กระแสไฟฟ้าสามเฟส (ย่อว่า3ϕ ) ^{[ 1 ]}เป็นรูปแบบกระแสสลับ (AC) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับ การผลิต การส่งและการจำหน่ายไฟฟ้า[ ^{2 ] เป็น}ระบบหลายเฟส ประเภทหนึ่ง ที่ใช้สายไฟสามเส้น (หรือสี่เส้น หากรวมสายกลางด้วย โดยไม่นับสายตัวนำป้องกัน) และเป็นวิธีการมาตรฐานที่โครงข่ายไฟฟ้าส่งพลังงานไปทั่วโลก

ในระบบไฟฟ้าสามเฟส แต่ละเฟสจะเหลื่อมกัน 120 องศาการจัดเรียงแบบนี้ทำให้กระแสไฟฟ้ามีความสม่ำเสมอกว่า ระบบไฟฟ้า เฟสเดียวทำให้มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษสำหรับการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกลและการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ เช่น เครื่องจักรในโรงงานอุตสาหกรรม เนื่องจากเป็นระบบไฟฟ้ากระแสสลับ จึงสามารถเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าได้ง่ายด้วยหม้อแปลงทำให้สามารถส่งกระแสไฟฟ้าแรงสูงและกระจายกระแสไฟฟ้าแรงต่ำได้โดยมีการสูญเสียน้อยที่สุด

วงจรสามเฟสยังประหยัดกว่าด้วย: ระบบสามสายสามารถส่งกำลังได้มากกว่าระบบเฟสเดียวสองสายที่มีแรงดันเฟสต่อเฟสเท่ากัน ในขณะที่ใช้วัสดุตัวนำน้อยกว่า^{[ 3 ]} นอกเหนือจากการส่งกำลังแล้ว พลังงานสามเฟสยังนิยมใช้ในการขับเคลื่อนมอเตอร์เหนี่ยวนำ ขนาดใหญ่ มอเตอร์ไฟฟ้าอื่นๆและโหลดอุตสาหกรรมหนัก ในขณะที่อุปกรณ์ขนาดเล็กและเครื่องใช้ในครัวเรือนส่วนใหญ่มักใช้วงจรเฟสเดียวที่มาจากเครือข่ายเดียวกัน

ระบบไฟฟ้าสามเฟสได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1880 โดยนักประดิษฐ์หลายท่าน และยังคงเป็นรากฐานของระบบไฟฟ้าสมัยใหม่นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

ตัวนำระหว่างแหล่งจ่ายแรงดันและโหลดยกเว้นตัวนำที่ทำหน้าที่เป็นสายกลางจุดกึ่งกลางและ หน้าที่ ป้องกันเรียกว่าตัวนำสาย^{[ 4 ​​]}

แรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำสายสองตัวใดๆ เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าสายต่อสาย (line-to-line voltage ) ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่วัดระหว่างตัวนำสายใดๆ กับตัวนำกลาง เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าสายต่อกลาง (line-to-neutral voltage)ตามมาตรา 195 ของIEC 60050 [ ^{5 ] มาตรา}อื่นๆ กำหนดคำศัพท์ที่แตกต่างกันออกไป โดยมาตรา 601 มีแรงดันไฟฟ้าเฟสต่อเฟส (phase-to-phase voltage) และแรงดันไฟฟ้าเฟสต่อกลาง (phase-to - neutral voltage) ^{[ 6 ]}และมาตรา 141 มีแรงดันไฟฟ้าสายต่อสายแบบหลายเฟส ( polyphase line-to- line voltage) และ แรงดันไฟฟ้าสายต่อกลางแบบหลายเฟส (polyphase line-to-neutral voltage ) ^{[ 7 ]}ตำราไฟฟ้าบางเล่มมีคำว่าแรงดันไฟฟ้าสาย (เทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าสายต่อสาย) และแรงดันไฟฟ้าเฟส (เทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าสายต่อกลาง) ^{[ 8 ] [ 9 ]}

