三相電力

三相電力（略称3ϕ ^[1]）は、発電、送電、配電に使用される一般的な交流（AC）の一種です。^{[2]これは、3本の電線（またはオプションの中性線戻り線を含めると4本）を使用する}多相システムの一種であり、世界中の電力網で電力を伝送するために最も一般的に使用されている方法です。

三相電力は 1880 年代に数人の人々によって開発されました。三相電力では、各電線の電圧は他の各電線に対して 120 度位相がずれています。これは AC システムであるため、変圧器を使用して簡単に電圧を上げて送電用の高電圧にし、配電用の電圧を下げることができるため、効率が高くなります。

3線式3相回路は、通常、同じ線対地電圧の同等の2線式単相回路よりも経済的です。これは、一定量の電力を伝送するのに使用する導体材料が少ないためです。^{[3] 3相電力は主に、大型の}誘導モーター、その他の電気モーター、およびその他の重い負荷に直接電力を供給するために使用されます。小さな負荷では、3相システムから派生した2線式単相回路のみを使用することがよくあります。

電圧源と負荷の間の導体は線路と呼ばれ、任意の2本の線路間の電圧は線間電圧と呼ばれます。任意の線路と中性線の間で測定された電圧は相電圧と呼ばれます。^[4]たとえば、208/120ボルトのサービスの場合、線間電圧は208ボルト、相電圧は120ボルトです。

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・ヴェンストローム、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・テスラによって独立して発明されました。 ^[5]

三相電力は電気モーターの開発から生まれました。1885年、ガリレオ・フェラーリスは回転磁場の研究をしていました。フェラーリスはさまざまな種類の非同期電気モーターの実験を行いました。この研究と調査の結果、オルタネーターが開発されました。オルタネーターは、機械的な（回転）力を電気的な（交流の）力に変換する、逆に動作する交流モーターと考えることができます。1888年3月11日、フェラーリスはトリノの王立科学アカデミーで論文を発表し、研究結果を発表しました。

2 か月後、ニコラ テスラは1887 年 10 月 12 日に出願した 3 相電気モーターの設計に関する米国特許 381,968 を取得しました。この特許の図 13 は、テスラが 6 本のワイヤを介して発電機から電力が供給される 3 相モーターを構想していたことを示しています。

これらのオルタネーターは、一定量ずつ位相がずれた交流電流のシステムを作り出すことで動作し、その動作は回転磁界に依存していました。その結果生まれた多相電力源は、すぐに広く受け入れられるようになりました。多相オルタネーターの発明は、電力変圧器と同様、電化の歴史において重要な役割を果たしています。これらの発明により、かなりの距離を電線で経済的に送電できるようになりました。多相電力により、遠隔地で水力 (大きなダムの水力発電所経由) を利用できるようになり、落下する水の機械的エネルギーを電気に変換して、機械作業が必要な場所であればどこでも電動モーターに供給できるようになりました。この汎用性がきっかけで、世界中の大陸で送電網が成長しました。

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モーターを開発し、スター結線とデルタ結線を研究した。彼の三相3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176km（110マイル）の距離に75％の効率で電力を送電した。1891年には三相変圧器と短絡（かご型）誘導モーターも作成した。^{[6] [7]}彼は1891年に世界初の三相水力発電所を設計した。発明家のヨナス・ウェンストロームは1890年に同じ三相システムでスウェーデンの特許を取得した。^[8]グレンゲスベルク鉱山では、滝から遠く離れた場所に電力を送電する可能性が検討された。スメジェバッケンス郡のハルスヨンにある45 メートルの落差の小さな鉄工所があった場所が選ばれた。1893年に三相9.5kV システムは400馬力を15km（10マイル）の距離に伝送するために使用され、最初の商用アプリケーションとなりました。 ^[9]

対称型三相電力供給システムでは、3 本の導体それぞれが、共通基準に対して同じ周波数および電圧振幅の交流電流を流しますが、各導体間の位相差は 1/3 サイクル (つまり、120 度位相がずれている) です。共通基準は通常、接地され、多くの場合、中性線と呼ばれる電流搬送導体に接続されます。位相差のため、どの導体の電圧も、他の導体の 1 つより 1/3 サイクル後にピークに達し、残りの導体より 1/3 サイクル前にピークに達します。この位相遅延により、平衡線形負荷に一定の電力が伝達されます。また、電気モーター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を生成したりすることもできます (たとえば、スコット T 変圧器を使用した 2 相システム)。2 つの相間の電圧差の振幅は、個々の相の電圧の振幅の倍になります。 ${\displaystyle {\sqrt {3}}=1.732\ldots }$

