三相220v供电可行性再论

Posted on February 11, 2025

经过深思熟虑,我提出了一种新的居民用电供电模式: 即三相220伏4线制供电。以适应未来更大的入户功率需求。

特点为:

- 入户线路为3根火线,一条地线,没有零线。
- 火线和火线之间的电压为220v。火线对地电压 130v。
- 入户电表设计三相不平衡保护开关
- 使用任意2条火线来兼容老的单相220v设备,继续提供 220v 的 2孔和3孔插座。
- 三相设备使用4脚插座。

不同供电制度下的对比如下:

  220v三相 220v 单相 380v三相 240v 直流
电压危险性
每1kw功率电流 2.63A 4.55A 1.52A 4.17A
线材成本系数 2.63 * 3+1 4.55 * 2+1 1.52 * 4+1 4.17 * 2
电能质量 低 (100hz功率波动)
异步电机转矩 恒转矩 100hz 转矩波动 恒转矩 无法使用
故障保护成本
三相失横危险性
三相失横表现 欠压 (罢工) 过压 (烧毁) 或 欠压(罢工) 过压(烧毁) + 失压
380v 三相异步电机兼容性 星接改三角 无法使用 直接使用 无法使用
220v 三相异步电机兼容性 直接使用 无法使用 三角改星接 无法使用
220v 单相电机兼容性 接任意2火线 (三相不平衡) 直接使用 接任一火线 (三相不平衡) 无法使用
开关电源兼容性 接任意2火线 (三相不平衡) / 整流后输入 (三相平衡) 直接使用 接任一火线(三相不平衡) 直接使用
全桥整流后电压 310v 310v 540v 240v
电子器件耐压等级 650v 650v 1200v 450v
输入整流成本 650v耐压二极管*6 + 小电容 650v耐压二极管*4 + 大电容 + NTC 1200v耐压二极管*6 + 小电容 小电容
逆变方式 310v 直流母线 + 6管全桥逆变 310v 直流母线+4管全桥逆 540v直流母线 + 6管全桥逆变  

在三种供电制度下,各自有最适合的电机,而相同功率下的不同电机的成本对比:

  220v三相异步电机 220v 单相异步电机 380v三相异步电机 无刷电机
电机效率 80% - 90% 50% - 70% 80% - 90% 90% - 98%
电机成本 高(永磁)
扭矩特性 恒扭矩 脉动扭矩 恒扭矩 恒扭矩 (正弦波驱动) / 脉动扭矩 (方波驱动)
调速方式 变频变压调速 无法调速 变频变压调速 变频变压调速
变频器需求 可选 无法使用 可选 必须使用
电机功率适用范围 百瓦 - 万瓦 百瓦 - 千瓦 百瓦 - 十万瓦 毫瓦 - 百万瓦特

如果考虑到现行的220v单相供电进行升级,则升级的优缺点如下:

  220v 单相升级220v三相 220v 单相 升级 到380v三相 220v 单相 升级 到240v 直流
电压危险性 没变 提高了 略有下降
电流 下降 下降 几乎不变
室内布线设计 2.5平足够使用到 15kw,无需4平布线 零线断线非常危险,要处处考虑 几乎无变化
保护器设计 2P保护器升级为3P保护 2P保护器升级为3P保护 直流断路器特难
老设备无脑兼容方式 抽2相 抽 1 相,注意零线电流 有条件下兼容(使用开关电源的设备可直接兼容)
(带开关电源的)新设备设计思路 修改整流器即可 (小改) 修改整流器并提高器件耐压(重新设计) 去掉整流器 (降本增效)
使用感应电机的设备升级思路 改为三相电机/改为无刷电机 改为三相电机/改为无刷电机 改为无刷电机
配电网的改造(老设施) 更换变压器,入户改三相 入户改三相 配电网需要使用交-直整流器
配电网的建设(新建住宅) 新买变压器 新买变压器 新买整流器 (贵)
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