แรงดันไฟฟ้าของระบบมักแสดงในรูปแบบ X/Y ดังที่พบในมาตรฐาน IEC 60038โดยที่Xคือแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายกับนิวทรัล และYคือแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายกับสาย ตัวอย่างเช่น ในประเทศที่มีแรงดันไฟฟ้าปกติ 230 V (ระหว่างสายกับนิวทรัล) ซึ่งแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายกับสายคือ 400 V อาจแสดงเป็น 230/400 V

ขดลวดหม้อแปลงประกอบด้วยการจัดเรียงแบบเดลต้า (มักใช้สัญลักษณ์ 'Δ') หรือแบบสตาร์ (มักใช้สัญลักษณ์ 'Y') ตามศัพท์เฉพาะของ IEC 60050 การจัดเรียงแบบสตาร์มักเรียกว่าแบบวายในสหรัฐอเมริกา^{[ 10 ] [ 11 ]}

ระบบไฟฟ้าหลายเฟสได้รับการคิดค้นขึ้นโดยอิสระโดยGalileo Ferraris , Mikhail Dolivo-Dobrovolsky , Jonas Wenström , John Hopkinson , William Stanley Jr.และNikola Teslaในช่วงปลายทศวรรษ 1880 ^{[ 12 ]}

ระบบไฟฟ้าสามเฟสพัฒนามาจากการพัฒนามอเตอร์ไฟฟ้า ในปี พ.ศ. 2428 กาลิเลโอ เฟอร์ราริส กำลังทำการวิจัยเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กหมุนเฟอร์ราริสได้ทดลองกับมอเตอร์ไฟฟ้า แบบอะซิงโครนัสหลายประเภท การวิจัยและการศึกษาของเขาส่งผลให้เกิดการพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งอาจคิดได้ว่าเป็นมอเตอร์กระแสสลับที่ทำงานในทิศทางตรงกันข้าม เพื่อแปลงพลังงานกล (การหมุน) เป็นพลังงานไฟฟ้า (ในรูปของกระแสสลับ) เมื่อวันที่ 11 มีนาคม พ.ศ. 2431 เฟอร์ราริสได้ตีพิมพ์งานวิจัยของเขาในเอกสารต่อราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์แห่งตูริน^{[ 13 ]}

สองเดือนต่อมา นิโคลา เทสลา ได้รับสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาหมายเลข 381,968สำหรับการออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟส โดยยื่นคำขอเมื่อวันที่ 12 ตุลาคม 1887 รูปที่ 13 ในสิทธิบัตรนี้แสดงให้เห็นว่าเทสลาจินตนาการว่ามอเตอร์สามเฟสของเขาจะได้รับพลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผ่านสายไฟหกเส้น

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเหล่านี้ทำงานโดยการสร้างระบบกระแสสลับที่มีเฟสต่างกันในปริมาณที่แน่นอน และอาศัยสนามแม่เหล็กหมุนในการทำงาน แหล่งพลังงานหลายเฟสที่ได้นั้นได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในไม่ช้า การประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับหลายเฟสเป็นกุญแจสำคัญในประวัติศาสตร์ของการใช้ไฟฟ้า เช่นเดียวกับหม้อแปลงไฟฟ้า สิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ทำให้สามารถส่งพลังงานผ่านสายไฟได้อย่างประหยัดในระยะทางไกล พลังงานหลายเฟสทำให้สามารถใช้พลังงานน้ำ (ผ่านโรงไฟฟ้าพลังน้ำในเขื่อนขนาดใหญ่) ในสถานที่ห่างไกลได้ ทำให้สามารถแปลงพลังงานกลของน้ำที่ไหลลงมาเป็นไฟฟ้า ซึ่งสามารถป้อนให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าได้ทุกที่ที่ต้องการทำงานเชิงกล ความอเนกประสงค์นี้กระตุ้นการเติบโตของเครือข่ายส่งไฟฟ้าในทวีปต่างๆ ทั่วโลก

