三相電力

三相電力（3ϕと略記）^{[ 1 ]}は、発電、送電、配電に最も広く使用されている交流（AC）の形態です。^{[ 2 ]}これは、3本の線（中性線リターンを含めると4本。保護導体は除く）を使用する多相システムの一種であり、世界中の 電力網が電力を供給する標準的な方法です。

三相システムでは、3つの相それぞれが他の相に対して120度の位相差で配置されています。この構成により、単相システムに比べてより安定した電力の流れが実現され、長距離送電や産業機械などの重負荷への電力供給に特に効率的です。交流システムであるため、変圧器を用いて電圧を容易に昇圧または降圧することができ、最小限の損失で高電圧送電と低電圧配電が可能になります。

三相回路はより経済的でもあります。同じ相間電圧の2線式単相システムよりも、3線式システムの方が導体材料を少なくしてより多くの電力を伝送できます。^{[ 3 ]} 送電以外にも、三相電力は一般的に大型誘導電動機、その他の電動機、重工業用負荷の駆動に使用されますが、小型機器や家庭用機器は、同じネットワークから供給される単相回路に依存することがよくあります。

三相電力は1880年代に複数の発明家によって初めて開発され、それ以来、現代の電力システムの基盤であり続けている。

電圧源と負荷の間の導体のうち、中性点、中間点、保護機能を果たすものを除くものを線路導体と呼ぶ。^{[ 4 ]}

IEC 60050のセクション 195 によると、任意の 2 つの線路導体間の電圧は線間電圧と呼ばれ、任意の線路導体と中性線導体の間で測定される電圧は線間中性電圧と呼ばれます。^{[ 5 ]}他のセクションではこれらの用語のバリエーションが定義されており、セクション 601 では相間電圧と相間中性電圧が定義され、^{[ 6 ]}セクション 141 では多相線間電圧と多相線間中性電圧が定義されています。^{[ 7 ]}電気の教科書の中には、線間電圧(線間電圧に相当) と相電圧(線間中性電圧に相当)という用語が含まれているものもあります。^{[ 8 ] [ 9 ]}

システム電圧は、 IEC 60038に記載されているように、X/Y の形式で表されることが多く、Xは線間電圧、Y は線間電圧を表します。例えば、公称 電圧が 230 V (線間電圧) で、線間電圧が 400 V の国では、230/400 V と表されることがあります。 

変圧器の巻線は、IEC 60050 の用語に従って、デルタ(しばしば「Δ」と表記される) またはスター(しばしば「Y」と表記される) の構成のいずれかで構成されます。スター構成は、米国では一般的に「Y」として知られています。 ^{[ 10 ] [ 11 ]}

多相電力システムは、 1880年代後半にガリレオ・フェラリス、ミハイル・ドリヴォ＝ドブロヴォルスキー、ヨナス・ウェンストロム、ジョン・ホプキンソン、ウィリアム・スタンレー・ジュニア、ニコラ・テスラによってそれぞれ独立に発明された。 ^{[ 12 ]}

三相電力は電動機の開発から発展した。1885年、ガリレオ・フェラリスは回転磁界の研究を行っていた。フェラリスは様々なタイプの非同期電動機を実験した。この研究と彼の研究の結果、交流発電機が開発された。交流発電機は、機械的（回転）動力を電気動力（交流）に変換するために、逆方向に動作する交流モーターと考えることができる。1888年3月11日、フェラリスはトリノの王立科学アカデミーに論文を発表した。^{[ 13 ]}

その2か月後、ニコラ・テスラは三相電動機の設計に関する米国特許第381,968号を取得した（出願日：1887年10月12日）。この特許の図13は、テスラが自身の三相電動機を6本の電線を介して発電機から電力供給することを想定していたことを示している。

これらの交流発電機は、位相が一定量ずれた交流電流のシステムを生成することによって動作し、その動作には回転磁界に依存していた。結果として得られた多相電源は、すぐに広く受け入れられるようになった。多相交流発電機の発明は、電力変圧器と同様に、電化の歴史において重要な鍵となる。これらの発明により、電力をかなりの距離にわたって電線で経済的に送電することが可能になった。多相電源は、遠隔地での水力発電（大規模ダムの水力発電所による）の利用を可能にし、落下する水の機械エネルギーを電気に変換し、機械的な作業が必要な場所であればどこでも電動機に供給できるようにした。この汎用性により、世界中の大陸で送電網網が発展した。

