详细了解单相和三相变频电源的主要区别
三相交流电(AC)电源通常用于向数据中心以及装有耗电机器的商业和工业建筑供电。这是有充分理由的，因为与单相交流电源相比，三相电源可以以更高的效率提供更多功率，单相交流电是大多数家用和轻型商业应用(例如照明和小家电)常用的类型。今天，我们将解释为什么会出现这种情况以及单相和三相变频电源之间的主要区别。
为什么我们需要三相变频电源?
随着数据中心和服务器机房的密度不断提高，提供不断增加的电力的能力尤为重要，更强大的计算系统被打包到曾经容纳服务器的相同空间中，这些服务器仅消耗当今计算机和网络所需的一小部分电力。
不久前，一个包含10台服务器的IT机架总共需要消耗5千瓦(kW)的电力。今天，同一个机架可能会容纳数十台服务器，总功率为20或30kW。在这些级别上，大家自然希望提高效率，因为随着时间的推移，即使功耗的一小部分改善也意味着可节省大量资金。
布线是另一个问题。考虑一个15kW的机架。使用单相120伏交流(VAC)电源，需要125安培来为机架供电，这需要一根直径几乎为四分之一英寸(AWG4)的电线-太粗而无法轻松使用，更不用说昂贵的。由于三相效率更高，因此可以使用更小的接线提供相同(甚至更多)的功率。要使用三相电源支持相同的15kW机架，需要三根能够提供42安培(AWG10)的电线，这些电线只是尺寸的一小部分——每根的直径都小于十分之一英寸。
单相交流电源介绍
那么，什么是三相电源呢?我们应该在哪里使用它?
在深入讨论之前，先了解单相交流电源是怎样的。
单相交流电源使用由一根“火线”、一根中性线和一根地线组成的三线制供电系统。使用交流电源时，电源电流或电压会周期性地反转，在向负载供电的热线上以一种方式流动，在中性线上以另一种方式流动。一个完整的电源循环发生在360度相变期间，电压每秒反转50或60次，具体取决于世界不同地区使用的系统。在北美，它是60倍或60赫兹(Hz)。
重要的是，两条载流腿始终相距180度。为了形象化这一点，可以把功率想象成一个波浪，技术上是一个具有定义频率和幅度的正弦波。在每个周期中，每条线上的波同时通过零振幅两次(见图1)。在这些情况下，没有电力输送到负载。
图1
这些短暂的中断对于住宅和商业建筑应用(例如办公环境)没有任何影响，但对为大型机械以及计算机和其他IT设备提供动力的电机具有重大影响。
深入了解三相变频电源
顾名思义，三相电力系统提供三个独立的电流，每个电流的间隔时间是完成一个完整周期所需时间的三分之一。但是，与单相相反，在单相中，两个热腿总是相隔180度，而在三相中，电流相隔120度。
在下面的图2中，这时会看到，当任何一条线处于其峰值电流时，其他两条线都没有。例如，当第1阶段处于正峰值时，第2阶段和第3阶段都处于-0.5。这意味着，与单相电流不同，没有任何时间点没有向负载输送电力。事实上，在每个相位的六个不同位置，其中一条线处于峰值正或负位置。
出于实际目的，这意味着所有三个电流提供的总功率保持不变;并没有像单相那样周期性的高峰和低谷。
重型机械中使用的计算机和许多电机在设计时就考虑到了这一点。它们可以获取稳定的恒定功率流，而不必考虑单相交流电源固有的变化。因此，他们使用更少的能源。
打个比方，想想单缸发动机和三缸发动机。两者都采用四冲程模型(进气、压缩、动力、排气)。对于单缸发动机，气缸每四冲程只能获得一个“动力”循环，这提供了相当不均匀的动力传递。相比之下，三冲程发动机将在三个交替阶段(再次相隔120度)提供动力，以获得更平稳、更稳定和更高效的动力。
图2
三相变频电源的好处
三相变频电源带来的好处之一是能够提供几乎两倍于单相系统的功率，而无需两倍数量的电线。它的功率不是人们预期的三倍，因为在实践中，通常将一根热线连接到另一根热线。
要了解三相如何提供更多功率，必须进行数学计算。单相电源的计算公式是功率=电压(V)x电流(I)x功率因数(PF)。如果我们假设电路上的负载仅为电阻性，则功率因数为1(或1)，这将公式简化为P=VxI。如果我们考虑支持20安培的120伏电路，则功率等于2,400瓦.
三相电路的功率公式为功率=电压(V)x电流(I)x功率因数(PF)x三的平方根。如果我们假设电路上的负载仅为电阻性，则功率因数为1(或1)，这将公式简化为P=VxIx3的平方根。如果我们考虑一个120伏的三相电路并且每相支持20安培，则公式计算为120伏x20安培x1.732=4,157瓦。这就是三相可以提供几乎是单相系统两倍的功率的原因。这是一个简化的示例，但它可用于研究支持更高电压(例如208或480伏)或电流(例如30安培或更大)的电路提供的额外功率。
在为IT设备机架供电时，这种容量会派上用场。曾经在机架上使用单相电源是常态，但随着IT机架中密度的增加，它变得不太可行和不实用。所有的电缆、导体和插座都变得更大、更昂贵，并且越来越难以使用。
直接向服务器机架提供三相变频电源使您能够使用更便宜的布线和其他组件，同时提供更多电力。但是，它确实需要注意每个电路上的负载，以确保它们是平衡的并且不超过电路容量。
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