Mikhail Dolivo-Dobrovolsky พัฒนา เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสและมอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟสในปี 1888 และศึกษาการต่อแบบสตาร์และเดลต้า^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}ระบบส่งกำลังไฟฟ้าสามเฟสสามสายของเขาถูกจัดแสดงในปี 1891 ที่ประเทศเยอรมนีในงานนิทรรศการอิเล็กโทรเทคนิคระดับนานาชาติซึ่ง Dolivo-Dobrovolsky ใช้ระบบนี้ในการส่งกำลังไฟฟ้าในระยะทาง 176 กิโลเมตร (110 ไมล์) ด้วยประสิทธิภาพ 75% ในปี 1891 เขายังสร้างหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสและ มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบลัดวงจร ( กรงกระรอก ) อีก ด้วย ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} เขาออกแบบ โรงไฟฟ้าพลังน้ำสามเฟสแห่งแรกของโลกในปี 1891 ^{[ 20 ]}นักประดิษฐ์Jonas Wenströmได้รับสิทธิบัตรของสวีเดนในปี 1890สำหรับระบบสามเฟสเดียวกันนี้^{[ 21 ]}ความเป็นไปได้ในการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าจากน้ำตกที่อยู่ไกลออกไปได้รับการสำรวจที่ เหมือง Grängesberg Aน้ำตกที่มีความสูง 45  เมตรที่ Hällsjön ในเขตเทศบาล Smedjebackens ซึ่งเคยมีโรงงานเหล็กขนาดเล็กตั้งอยู่ ถูกเลือก ในปี 1893 ได้มีการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำสามเฟสระบบ 9.5  kVถูกใช้เพื่อส่งกำลัง 400 แรงม้า (300 kW) ในระยะทาง 15 กม. (10 ไมล์) ซึ่งถือเป็นการใช้งานเชิงพาณิชย์ครั้งแรก^{[ 22 ]}

ในระบบจ่ายไฟสามเฟสแบบสมมาตร ตัวนำทั้งสามตัวนำแต่ละตัวจะนำกระแสสลับที่มีความถี่และแอมพลิจูดแรงดันเท่ากันเมื่อเทียบกับจุดอ้างอิงร่วม แต่มีเฟสต่างกันหนึ่งในสามของรอบ (เช่น เฟสต่างกัน 120 องศา) จุดอ้างอิงร่วมมักจะต่อกับกราวด์และมักจะต่อกับตัวนำที่นำกระแสเรียกว่าสายกลาง เนื่องจากความแตกต่างของเฟส แรงดันบนตัวนำใดๆ จะถึงจุดสูงสุดหนึ่งในสามของรอบหลังจากตัวนำอื่นๆ และหนึ่งในสามของรอบก่อนตัวนำที่เหลือ การหน่วงเฟสนี้ทำให้สามารถส่งกำลังไฟฟ้าคงที่ไปยังโหลดเชิงเส้นที่สมดุลได้ นอกจากนี้ยังทำให้สามารถสร้างสนามแม่เหล็กหมุนในมอเตอร์ไฟฟ้าและสร้างการจัดเรียงเฟสอื่นๆ โดยใช้หม้อแปลง (ตัวอย่างเช่น ระบบสองเฟสโดยใช้หม้อแปลง Scott-T ) แอมพลิจูดของความแตกต่างของแรงดันระหว่างสองเฟสจะเป็นเท่าของแอมพลิจูดของแรงดันของแต่ละเฟส ${\displaystyle {\sqrt {3}}=1.732\ldots }$

ระบบไฟฟ้าสามเฟสแบบสมมาตรที่อธิบายไว้ในที่นี้ จะเรียกง่ายๆ ว่าระบบไฟฟ้าสามเฟสเนื่องจากถึงแม้ว่าจะสามารถออกแบบและใช้งานระบบไฟฟ้าสามเฟสแบบไม่สมมาตร (เช่น ที่มีแรงดันหรือเฟสไม่เท่ากัน) ได้ แต่ในทางปฏิบัติแล้วจะไม่นิยมใช้ เพราะระบบเหล่านั้นขาดข้อดีที่สำคัญที่สุดของระบบสมมาตร