ミハイル・ドリヴォ＝ドブロヴォルスキーは1888年に三相発電機と三相電動機を開発し、スター接続とデルタ接続を研究した。^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}彼の三相三線式送電システムは1891年にドイツで開催された国際電気技術博覧会で展示され、ドリヴォ＝ドブロヴォルスキーはこのシステムを使用して176 km (110 マイル) の距離で 75%の効率で電力を送電した。1891年には三相変圧器と短絡（かご形）誘導電動機も開発した。^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}彼は1891年に世界初の三相水力発電所を設計した。 ^{[ 20 ]}発明家のヨナス・ウェンストロムは1890年に同じ三相システムでスウェーデン特許を取得した。^{[ 21 ]}グレンゲスベルク鉱山では、滝から離れた場所へ電力を送電する可能性が検討された。スメジェバッケン自治体ハルシェンにある45メートル の落差地点が選ばれた。そこにはかつて小さな製鉄所があった。1893年に3段階の9.5 kV システムは400馬力(300 kW)を15 km (10 マイル) の距離に送電するために使用され、最初の商用アプリケーションとなった。^{[ 22 ]}  

対称三相電源システムでは、3本の導体それぞれが、共通の基準に対して同じ周波数と電圧振幅の交流電流を流しますが、各導体間には1/3サイクル（つまり120度位相がずれている）の位相差があります。共通の基準は通常、接地され、多くの場合、中性線と呼ばれる電流を流す導体に接続されています。位相差のため、いずれかの導体の電圧は、他の導体の1つより1/3サイクル遅れて、残りの導体より1/3サイクル早くピークに達します。この位相遅延により、平衡線形負荷への電力伝送が一定になります。また、電動機で回転磁界を生成したり、変圧器を使用して他の位相配置（例えば、スコットT変圧器を使用した2相システム）を生成したりすることも可能です。2つの相間の電圧差の振幅は$\displaystyle {\sqrt {3}}=1.732\ldots }$各相の電圧振幅の倍数。

ここで説明する対称三相システムは、単に三相システムと呼ばれています。非対称三相電力システム（つまり、電圧や位相差が異なるシステム）を設計・実装することは可能ですが、対称システムの最も重要な利点が欠けているため、実際には使用されていません。

平衡かつ線形な負荷に電力を供給する三相システムでは、3本の導体の瞬時電流の合計はゼロになります。つまり、各導体の電流は、他の2本の導体の電流の合計と大きさが等しく、符号が逆になります。いずれかの相導体の電流の帰還経路は、他の2本の相導体です。

1 相より多い相数であれば、一定の電力伝送は可能です。しかし、2 相システムでは中性線電流の相殺がないため導体の効率が悪く、3 相を超えるとインフラが不必要に複雑になります。さらに、一部の実用的な発電機やモーターでは、2 相ではトルクが滑らかでなくなる (脈動する) ことがあります。^{[ 23 ]}

三相システムには、低電圧配電でよく見られる4本目の線がある場合があります。これは中性線です。中性線により、一定電圧で3つの独立した単相電源を供給でき、複数の単相負荷への電力供給によく使用されます。接続は、各グループで可能な限り各相から均等な電力が引き出されるように配置されます。配電システムのさらに上流では、電流は通常よくバランスが取れています。変圧器は、不平衡負荷とそれに伴う二次側の中性線電流を許容しながら、4線式二次側と3線式一次側を持つように配線される場合があります。

中性線のない2本の電流を流す導体を使用する単相交流電源と比較して、中性線がなく相間電圧が同じ三相電源は、導体材料をわずか0.75倍使用するだけで同じ電力を伝送できます。^{[ 3 ]}

三相電源には、電力配電システムにおいて望ましい特性があります。

• 相電流は互いに打ち消し合う傾向があり、線形平衡負荷の場合は合計がゼロになるため、中性線にはほとんど電流が流れないため、中性線のサイズを小さくすることができます。平衡負荷の場合、すべての相導体に同じ電流が流れるため、同じサイズにすることができます。
• 線形平衡負荷への電力伝達は一定であり、これはモーター／発電機用途において振動を低減するのに役立つ。
• 三相システムは、特定の方向と一定の大きさの回転磁界を生成できるため、始動回路が不要となり、電動機の設計が簡素化される。

