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市电与三相电基础 Mains & Three-Phase Power

墙上插座是 220V，工厂里却是 380V；有的插头是三脚、有的是两脚。这一章讲清楚市电到底是什么：单相 220V 和三相 380V 的关系、火线零线地线各干什么。这是安全用电和电源设计的前提。

1. 设计动机

接反了可能触电、设备可能烧、保险丝可能接在零线上起不到保护。做电源产品、接插座、设计配电，都必须知道哪根是 L（火线）、哪根是 N（零线）、哪根是 PE（地线）。工厂设备用三相 380V，家用是单相 220V，它们来自同一套三相系统。

三相电是三组交流电源，频率相同、相位互差 120°。它们的瞬时功率加起来几乎恒定（不像单相那样每秒脉动 100 次），所以电机转得平稳、输电效率高。

三根线的分工：

两根相线的电压是两个互差 120° 的正弦波之差。用相量（复数）相减， $|V_{line}|=|V_{phase}-V_{phase}\angle120^{\circ}|=\sqrt3\,V_{phase}$ 。220×1.732≈380V。这就是 √3 的来历。

家里墙上插座：L 对 N = 220V，给手机充电器、电视供电。
工厂三相插座：L1-L2、L2-L3、L3-L1 两两都是 380V，接三相电机；同时任意一相对 N 仍是 220V，可给控制电路供电。
一台 380V/3kW 三相电机：每根相线电流 $I=P/(\sqrt3\times V_{line})=3000/(1.732\times380)\approx4.6$ A。

把 PE 地线当零线用：现象——设备外壳带电、跳闸。原因——PE 是保护线，正常不流工作电流；当零线用会让外壳带电位。解决——L、N、PE 严格分开，PE 只接外壳。
以为零线没电：现象——断零线后，触摸"零线"被电。原因——零线一旦在前端断开，通过负载与火线连通，对地带上 220V。解决——检修前先验电，任何线都当可能带电处理。
三相负载不平衡导致零线电流大：现象——零线发热。原因——三相负载不均，中性线流过不平衡电流。解决——尽量把单相负载平均分到三相上。

家用 220V 和工业 380V 是什么关系？

同一套三相系统：220V 是相电压（一根相线对中性线），380V 是线电压（两根相线之间）， $380=220\times\sqrt3$ 。家用取一相一零，工业用三根相线。

PE 地线和 N 零线有什么区别？

N 是工作回路，正常有电流；PE 是保护线，只在故障时流过漏电电流，接设备外壳。二者在变压器中性点共地，但到了用户端不能互换、不能短接。

为什么工厂用三相而不是单相？

三相瞬时功率更平稳（电机转矩脉动小）、输电省铜（同样功率下导线总用量少）、三相电机结构简单可靠。大功率场合几乎都用三相。