ในระบบไฟฟ้าสามเฟสที่จ่ายโหลดสมดุลและเชิงเส้น ผลรวมของกระแสไฟฟ้าทันทีของตัวนำทั้งสามตัวจะมีค่าเป็นศูนย์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง กระแสในแต่ละตัวนำจะมีขนาดเท่ากับผลรวมของกระแสในอีกสองตัว แต่มีเครื่องหมายตรงข้าม เส้นทางไหลกลับของกระแสในตัวนำเฟสใดๆ คือตัวนำอีกสองตัวที่เหลือ

การถ่ายโอนพลังงานคงที่สามารถทำได้ด้วยจำนวนเฟสที่มากกว่าหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ระบบสองเฟสไม่มีการหักล้างกระแสกลาง จึงใช้ตัวนำไฟฟ้าอย่างไม่มีประสิทธิภาพ และเฟสมากกว่าสามเฟสจะทำให้โครงสร้างพื้นฐานซับซ้อนโดยไม่จำเป็น นอกจากนี้ ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์บางประเภท ระบบสองเฟสอาจส่งผลให้แรงบิดไม่ราบเรียบ (เป็นจังหวะ) ^{[ 23 ]}

ระบบไฟฟ้าสามเฟสอาจมีสายไฟเส้นที่สี่ ซึ่งพบได้ทั่วไปในระบบจ่ายไฟแรงดันต่ำ นี่คือ สายกลาง สาย กลางช่วยให้สามารถจ่ายไฟแบบเฟสเดียวสามชุดแยกกันได้ที่แรงดันคงที่ และมักใช้สำหรับจ่าย โหลด แบบเฟสเดียว หลายตัว การเชื่อมต่อจะจัดเรียงเพื่อให้ในแต่ละกลุ่มมีการดึงพลังงานจากแต่ละเฟสอย่างเท่าเทียมกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในระบบจ่ายไฟ ที่สูงขึ้นไป กระแสไฟฟ้ามักจะสมดุลกันดี หม้อแปลงอาจมีการต่อสายให้มีขดลวดทุติยภูมิสี่สายและขดลวดปฐมภูมิสามสาย ในขณะที่ยังคงรองรับโหลดที่ไม่สมดุลและกระแสไฟฟ้าในสายกลางด้านทุติยภูมิที่เกี่ยวข้องได้

การเดินสายไฟสำหรับระบบไฟฟ้าสามเฟสโดยทั่วไปจะระบุด้วยสีที่แตกต่างกันไปตามประเทศและแรงดันไฟฟ้า เฟสต่างๆ ต้องเชื่อมต่อตามลำดับที่ถูกต้องเพื่อให้มอเตอร์สามเฟสหมุนในทิศทางที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น ปั๊มและพัดลมจะไม่ทำงานตามที่ต้องการหากหมุนย้อนกลับ การรักษาลำดับของเฟสให้ถูกต้องเป็นสิ่งจำเป็นหากต้องเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟสองแหล่งพร้อมกัน การเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างเฟสที่แตกต่างกันสองเฟสจะทำให้เกิดการลัดวงจรและนำไปสู่การไหลของกระแสไฟฟ้าที่ไม่สมดุล

เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งจ่ายไฟ AC เฟสเดียวที่ใช้ตัวนำไฟฟ้าสองตัวโดยไม่มีสายกลาง แหล่งจ่ายไฟสามเฟสที่ไม่มีสายกลางและแรงดันเฟสต่อเฟสเท่ากันสามารถส่งกำลังไฟฟ้าได้เท่ากันโดยใช้วัสดุตัวนำเพียง 0.75 เท่า^{[ 3 ]}