しかし、ほとんどの負荷は単相です。北米では、一戸建て住宅やアパートは電力網から単相の電力供給を受け、配電盤まで分割相システムを使用しており、そこからほとんどの分岐回路に120Vが供給されます。ストーブ、乾燥機、電気自動車用コンセントなど、より高出力の機器向けに設計された回路には240Vが供給されます。  

ヨーロッパでは、通常、三相電力が配電盤に供給され、そこからさらに高出力の機器へと送られる。

左の画像：各相が別々の送電線ペアを使用する基本的な6線式三相交流発電機。^{[ 24 ]}右の画像：各相が3本の線だけを共有できることを示す基本的な3線式三相交流発電機。^{[ 25 ]}

発電所では、発電機が機械動力を3つの交流電流に変換します。 これらの電流は、発電機の各コイル（または巻線）からそれぞれ1つずつ発生します。巻線は、電流の周波数が同じでありながら、波形のピークとトラフがずれるように配置されており、位相差が1/3サイクル（120°または2π / 3ラジアン）の3つの相補的な電流が得られます。発電機の周波数は、国によって異なりますが、一般的には50Hzまたは60Hzです。

発電所では、変圧器が発電機からの電圧を送電に適したレベルに変換し、損失を最小限に抑えます。

送電網におけるさらなる電圧変換を経て、最終的に電圧は標準的な利用電圧に変換されてから顧客に電力が供給されます。

ほとんどの自動車用オルタネーターは三相交流を生成し、ダイオードブリッジで直流に整流します。^{[ 26 ]}

デルタ結線変圧器の巻線は、三相システムの各相を直接接続します。スター結線変圧器は、各相巻線を共通の中央（中性）点に接続します。

単一の三相変圧器を使用することも、3つの単相変圧器を使用することもできます。

「オープンデルタ」または「V」システムでは、2 つの変圧器のみが使用されます。3 つの単相変圧器で構成されるクローズドデルタは、変圧器の 1 つが故障したり取り外す必要がある場合にオープンデルタとして動作できます。^{[ 27 ]}オープンデルタでは、各変圧器はそれぞれの相の電流に加えて第 3 相の電流も流す必要があるため、容量は 87% に低下します。3 つの変圧器のうち 1 つが欠落し、残りの 2 つの効率が 87% の場合、容量は 58% ( 87 % の2/3 )になります。^{[ 28 ] [ 29 ]}

デルタ給電システムでは、迷走電流の接地検出やサージ電圧からの保護のために接地が必要な場合、接地変圧器（通常はジグザグ変圧器）を接続して、地絡電流がどの相からでも接地に戻るようにすることができます。別のバリエーションとして、「コーナー接地」デルタシステムがあり、これは変圧器の接合部の1つで接地された閉デルタです。^{[ 30 ]}

三相配線には、スター（Yとも呼ばれる）とデルタの2つの基本的な構成があります。図に示すように、デルタ構成では送電に3本の電線しか必要ありませんが、スター構成では4本目の電線が必要になる場合があります。4本目の電線がある場合、それは中性線として設けられ、通常は接地されています。3線式と4線式の表記には、多くの送電線の上部にある接地線は含まれません。接地線は故障保護のみを目的としており、通常の使用では電流は流れません。

中性線をすべての電源巻線の「共通スター点」に接続すると、相間電圧と中性線間の電圧が対称となる4線式システムが得られます。このようなシステムでは、3つの相すべてが中性線に対して同じ電圧値になります。非対称なシステムも使用されています。

4 線スター方式は、照明とモーター負荷の混合など、単相負荷と三相負荷が混在する場合に使用されます。適用例としては、ヨーロッパ (およびその他の地域) の地域配電があり、各顧客は 1 つの相と中性線 (3 つの相に共通) からのみ給電される場合があります。中性線を共有する顧客グループが不均等な相電流を引き込む場合、共通の中性線がこれらの不均衡によって生じる電流を流します。電気技術者は、その場所での 3 つの相から引き込まれる電力が可能な限り同じになるように、任意の場所の三相電力システムを設計しようとします。^{[ 31 ]}電気技術者はまた、個々の建物に適用されるのと同じ原則が広範囲の配電システムにも適用されるため、負荷が可能な限りバランスが取れるように配電ネットワークを配置しようとします。したがって、供給当局は、平均して供給地点で可能な限りバランスの取れた負荷が見られるように、3 つの相のそれぞれで引き込まれる電力を多数の建物に分散するようにあらゆる努力を払います。

