为什么生活中用220伏单相电而工厂用380伏三相电

早期交流发电机

最早的发电机是法拉第于1831年发明的，法拉第根据他发现的电磁感应原理设计出了第一个发电装置，通过转动在磁场中的铜盘产生电。这个圆盘发电机虽然结构简单，却是人类历史上的第一台发电机。受法拉第的启示，科学家不断研究和改进发电机，最终就有了现在的发电系统。有些发电机是磁体转动线圈不动，而有些是线圈转动磁体不动。但无论是线圈转动还是磁体转动，基本原理都是通过转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势。一般来说，一个线圈就可以产生单相的正弦波形的电压，但是如果发电机只有一个线圈，会使得发电机转速不均匀，且影响发电效率。一个简单的解决方法就是在发电机里以120°夹角平均地放置三组线圈，在发电机运转的过程中便会同时产生三相正弦波形的电压，相当于三台单线圈的发电机同时在发电。这样的发电设备运转时，比只有一组线圈的更加平稳，效率也高很多。那么是不是相数越高越好呢？理论上发电的相数可以更高，但三相是最经济的。正因为三相交流发电结构简单、价格便宜、性能好，得到了广泛应用。因此，一般从发电机发出的电都是三相的，相线（俗称火线）与相线之间的电压为380伏，相线与中性线（也称零线）之间的电压为220伏，三相电的每一相与中性线都可以构成一个单相。

发电机剖面图

那么，为什么居民生活用电一般使用单相电，而工厂则使用三相电呢？其实道理很简单，一般居民家中用电负荷不是很大，220伏的单相电已经可以满足需要了（有的国家民用电为110伏），所以进户线一般为单相线，即采用三相中的任意一相，而且输送单相电只需火线和零线两根线，这样就降低了家庭用电的成本。而工厂不同，因为工业用电负荷很大，380伏电压比220伏电压单位电流输送的能量更大，更适合大功率设备。此外，工业用电很多是为了给设备提供动力，工业上大量使用电动机，相比于单相电驱动的电动机，三相电驱动的三相异步电动机结构十分简单，而且输出功率大，非常适合作为工业设备的动力源。正因为如此，才使得工业上广泛使用三相电。