แหล่งจ่ายไฟสามเฟสมีคุณสมบัติที่ทำให้เป็นที่ต้องการในระบบจำหน่ายไฟฟ้า:

• กระแสในแต่ละเฟสมีแนวโน้มที่จะหักล้างกันเอง โดยรวมกันแล้วได้เป็นศูนย์ในกรณีของโหลดที่สมดุลเชิงเส้น ซึ่งทำให้สามารถลดขนาดของตัวนำกลางได้ เนื่องจากมีกระแสไหลผ่านน้อยมากหรือไม่มีเลย ในกรณีของโหลดที่สมดุล ตัวนำเฟสทั้งหมดจะไหลผ่านกระแสเท่ากัน ดังนั้นจึงสามารถใช้ขนาดเท่ากันได้
• การส่งกำลังไปยังโหลดสมดุลเชิงเส้นจะมีค่าคงที่ ซึ่งในแอปพลิเคชันมอเตอร์/เครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะช่วยลดการสั่นสะเทือนได้
• ระบบสามเฟสสามารถสร้างสนามแม่เหล็กหมุนที่มีทิศทางที่กำหนดและขนาดคงที่ ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้า เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีวงจรสตาร์ท

อย่างไรก็ตาม โหลดส่วนใหญ่เป็นแบบเฟสเดียว ในอเมริกาเหนือ บ้านเดี่ยวและอพาร์ตเมนต์แต่ละหลังจะได้รับไฟฟ้าแบบเฟสเดียวจากโครงข่ายไฟฟ้า และใช้ระบบแยกเฟสไปยังแผงควบคุมซึ่งวงจรย่อยส่วนใหญ่จะจ่ายไฟ 120 โวลต์ วงจรที่ออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์กำลังสูง เช่น เตา เครื่องอบผ้า หรือเต้ารับสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า จะจ่ายไฟ 240 โวลต์

ในยุโรป ไฟฟ้าสามเฟสโดยทั่วไปจะถูกส่งไปยังแผงควบคุมและต่อไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังสูง

ภาพซ้าย: เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสแบบหกสายพื้นฐาน โดยแต่ละเฟสใช้สายส่งแยกกันสองเส้น^{[ 24 ]}ภาพขวา: เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสแบบสามสายพื้นฐาน แสดงให้เห็นว่าเฟสต่างๆ สามารถใช้สายร่วมกันได้เพียงสามเส้น^{[ 25 ]}

ที่โรงไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะแปลงพลังงานกลเป็น กระแสไฟฟ้าสลับ สามกระแส โดยแต่ละกระแสมาจากขดลวด (หรือขดลวดพัน) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ขดลวดถูกจัดเรียงเพื่อให้กระแสไฟฟ้ามีความถี่เดียวกัน แต่จุดสูงสุดและจุดต่ำสุดของ รูป คลื่นจะเหลื่อมกัน เพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าเสริมสามกระแสที่มีเฟสต่างกันหนึ่งในสามของรอบ ( 120° หรือ2π / 3เรเดียน ) ความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยทั่วไปคือ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ขึ้นอยู่กับประเทศ

ที่โรงไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้าจะแปลงแรงดันไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้มีระดับที่เหมาะสมสำหรับการส่งกระแสไฟฟ้าเพื่อลดการสูญเสียให้น้อยที่สุด

หลังจากมีการแปลงแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติมในระบบส่งไฟฟ้าแล้ว แรงดันไฟฟ้าจะถูกแปลงให้เป็นแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานสำหรับการใช้งานก่อนที่จะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับลูกค้า

อัลเทอร์เนเตอร์ของรถยนต์ส่วนใหญ่สร้างกระแสสลับสามเฟสและแปลงเป็นกระแสตรงด้วยบริดจ์ไดโอด^{[ 26 ]}

หม้อแปลงแบบเดลต้า (Delta-configured transformer) ต่อขดลวดเฟสของระบบสามเฟสโดยตรงระหว่างเฟสหนึ่งกับอีกเฟสหนึ่ง ในขณะที่หม้อแปลงแบบสตาร์ (Star-configured transformer) ต่อขดลวดแต่ละเฟสเข้ากับจุดศูนย์กลาง (นิวทรัล) ร่วมกัน