ここで説明する対称 3 相システムは、単に3 相システムと呼ばれています。これは、非対称 3 相電力システム (つまり、不等電圧または不位相シフト) を設計および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ないため、実際には使用されていないためです。

バランスのとれた線形負荷を供給する 3 相システムでは、3 つの導体の瞬間電流の合計はゼロです。言い換えると、各導体の電流は、他の 2 つ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。どの相導体の電流も、他の 2 つの相導体を戻り経路とします。

一定の電力伝送は、1相以上の任意の相数で可能です。しかし、2相システムでは中性電流のキャンセルがないため、導体の使用効率が低く、3相を超えるとインフラストラクチャが不必要に複雑になります。さらに、実際の発電機やモーターの中には、2相では滑らかでない（脈動する）トルクが生じる場合があります。^[10]

三相システムには、低電圧配電で一般的な 4 本目の配線があります。これは中性線です。中性線により、3 つの独立した単相電源を一定の電圧で供給することができ、複数の単相負荷に電力を供給するため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。配電システムの上流では、電流は通常十分にバランスが取れています。変圧器は、不均衡な負荷とそれに関連する二次側中性電流を許容しながら、4 線式の二次側と 3 線式の一次側を持つように配線できます。

3 相の配線は通常、国や電圧によって異なる色で識別されます。3 相モーターの回転方向を意図どおりにするには、相を正しい順序で接続する必要があります。たとえば、ポンプやファンは逆の順序では意図どおりに動作しません。2 つの電源を同時に接続できる場合は、相の同一性を維持する必要があります。2 つの異なる相を直接接続すると短絡となり、不均衡な電流が流れます。

2本の電流搬送導体（相線と中性線）を使用する単相交流電源と比較すると、中性線がなく、相あたりの相対接地電圧と電流容量が同じである3相電源では、1.5倍のワイヤ（2本ではなく3本）を使用するだけで、3倍の電力を伝送できます。したがって、導体材料に対する容量の比率は2倍になります。^[11]容量と導体材料の比率は、接地されていない3相システムとセンター接地の単相システムでは3：1に増加します（両方で導体と同じゲージの接地を使用する場合は2.25：1）。これにより、効率が向上し、重量が軽減され、波形がきれいになります。

三相電源には、電力配電システムに適した特性があります。

• 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ります。これにより、中性導体に流れる電流がほとんどないかまったくないため、中性導体のサイズを縮小できます。平衡負荷の場合、すべての相導体は同じ電流を流すため、同じサイズにすることができます。
• 線形バランス負荷への電力伝達は一定であり、モーター/発電機アプリケーションでは振動の低減に役立ちます。
• 三相システムは、指定された方向と一定の大きさの回転磁界を生成できるため、始動回路が不要になり、電気モーターの設計が簡素化されます。

ただし、ほとんどの負荷は単相です。北米では、一戸建て住宅や個々のアパートは電力網から単相で供給され、パネルボードへの分相システムを使用して、そこからほとんどの分岐回路が 120 V を供給します。ストーブ、乾燥機、電気自動車のコンセントなど、より高出力のデバイス用に設計された回路は 240 V を供給します。

ヨーロッパでは、通常、三相電力がパネルボードに供給され、さらに高出力のデバイスに供給されます。

発電所では、発電機が機械力を発電機の各コイル（または巻線）から 1 つずつ、3 つの交流電流に変換します。巻線は、電流が同じ周波数でありながら波形の山と谷がオフセットされるように配置されており、3 分の 1 周期（120° または 2π ⁄ 3ラジアン）の位相分離を持つ 3 つの相補電流を提供します。発電機の周波数は、国によって異なりますが、 通常は 50 Hz または 60 Hzです。

発電所では、損失を最小限に抑えるために、 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ます。

送電網内でさらに電圧変換が行われた後、最終的に電圧は標準利用量に変換され、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、それをダイオードブリッジで直流に整流します。^[14]

「デルタ」(Δ) 接続の変圧器巻線は、3 相システムの相間に接続されます。「Y」(Y) 変圧器は、各巻線を相線から共通の中性点に接続します。

1 台の 3 相変圧器、または 3 台の単相変圧器を使用できます。

「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たクローズドデルタは、変圧器の1つが故障した場合や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。^[15]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3番目の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つが故障し、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。 [16] [17]}