家庭用の場合、英国などの国では、 1つの建物に1相と中性線を高電流（最大100A）で供給することがありますが、ドイツなどの国では、各顧客に3相と中性線を供給しますが、ヒューズの定格は低く、通常は1相あたり40 ～ 63Aで、負荷が第1相に集中するのを避けるために「ローテーション」方式を採用しています。  

スター接続とデルタ接続に基づいています。一般的に、送配電用途の三相変圧器の巻線接続には、次の4種類があります。

• スター – スターは、小電流と高電圧に使用されます。
• デルタ – デルタ、大電流と低電圧に使用、
• デルタ – スター、昇圧変圧器、つまり発電所で使用される。
• スターデルタ接続は、降圧変圧器、つまり送電線の終端で使用される。

北米では、負荷に電力を供給するデルタ結線トランスの巻線の 1 つにセンタータップを設け、そのセンタータップを接地して中性線として接続するハイレッグデルタ電源が使用されることがあります（2 番目の図を参照）。この構成では、3 つの異なる電圧が発生します。センタータップ (中性線) と上下のタップ (相と逆相) の間の電圧が 120 V ( 100%) の場合、相線と逆相線の両端の電圧は 240 V (200%) となり、中性線から「ハイレッグ」への電圧は約208 V (173%) になります。^{[ 27 ]}    

デルタ結線電源を供給する理由は、通常、回転磁界を必要とする大型モーターに電力を供給するためです。しかし、当該施設では、北米の「標準」120V 電源も必要となります。この電源のうち2つは、 「中性線」とセンタータップ付き相点のいずれかとの間で（180度位相がずれた状態で）供給されます。

完全にバランスの取れた状態では、3本の線路すべてが等価な負荷を共有します。回路を調べると、スター結線およびデルタ結線の負荷について、線間電圧と電流、および負荷電圧と電流の関係を導き出すことができます。

平衡システムでは、各線路は互いに等間隔の位相角で等しい電圧振幅を生成します。V ₁を基準とし、V ₃が遅れ、V _{2が V 1}が遅れ、角度表記を使用し、V _{LN が}線間電圧である場合、次のようになります。^{[ 32 ]}

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{1}&=V_{\text{LN}}\angle 0^{\circ },\\V_{2}&=V_{\text{LN}}\angle {-120}^{\circ },\\V_{3}&=V_{\text{LN}}\angle {+120}^{\circ }.\end{aligned}}}$

これらの電圧は、スター結線またはデルタ結線の負荷に供給される。

星

負荷が受ける電圧は負荷の接続方法によって決まります。スター接続の場合、各負荷を線間電圧に接続すると^{[ 32 ]が得られます。}

${\displaystyle {\begin{aligned}I_{1}&={\frac {V_{1}}{|Z_{\text{total}}|}}\angle (-\theta ),\\I_{2}&={\frac {V_{2}}{|Z_{\text{total}}|}}\angle (-120^{\circ }-\theta ),\\I_{3}&={\frac {V_{3}}{|Z_{\text{total}}|}}\angle (120^{\circ }-\theta ),\end{aligned}}}$

ここで、Z _totalは線路インピーダンスと負荷インピーダンスの合計 ( Z _total = Z _LN + Z _Y ) であり、θは全インピーダンス ( Z _total )の位相です。

各相の電圧と電流の位相角の差は必ずしも0ではなく、負荷インピーダンスZy_の種類によって異なります。誘導性負荷と容量性負荷では、電流は電圧に対して遅れるか進むかのどちらかになります。ただし、各線対（1対2、2対3、3対1）間の相対位相角は依然として-120°になります。