สามารถใช้หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสตัวเดียว หรือหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวสามตัวก็ได้

ในระบบ "เดลต้าเปิด" หรือ "V" จะใช้หม้อแปลงเพียงสองตัวเท่านั้น เดลต้าปิดที่ประกอบด้วยหม้อแปลงเฟสเดียวสามตัวสามารถทำงานเป็นเดลต้าเปิดได้หากหม้อแปลงตัวใดตัวหนึ่งเสียหรือจำเป็นต้องถอดออก^{[ 27 ]}ในระบบเดลต้าเปิด หม้อแปลงแต่ละตัวต้องรับกระแสสำหรับเฟสของตนเองรวมถึงกระแสสำหรับเฟสที่สามด้วย ดังนั้นความจุจึงลดลงเหลือ 87% เมื่อหม้อแปลงตัวใดตัวหนึ่งหายไปและอีกสองตัวที่เหลือมีประสิทธิภาพ 87% ความจุจะเหลือ 58% ( 2/3 ของ87 %) ^{[ 28 ] [ 29 ]}

ในกรณีที่ระบบเดลต้าต้องต่อลงดินเพื่อตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่รั่วไหลลงดินหรือป้องกันแรงดันไฟกระชาก หม้อแปลงลงดิน (โดยปกติจะเป็นหม้อแปลงแบบซิกแซก ) อาจถูกเชื่อมต่อเพื่อให้กระแสไฟฟ้าลัดวงจรลงดินไหลกลับจากเฟสใดๆ ลงดินได้ อีกรูปแบบหนึ่งคือระบบเดลต้าแบบ "ต่อลงดินที่มุม" ซึ่งเป็นเดลต้าแบบปิดที่ต่อลงดินที่จุดเชื่อมต่อจุดใดจุดหนึ่งของหม้อแปลง^{[ 30 ]}

ระบบไฟฟ้าสามเฟสมีโครงสร้างพื้นฐานสองแบบ คือ แบบสตาร์และแบบเดลต้า ดังแสดงในแผนภาพ ระบบเดลต้าใช้สายไฟเพียงสามเส้นสำหรับการส่งกำลัง แต่ระบบสตาร์อาจมีสายไฟเส้นที่สี่ สายไฟเส้นที่สี่ (ถ้ามี) จะทำหน้าที่เป็นสายกลางและโดยปกติจะต่อลงดิน การกำหนดแบบสามสายและสี่สายนี้ไม่ได้นับรวมสายดินที่อยู่เหนือสายส่งไฟฟ้าหลายเส้น ซึ่งมีไว้เพื่อป้องกันความผิดพลาดเท่านั้นและไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านในระหว่างการใช้งานปกติ

ระบบสี่สายที่มีแรงดันสมมาตรระหว่างเฟสและนิวทรัลจะเกิดขึ้นได้เมื่อนิวทรัลเชื่อมต่อกับ "จุดต่อร่วม" ของขดลวดจ่ายไฟทั้งหมด ในระบบดังกล่าว เฟสทั้งสามจะมีขนาดแรงดันเท่ากันเมื่อเทียบกับนิวทรัล นอกจากนี้ยังมีการใช้ระบบที่ไม่สมมาตรอื่นๆ อีกด้วย