デルタ給電システムを接地して、地中への迷走電流を検出したり、サージ電圧から保護する必要がある場合、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地面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ます。これは、変圧器の接合部の1つで接地された閉じたデルタです。^[18]

基本的な 3 相構成には、Y 字型 (Y) とデルタ型 (Δ) の 2 種類があります。図に示すように、デルタ型構成では伝送に 3 本のワイヤのみが必要ですが、Y 字型 (スター型) 構成では 4 本目のワイヤが必要になる場合があります。4 本目のワイヤが存在する場合、それは中性線として提供され、通常は接地されます。3 線式および 4 線式の指定では、多くの伝送ライン上にある接地ワイヤはカウントされません。接地ワイヤは障害保護のみを目的としており、通常の使用では電流を流しません。

相と中性線の間の電圧が対称となる 4 線式システムは、中性線がすべての電源巻線の「共通のスター ポイント」に接続されると実現されます。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大きさの電圧を持ちます。その他の非対称システムも使用されています。

4 線式 Y 字型システムは、照明とモーター負荷が混在するなど、単相負荷と三相負荷が混在する負荷に電力を供給する場合に使用されます。応用例としては、ヨーロッパ (およびその他の地域) の地域配電が挙げられます。この地域での各顧客は、1 つの相と中性線 (3 相に共通) からのみ電力を供給されます。中性線を共有する顧客グループが不均等な相電流を消費する場合、共通の中性線がこれらの不均衡から生じる電流を運びます。電気技師は、3 相のそれぞれから消費される電力がそのサイトで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ます。^[19]電気技師はまた、個々の建物に適用される同じ原則が広範囲の配電システム電力にも適用されるため、負荷が可能な限り均衡するように配電網を配置しようとします。したがって、供給当局は、平均して可能な限り均衡のとれた負荷が供給ポイントで見られるように、3 相のそれぞれで消費される電力を多数の建物に分配するためにあらゆる努力をします。

家庭用として、英国などの一部の国では、1つの物件に高電流（最大100  A ）で単相と中性線を供給することがありますが、ドイツなどの他の国では、各顧客に3相と中性線を供給しますが、ヒューズ定格は低く、通常は相あたり40～63 Aで、最初の相に多くの負荷がかかる傾向を回避するために「ローテーション」されます。^[要出典]

Y 字型 (Y) とデルタ型 (Δ) の接続に基づいています。一般に、送電および配電の目的で使用される 3 相変圧器の巻線接続には、次の 4 つのタイプがあります。

• Y字型（Y） - Y字型（Y）は小電流および高電圧に使用されます。
• デルタ（Δ） - デルタ（Δ）は大電流と低電圧に使用されます。
• デルタ（Δ）-ワイ（Y）は、発電所などの昇圧変圧器に使用されます。
• Y 型 (Y) - デルタ型 (Δ) は、降圧変圧器、つまり伝送の最後に使用されます。

北米では、負荷に給電するデルタ接続変圧器の 1 つの巻線にセンタータップが付けられ、そのセンタータップが接地され、2 番目の図に示すようにニュートラルとして接続されるハイレッグ デルタ電源が使用されることがあります。この設定では、3 つの異なる電圧が生成されます。センタータップ (ニュートラル) と上部タップおよび下部タップ (位相および逆位相) 間の電圧が 120  V ( 100%) の場合、位相線および逆位相線間の電圧は 240 V (200%)、ニュートラルから「ハイレッグ」までの電圧は ≈ 208 V (173%) になります。^[15]

デルタ接続電源を提供する理由は通常、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。ただし、関係する施設では「通常の」北米の 120 V 電源も必要であり、そのうち 2 つは「ニュートラル」とセンタータップ位相点のいずれかの間で供給されます (180 度「位相がずれている」)。

完全にバランスが取れている場合、3 本の線路すべてが同等の負荷を共有します。回路を調べると、Y 字型およびデルタ型接続の負荷の線路電圧と電流、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。

バランスの取れたシステムでは、各線は互いに等間隔の位相角で等しい電圧の大きさを生成します。V _1を基準とし、V _{3 は}V ₂より遅れ、 V ₁より遅れ、角度表記法を使用し、V _{LN は}線と中性線間の電圧であり、次の式が得られます。^[20]

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

これらの電圧は、Y 字型またはデルタ型の接続負荷に供給されます。

負荷にかかる電圧は負荷の接続に依存する。Y字型の場合、各負荷を相（線対中性線）に接続すると、^[20]

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

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）、θ は合計インピーダンスの位相（Z _total）です。