キルヒホッフの電流法則（KCL）を中性点に適用すると、3相電流の合計が中性線の全電流になります。平衡状態の場合：

${\displaystyle I_{1}+I_{2}+I_{3}=I_{\text{N}}=0.}$

デルタ

デルタ回路では、負荷は線路間に接続されるため、負荷には線間電圧がかかります。^{[ 32 ]}

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{12}&=V_{1}-V_{2}=(V_{\text{LN}}\angle 0^{\circ })-(V_{\text{LN}}\angle {-120}^{\circ })\\&={\sqrt {3}}V_{\text{LN}}\angle 30^{\circ }={\sqrt {3}}V_{1}\angle (\phi _{V_{1}}+30^{\circ }),\\V_{23}&=V_{2}-V_{3}=(V_{\text{LN}}\angle {-120}^{\circ })-(V_{\text{LN}}\angle 120^{\circ })\\&={\sqrt {3}}V_{\text{LN}}\angle {-90}^{\circ }={\sqrt {3}}V_{2}\angle (\phi _{V_{2}}+30^{\circ }),\\V_{31}&=V_{3}-V_{1}=(V_{\text{LN}}\angle 120^{\circ })-(V_{\text{LN}}\angle 0^{\circ })\\&={\sqrt {3}}V_{\text{LN}}\angle 150^{\circ }={\sqrt {3}}V_{3}\angle (\phi _{V_{3}}+30^{\circ }).\end{aligned}}}$

（Φv1_は第1電圧の位相シフトであり、一般的には0°とされます。この場合、Φv2 ₌ −120°、Φv3 ₌ −240°または120°となります。）

さらに遠く：

${\displaystyle {\begin{aligned}I_{12}&={\frac {V_{12}}{|Z_{\Delta }|}}\angle (30^{\circ }-\theta ),\\I_{23}&={\frac {V_{23}}{|Z_{\Delta }|}}\angle (-90^{\circ }-\theta ),\\I_{31}&={\frac {V_{31}}{|Z_{\Delta }|}}\angle (150^{\circ }-\theta ),\end{aligned}}}$

ここで、_θはデルタインピーダンス（ ZΔ ）の位相である。

相対角度は保存されるため、I _31はI ₂₃よりI ₁₂より 120°遅れます。各デルタノードで KCL を使用して線電流を計算すると次のようになります。

${\displaystyle {\begin{aligned}I_{1}&=I_{12}-I_{31}=I_{12}-I_{12}\angle 120^{\circ }\\&={\sqrt {3}}I_{12}\angle (\phi _{I_{12}}-30^{\circ })={\sqrt {3}}I_{12}\angle (-\theta )\end{aligned}}}$

そして他の各行についても同様です。

${\displaystyle {\begin{aligned}I_{2}&={\sqrt {3}}I_{23}\angle (\phi _{I_{23}}-30^{\circ })={\sqrt {3}}I_{23}\angle (-120^{\circ }-\theta ),\\I_{3}&={\sqrt {3}}I_{31}\angle (\phi _{I_{31}}-30^{\circ })={\sqrt {3}}I_{31}\angle (120^{\circ }-\theta ),\end{aligned}}}$

ここで、θはデルタインピーダンス（ ZΔ _）の位相です。

フェーザ図を調べたり、フェーザ表記から複素表記に変換したりすると、2つの線間電圧の差が、√3倍大きい線間電圧を生み出すことがわかります。デルタ結線では負荷が変圧器の相間に接続されるため、線間電圧差が生じますが、これはスター結線で負荷に供給される線間電圧の√3倍になります。伝送される電力はV2/Zであるため、同じ電力^を伝送するには、デルタ結線のインピーダンスはスター結線のインピーダンスの3倍でなければなりません。

ハイレッグデルタシステムとコーナー接地デルタシステムを除き、単相負荷は任意の2つの相に接続することも、負荷を相から中性線に接続することもできます。 ^{[ 34 ]}単相負荷を三相システムの各相に分散させることで負荷のバランスが取れ、導体と変圧器を最も経済的に使用できます。

対称三相4線式スターシステムでは、3つの相導体はシステムのニュートラルに対して同じ電圧を持ちます。線間電圧は線間ニュートラル電圧の√3倍です。^{[ 35 ]}

${\displaystyle V_{\text{LL}}={\sqrt {3}}V_{\text{LN}}.}$

顧客宅から電源変圧器へ戻る電流はすべて中性線を共有します。負荷が3相すべてに均等に分散されている場合、中性線を流れる戻り電流の合計はほぼゼロになります。変圧器の二次側に不平衡な相負荷がかかると、変圧器の容量が非効率的に使用されます。

電源の中性線が断線すると、線間電圧は維持されなくなります。相対負荷の高い相では電圧が低下し、相対負荷の低い相では電圧が上昇し、線間電圧まで上昇します。

ハイレッグデルタでは、 V _LL = 2 V _LNの相間電圧関係が得られますが、LN 負荷は 1 つの相に課せられます。^{[ 27 ]}変圧器メーカーのページでは、LN 負荷は変圧器容量の 5% を超えないように推奨しています。^{[ 36 ]}