ระบบสตาร์แบบสี่สายใช้เมื่อต้องจ่ายโหลดแบบเฟสเดียวและสามเฟสผสมกัน เช่น โหลดแสงสว่างและมอเตอร์แบบผสม ตัวอย่างการใช้งานคือการจ่ายไฟในพื้นที่ในยุโรป (และที่อื่นๆ) ซึ่งลูกค้าแต่ละรายอาจได้รับไฟจากเฟสเดียวและสายกลาง (ซึ่งเป็นสายร่วมของทั้งสามเฟส) เมื่อกลุ่มลูกค้าที่ใช้สายกลางร่วมกันดึงกระแสเฟสที่ไม่เท่ากัน สายกลางร่วมจะรับกระแสที่เกิดจากความไม่สมดุลเหล่านี้ วิศวกรไฟฟ้าพยายามออกแบบระบบไฟฟ้าสามเฟสสำหรับแต่ละสถานที่เพื่อให้กำลังไฟฟ้าที่ดึงจากแต่ละเฟสทั้งสามเท่ากันให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ณ สถานที่นั้น^{[ 31 ]}วิศวกรไฟฟ้ายังพยายามจัดเรียงเครือข่ายการจ่ายไฟเพื่อให้โหลดมีความสมดุลมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เนื่องจากหลักการเดียวกันที่ใช้กับสถานที่แต่ละแห่งก็ใช้กับระบบจ่ายไฟขนาดใหญ่ด้วย ดังนั้น หน่วยงานผู้จัดหาจึงพยายามทุกวิถีทางเพื่อกระจายกำลังไฟฟ้าที่ดึงจากแต่ละเฟสทั้งสามไปยังสถานที่จำนวนมาก เพื่อให้โดยเฉลี่ยแล้ว จะเห็นโหลดที่สมดุลมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ณ จุดจ่ายไฟ

สำหรับการใช้งานในครัวเรือน บางประเทศ เช่นสหราชอาณาจักรอาจจ่ายไฟเพียงเฟสเดียวและสายกลางด้วยกระแสสูง (สูงสุด 100  แอมป์ ) ให้กับบ้านหลังหนึ่ง ในขณะที่ประเทศอื่นๆ เช่นเยอรมนีอาจจ่ายไฟสามเฟสและสายกลางให้กับลูกค้าแต่ละราย แต่ใช้ฟิวส์ที่มีพิกัดต่ำกว่า โดยทั่วไปอยู่ที่ 40–63 แอมป์ต่อเฟส และ "สลับ" เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบที่ว่าโหลดส่วนใหญ่จะตกอยู่ที่เฟสแรก

โดยอิงตามการต่อแบบสตาร์และเดลต้า โดยทั่วไปแล้ว การต่อขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสสำหรับการส่งและจำหน่ายไฟฟ้ามีอยู่สี่ประเภทที่แตกต่างกัน:

• สตาร์ – สตาร์ ใช้สำหรับกระแสไฟฟ้าน้อยและแรงดันสูง
• เดลต้า – วงจรเดลต้า ใช้สำหรับกระแสไฟฟ้าสูงและแรงดันไฟฟ้าต่ำ
• เดลต้า-สตาร์ ใช้สำหรับหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน เช่น ที่สถานีผลิตไฟฟ้า
• วงจรแบบสตาร์-เดลต้า ใช้สำหรับหม้อแปลงลดแรงดัน เช่น ที่ปลายสายส่ง

ในอเมริกาเหนือ บางครั้งมีการใช้แหล่งจ่าย ไฟแบบเดลต้าขาสูงโดยขดลวดหนึ่งของหม้อแปลงที่ต่อแบบเดลต้าจะต่อกับจุดกึ่งกลาง และจุดกึ่งกลางนั้นจะต่อลงดินและต่อเป็นสายกลางดังแสดงในแผนภาพที่สอง การตั้งค่านี้สร้างแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันสามค่า: หากแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดกึ่งกลาง (สายกลาง) และจุดบนสุดและล่างสุด (เฟสและแอนติเฟส) คือ 120  V (100%) แรงดันไฟฟ้าคร่อมสายเฟสและแอนติเฟสคือ 240 V (200%) และแรงดันไฟฟ้าจากสายกลางไปยัง "ขาสูง" คือ ≈ 208 V (173%) ^{[ 27 ]}