各相の電圧と電流の位相角差は必ずしも 0 ではなく、負荷インピーダンスZ _yの種類によって異なります。誘導性負荷と容量性負荷により、電流は電圧より遅れたり進んだりします。ただし、各ライン ペア (1 対 2、2 対 3、3 対 1) 間の相対位相角は -120° のままです。

キルヒホッフの電流法則(KCL) を中性ノードに適用すると、3 相電流が中性線の合計電流になります。バランスが取れている場合:

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

デルタ回路では、負荷は線間に接続されるため、負荷には線間電圧がかかる。^[20]

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

(Φ _{v1 は}最初の電圧の位相シフトで、通常は 0° とされます。この場合、Φ _v2 = −120°、Φ _v3 = −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） の位相です。

相対角度は保存されるので、I _31はI _{23より120°}遅れ、 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。

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

他の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。

位相図を調べるか、位相表記から複素表記に変換すると、2 つの線間電圧の差がどのようにして√ 3倍大きい線間電圧を生み出すかがわかります。デルタ構成では、変圧器の相をまたいで負荷を接続するため、線間電圧差が生じます。この差は、Y 構成で負荷に供給される線間電圧の√ 3倍です。伝送される電力はV ² / Zであるため、同じ電力を伝送するには、デルタ構成のインピーダンスは Y 構成の 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相に接続することができ、また、負荷を相から中性線に接続することもできます。 ^[22]単相負荷を3相システムの相間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。

対称型三相4線式Y字型システムでは、三相導体はシステムの中性線に対して同じ電圧を持ちます。線路導体間の電圧は相導体から中性線までの電圧の√3倍^{です。 [23]}

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

顧客の敷地から供給変圧器に戻る電流はすべて中性線を共有します。負荷が 3 つの相すべてに均等に分散されている場合、中性線に戻る電流の合計はほぼゼロになります。変圧器の二次側で不均衡な相負荷が発生すると、変圧器の容量が効率的に使用されません。

供給中性線が破損すると、相間電圧は維持されなくなります。相対負荷が高い相では電圧が低下し、相対負荷が低い相では相間電圧まで電圧が上昇します。

ハイレッグデルタは、V _LL = 2  V _LN の相対中性線関係を提供しますが、LN負荷は1つの相に課されます。^[15]変圧器メーカーのページでは、LN負荷が変圧器容量の5％を超えないようにすることを推奨しています。^[24]

√ 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% に設定した場合、V _LN ≈ 57.7% となります。

三相システムの 3 本の活線上の電流が等しくないか、正確に 120° の位相角でない場合は、完全にバランスの取れたシステムよりも電力損失が大きくなります。対称コンポーネント法は、不平衡システムを解析するために使用されます。

線形負荷の場合、相間の不均衡により、中性線のみが電流を流します。ガス放電ランプや、スイッチング電源、コンピュータ、オフィス機器などの整流器コンデンサフロントエンドを使用するデバイスは、すべての電源相で同相の3次高調波を生成します。その結果、このような高調波電流がY字型システムの中性線（またはデルタシステムの接地（ジグザグ）変圧器）に追加され、中性線電流が相電流を超える可能性があります。^{[22] [25]}

三相負荷の重要なクラスは電動機である。三相誘導電動機は設計が単純で、本質的に始動トルクが高く、効率が高い。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る。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小型で安価であり、10 馬力（7.5kW）を超える単相交流電動機は一般的ではない。三相電動機は振動も少なく、同じ条件下で使用される同じ電力の単相電動機よりも長持ちする。^[26]

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

光の線周波数フリッカーは、スポーツイベントの放送でスローモーションリプレイに使用される高速カメラにとって有害で​​ある。線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、照明領域が3つのフェーズすべてから照らされるようにすることで、このフリッカーを軽減することができる。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た。^[27]

整流器は、三相電源を使用して6パルスのDC出力を生成することができる。^[28]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ない。このような整流器は、バッテリーの充電、アルミニウム生産や製鉄で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、1サイクルあたり12パルスの6相全波整流に相当するものを生成することができ、この方法は、フィルタリングコンポーネントのコストを削減しながら、結果として得られるDCの品質を向上させ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、常時接続の三相給電用に設計されています。三相が利用できない場合は単相回路に接続できるように、個々の加熱ユニットは相と中性線の間に接続されることがよくあります。^[29]家庭用の一般的な三相負荷には、タンクレス給湯システムや蓄熱式ヒーターなどがあります。ヨーロッパの住宅では、相とアース間の公称電圧が 230 V ±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には、第 2 または第 3 の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、またはコストが正当化されない場合に使用されます。このような変換器を使用すると、周波数を変更して速度制御することもできます。一部の鉄道機関車は、単相電源を使用して、電子駆動装置を介して供給される三相モーターを駆動します。^[30]

