供,共有兩條相線(反相)和一條中線,同時提供 120V及 240V。變壓器的主線圈可接至三相電的其中兩個相(VAB),副線圈則設有中心抽頭,引出中線並同時接地。

 
 
 

分相式電力系統無法產生單一指向的旋轉磁場,因此不是兩相電

比較

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變壓器繞組

三相電相比,單相電最主要的特點是輸出功率不是常數(功率振盪),其電壓在0°和180°時是零,在90°和270°時達到峰值。而三相電的總功率則是常數,因此,三相發電機可以穩定地運作。

三相變壓器的成本亦比單相變壓器低。只需要多50%的材料,則可提供原來3倍的輸出功率。

因此,三相電無論在發電及輸電都有明顯優勢。但對於商業和住宅用戶,單相電已能滿足一般的用電需求。

電壓

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在北美地區,分相式為120V/240V,三相電則是120V/208V。部分電動機會接供兩個接線方式,因此能同時支援208V及240V。對於240V供暖系統,若是連接到208V系統中,其功率會下降至75%。此外,部分國家的電壓為127V/220V,把208V的電力裝置接駁到220V系統應可正常運作,但保養或會失效。

在歐亞地區,單相電介乎220V到240V,此電壓能夠提供足夠的電力給馬達和其他高功率電力裝置人使用。與北美不同,歐亞地區的單相電力裝置通常不會接至三相系統以380V至415V運作。

參考資料

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  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]. (原始內容存檔於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.