√3 ≈ 1.73なので、 V _{LN を}100% と定義すると、V LL ≈ 100% × 1.73 = 173% となります。V LL_を100 % に設定すると_、 V LN _≈ 57.7% となります。

三相負荷の重要なクラスは電動機です。三相誘導電動機は、シンプルな設計、本質的に高い始動トルク、高効率を備えています。このような電動機は、産業界で多くの用途に使用されています。三相電動機は、同じ電圧クラスと定格の単相電動機よりもコンパクトで安価であり、10 hp (7.5 kW)を超える単相交流電動機は一般的ではありません。また、三相電動機は、同じ条件下で同じ出力の単相電動機よりも振動が少なく、そのため寿命が長くなります。^{[ 38 ]}  

電気ボイラーや暖房器具などの抵抗加熱負荷は、三相システムに接続できます。照明器具も同様に接続できます。

ライン周波数による光のちらつきは、スポーツイベントの放送でスローモーション再生に使用される高速カメラにとって有害で​​す。ライン周波数で動作する光源を3つのフェーズに均等に分散させることで、照射領域が3つのフェーズすべてから照らされるようにすれば、ちらつきを軽減できます。この技術は2008年の北京オリンピックで成功裏に適用されました。^{[ 39 ]}

整流器は、3 相電源を使用して 6 パルスの DC 出力を生成することができます。^{[ 40 ]}このような整流器の出力は、整流された単相よりもはるかに滑らかで、単相とは異なり、パルス間でゼロに低下しません。このような整流器は、バッテリーの充電、アルミニウム製造や製鋼に使用される電気アーク炉などの電気分解プロセス、および DC モーターの動作に使用できます。ジグザグ変圧器は、6 相全波整流に相当する 1 サイクルあたり 12 パルスを生成することができ、この方法は、結果として得られる DC の品質を向上させながら、フィルタリング コンポーネントのコストを削減するために時々使用されます。

多くのヨーロッパ諸国では​​、電気ストーブは通常、常時接続の三相電源用に設計されています。個々の暖房ユニットは、三相が利用できない場合に単相回路に接続できるように、相と中性線の間に接続されることがよくあります。^{[ 41 ]}家庭分野で一般的なその他の三相負荷は、タンクレス給湯システムと蓄熱ヒーターです。ヨーロッパの住宅では、任意の相と接地間の公称電圧が 230V  ±10%に標準化されています。ほとんどの住宅群は三相街路変圧器から給電されるため、平均以上の需要がある個々の建物は、第2または第3相接続で給電できます。

位相変換器は、三相機器を単相電源で動作させる必要がある場合に使用されます。三相電源が利用できない場合や、コストが正当化されない場合に使用されます。このような変換器は周波数を可変にすることもでき、速度制御が可能になります。一部の鉄道機関車は、電子駆動装置を介して供給される三相モーターを駆動するために単相電源を使用しています。^{[ 42 ]}

回転式位相変換器は、特殊な始動機構と力率補正機構を備えた三相モータであり、平衡三相電圧を生成します。適切に設計された回転式変換器は、単相電源で三相モータを良好に動作させることができます。このような装置では、回転部品の慣性（フライホイール効果）によってエネルギーが蓄積されます。シャフトの両端または片側に外部フライホイールが取り付けられている場合もあります。

三相発電機は単相モーターで駆動できます。このモーター発電機の組み合わせは、位相変換だけでなく周波数変換機能も提供しますが、2台の機器が必要となり、それに伴う費用と損失が発生します。また、大型フライホイールとバッテリー駆動の直流モーターを組み合わせることで、無停電電源装置（UPS）を構築することも可能です。このような組み合わせは、待機発電機が作動するまでの間、待機発電機セットで発生する一時的な周波数低下に比べて、ほぼ一定の電力を供給します。

コンデンサやオートトランスは、静的位相変換器において三相システムを近似するために使用できるが、追加される相の電圧と位相角は、特定の負荷に対してのみ有用である可能性がある。