回転位相変換器は、特殊な始動装置と力率補正機能を備えた三相モーターで、バランスの取れた三相電圧を生成します。適切に設計されたこれらの回転位相変換器により、三相モーターを単相電源で問題なく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えられます。シャフトの片側または両側に外部フライホイールが付い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。このモーターと発電機の組み合わせは、周波数チェンジャー機能と位相変換機能を提供できますが、2 台の機械が必要となり、それに伴う費用と損失が発生します。モーターと発電機の組み合わせは、大型フライホイールとバッテリー駆動の DC モーターと組み合わせて使用​​すると、無停電電源装置を形成することもできます。この組み合わせでは、スタンバイ発電機が作動するまでのスタンバイ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できます。

コンデンサとオートトランスフォーマーは、静的位相変換器で 3 相システムを近似するために使用できますが、追加位相の電圧と位相角は特定の負荷に対してのみ役立つ場合があります。

可変周波数ドライブ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使用して、単相入力電力からバランスの取れた三相電源を合成します。

回路内の位相シーケンスの検証は、実用上非常に重要です。2 つの 3 相電源は、同じ位相シーケンスでない限り、並列に接続してはなりません。たとえば、発電機を通電中の配電網に接続する場合や、2 つの変圧器を並列に接続する場合などです。そうしないと、相互接続が短絡のように動作し、過剰な電流が流れます。3 相モーターの回転方向は、任意の 2 つの位相を入れ替えることで反転できます。モーターを瞬間的に通電して回転を観察することで機械をテストすることは、非実用的または有害である可能性があります。2 つの電源の位相シーケンスは、端子のペア間の電圧を測定し、端子間の電圧が非常に低い端子は同じ位相になり、電圧が高い端子のペアは異なる位相になることを観察することで検証できます。

絶対的な位相同一性が必要ない場合は、位相回転試験装置を使用して、1回の観察で回転シーケンスを特定できます。位相回転試験装置には、小型の3相モーター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、電源を切った3相モーターに接続し、モーターシャフトを手で回転させたときに残留磁気によって誘導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が点灯し、シャフトの回転方向に応じて端子の電圧シーケンスを示します。^[31]

分相電力

三相電源が利用できない場合に使用され、高電力負荷に通常の使用電圧の 2 倍を供給できます。

二相電力

2つの交流電圧を使用し、それらの間の位相は電気角で90度ずれている。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は3本だけになる場合もある。共通導体の電流は各相の電流の1.4倍（ ）になるため、共通導体は大きくなければならない。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型変圧器で相互接続できる。^{[32]非常に初期の交流機械、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るが、現代の設備では2相システムは3相システムに取って代わられている。${\displaystyle {\sqrt {2}}}$

単環式電力

1897 年頃にゼネラル・エレクトリック社が使用した非対称の改良型 2 相電力システム。チャールズ・プロテウス・シュタインメッツとエリヒュー・トムソンが推進した。このシステムは特許侵害を避け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小さな部分 (通常は線間電圧の 1/4) 巻線が巻かれていた。この「電力線」の追加巻線を使用して誘導モーターの始動トルクを供給し、主巻線で照明負荷に電力を供給することが意図されていた。ウェスティングハウス社の対称 2 相および 3 相配電システムに関する特許の有効期限が切れた後、単相システムは使用されなくなった。分析が難しく、十分なエネルギー計測が開発されるまで長く続かなかったためである。

高位相オーダーシステム

電力伝送用に構築され、テストされています。このような送電線は通常、6 相または 12 相を使用します。高相次送電線では、線路の両端に高電圧直流(HVDC) コンバータを設置する費用をかけずに、一定の体積で比例よりもわずかに高い電力を伝送できます。ただし、それに応じてより多くの機器が必要になります。

直流

交流は歴史的に長距離送電用に高電圧に簡単に変換できるため使用されていました。しかし、現代の電子機器は直流の電圧を高効率で上げることができ、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、高電圧直流は長距離送電でも損失が少なくなります。

三相システムの導体は通常、負荷のバランスを容易にし、モーターの正しい位相回転を保証するために、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 )、古い規格、またはまったく規格に準拠していない可能性があり、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 (アース) 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.

• AC電源の歴史とタイムライン