MIT 6.061 Ch.3 多相网络（Polyphase Networks）

这是什么

第 3 章讲多相系统，重点是三相（three phase）。为什么全世界电网几乎都用三相？本章给两个理由，并给出平衡三相的功率算法，末尾介绍标幺值（per-unit）系统。

核心要点

为什么要三相

• 大多数电力应用都用三相：三根彼此独立、电压电流在时间上对称错开 120° 的载电线路。
• 两个主要原因：
  1. 省导体：同样传输功率，三相比单相用铜/铝更省（经济性）。
  2. 功率近乎恒定：平衡多相系统的瞬时总功率不脉动——连无功脉动也抵消了。这对电动机、发电机这类「想要恒定功率」的设备是明显好处。
• 相数不只有三：两相用于教学与某些伺服机构；相数较多用于特种应用（如铝冶炼的可控整流器）；六相曾被提议用于超高压输电。
• 多相系统与单相有质的不同：更复杂，但常常更好分析（后面电机章节会体现）。不同相数之间总可以物理转换。

平衡负载的功率

• 把三相电压源接平衡负载，总瞬时功率 = 常数（不含 2 倍频脉动）。讲义演示了两相叠加如何消掉脉动项，三相同理。
• 不平衡（unbalanced）情形：三相不再对称。若无中线接地，星点电压不为零；有接地中线则中线流过电流。
• 三相对称电压有清晰的线电压定义（线-线电压与相电压差 √3 倍）。

标幺值（per-unit）

• per-unit 系统 = 把电压、电流、功率除以各自的「基准值」做归一化。
• 好处：实际量值域很宽，而归一化后的参数落在很窄的范围——工程比较与计算更方便。
• 步骤：先选基准电压与基准电流，其余量按比例换算。

机制 / 论证

• 论证核心：恒定功率是电网的礼物。单相交流瞬时功率以 2 倍工频脉动；三相把三份错开 120° 的脉动叠起来，脉动互相抵消，总和恒定。这解释了「为什么发电机、电动机、电网都用三相」——旋转机械要的是平稳转矩，恒定功率直接等于平稳转矩。
• 不平衡分析为下一章（对称分量法，Ch.4）埋伏笔：现实电网总有单相负载与故障，需要专门工具。

可操作

• 家用「两相/单相」插座其实是三相中的一相 + 中线：理解三相能解释为什么住宅供电电压是相电压而工业是线电压。
• 看输电线铁塔：三的倍数根导线（常见三相 + 可能的避雷线）是识别三相系统的直观线索。
• 读电网规划文件时，per-unit 是行业默认语言——所有阻抗、容量都以标幺值或百分数给出。

术语

不确定 / 待验证

• 讲义未给具体省导体比例数字；「√3」等关系为三相电路标准结论。
• 两相/多相用途的列举是课本概述，非最新工程综述。

相关

• Ch.2 交流功率（前章）、Ch.4 对称分量（后章）
• 电网（Electric Grid）、power-system-balance