可変周波数駆動装置とデジタル位相変換器は、パワーエレクトロニクスデバイスを用いて、単相入力電力から平衡三相電源を合成する。

回路の位相順序を確認することは、実用上非常に重要です。例えば、発電機を通電中の配電網に接続する場合や、2台の変圧器を並列接続する場合など、位相順序が同じでない限り、2つの三相電源を並列接続してはなりません。そうしないと、接続部は短絡状態のように動作し、過電流が流れます。三相モータの回転方向は、任意の2つの相を入れ替えることで反転できます。モータの回転を観察するために、モータに瞬間的に通電して機械をテストすることは、実用的ではないか、あるいは有害となる可能性があります。2つの電源の位相順序は、端子間の電圧を測定し、電圧が非常に低い端子は同じ位相であり、電圧が高い端子は異なる位相であることを観察することで確認できます。

絶対的な位相同一性が要求されない場合、位相回転試験装置を使用して、1回の観測で回転シーケンスを識別できます。位相回転試験装置には、小型の三相モータが含まれている場合があり、その回転方向は装置ケースを通して直接観察できます。別のパターンでは、一対のランプと内部位相シフトネットワークを使用して位相回転を表示します。別のタイプの装置は、電源が切断された三相モータに接続でき、モータシャフトを手で回転させたときに残留磁気によって誘起される小さな電圧を検出できます。ランプまたはその他のインジケータライトが、指定されたシャフト回転方向の端子の電圧シーケンスを表示します。^{[ 43 ]}

分割相電力

三相電源が利用できない場合に使用され、高電力負荷に対して通常の2倍の電圧を供給することを可能にする。

二相電力

2 つの交流電圧を使用し、それらの間には 90 度の電気位相差があります。2 相回路は 2 対の導体で配線することも、2 本のワイヤを組み合わせて回路に必要なワイヤを 3 本にすることもできます。共通導体の電流は 1.4 倍になります (${\displaystyle {\sqrt {2}}}$）各相の電流は異なるため、共通導体はより太くする必要があります。2相システムと3相システムは、チャールズ・F・スコットが発明したスコットT変圧器によって相互接続できます。^{[ 44 ]}ごく初期の交流機、特にナイアガラの滝の最初の発電機は2相システムを使用しており、2相配電システムの名残がまだいくつか残っていますが、現代の設備では3相システムが2相システムに取って代わっています。

単環式電力

1897年頃にゼネラル・エレクトリック社が採用した非対称修正二相電力システムで、チャールズ・プロテウス・スタインメッツとエリフ・トムソンが提唱した。このシステムは特許侵害を回避するために考案された。このシステムでは、発電機に照明負荷用の全電圧単相巻線と、主巻線と直交する電圧を生成する少量の巻線（通常は線間電圧の1/4）が巻かれていた。この「電力線」と呼ばれる追加巻線は誘導電動機の始動トルクを供給するために使用され、主巻線は照明負荷に電力を供給することを目的としていた。対称二相および三相配電システムに関するウェスティングハウス社の特許が失効した後、この単相システムは使用されなくなった。解析が困難であり、満足のいくエネルギー計測が開発されるほど長く使用されなかったためである。

高位相秩序系

電力伝送用に建設・試験済み。このような送電線は通常、6相または12相を使用する。高相次数送電線は、送電線の両端に高電圧直流（HVDC）変換器を設置する費用をかけずに、一定体積を通して比例的にやや少ないながらも高い電力を伝送できる。ただし、それに応じて必要な機器の数も多くなる。

ワシントンDC

交流は、長距離送電のために容易に高電圧に変換できることから、歴史的に広く用いられてきました。しかし、現代の電子機器は直流の電圧を高効率で昇圧することができ、直流には表皮効果がないため、送電線を軽量かつ安価にすることができ、結果として高電圧直流は長距離送電における損失を低減できるのです。

三相システムの導体は、負荷のバランスを保ち、モーターの正しい相回転を確保するために、通常はカラーコードで識別されます。使用される色は、国際規格IEC 60446（後のIEC 60445）、旧規格、または規格に準拠しない場合があり、単一の設備内でも異なる場合があります。たとえば、米国とカナダでは、接地システムと非接地システムで異なるカラーコードが使用されています。

• Neidhofer, Gerhard (2007). "初期の三相電力[歴史]". IEEE Power and Energy Magazine . 5 (5): 88–100 . doi : 10.1109/MPE.2007.904752 . ISSN 1540-7977 . 

• 交流電力の歴史とタイムライン