เหตุผลในการต่อสายแบบเดลต้าโดยทั่วไปคือเพื่อจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ขนาดใหญ่ที่ต้องการสนามแม่เหล็กหมุน อย่างไรก็ตาม สถานที่ที่เกี่ยวข้องยังต้องการแหล่งจ่ายไฟ 120 โวลต์ "ปกติ" ของอเมริกาเหนือ ซึ่งมีสองแหล่งจ่าย (เฟสต่างกัน 180 องศา) ที่ต่อระหว่าง "สายกลาง" กับจุดต่อเฟสตรงกลางจุดใดจุดหนึ่ง

ในกรณีที่สมดุลอย่างสมบูรณ์แบบ สายทั้งสามจะรับโหลดที่เท่ากัน การตรวจสอบวงจรทำให้เราสามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและกระแสระหว่างสาย และแรงดันและกระแสของโหลดสำหรับโหลดแบบต่อแบบสตาร์และแบบเดลต้าได้

ในระบบสมดุลแต่ละสายจะสร้างขนาดแรงดันที่เท่ากันที่มุมเฟสที่เว้นระยะห่างเท่ากันจากกัน โดยใช้ V ₁เป็นค่าอ้างอิง และ V ₃ล้าหลัง V ₂ล้าหลัง V ₁โดยใช้สัญลักษณ์มุมและ V _LNเป็นแรงดันสายต่อกลาง เราจะได้: ^{[ 32 ]}

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

แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้จะป้อนเข้าสู่โหลดที่ต่อแบบสตาร์หรือแบบเดลต้า

แรงดันไฟฟ้าที่โหลดมองเห็นจะขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อโหลด สำหรับกรณีแบบดาว การเชื่อมต่อโหลดแต่ละตัวเข้ากับแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายกับนิวทรัลจะให้^{[ 32 ]}

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

โดยที่Z _totalคือผลรวมของอิมพีแดนซ์สายและโหลด ( Z _total = Z _LN + Z _Y ) และθคือเฟสของอิมพีแดนซ์รวม ( Z _total )

ความแตกต่างของมุมเฟสระหว่างแรงดันและกระแสของแต่ละเฟสไม่จำเป็นต้องเป็น 0 เสมอไป และขึ้นอยู่กับชนิดของอิมพีแดนซ์โหลดZy โหลดแบบเหนี่ยวนำและแบบคาปาซิ _{เตอร์}จะทำให้กระแสล้าหลังหรือนำหน้าแรงดัน อย่างไรก็ตาม มุมเฟสสัมพัทธ์ระหว่างแต่ละคู่ของสาย (1 กับ 2, 2 กับ 3 และ 3 กับ 1) จะยังคงเป็น −120°

โดยการใช้กฎกระแสของเคิร์ชฮอฟฟ์ (KCL) กับจุดต่อกลาง กระแสทั้งสามเฟสจะรวมกันเป็นกระแสรวมในสายกลาง ในกรณีที่สมดุล:

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

ในวงจรเดลต้า โหลดจะเชื่อมต่อคร่อมสาย ดังนั้นโหลดจึงเห็นแรงดันระหว่างสาย: ^{[ 32 ]}

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

(Φ _v1คือค่าการเลื่อนเฟสของแรงดันไฟฟ้าตัวแรก ซึ่งโดยทั่วไปจะถือว่าเท่ากับ 0° ในกรณีนี้ Φ _v2 = −120° และ Φ _v3 = −240° หรือ 120°)

ไกลออกไป:

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

โดยที่θคือเฟสของอิมพีแดนซ์เดลต้า ( Z _Δ )

มุมสัมพัทธ์ยังคงรักษาไว้ ดังนั้นI ₃₁จึงล้าหลังI ₂₃ล้าหลังI ₁₂อยู่ 120° การคำนวณกระแสสายโดยใช้กฎกระแสของ Kirchhoff (KCL) ที่แต่ละจุดเดลต้าจะได้

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

และเช่นเดียวกันสำหรับบรรทัดอื่นๆ ทุกบรรทัด:

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

โดยที่θคือเฟสของอิมพีแดนซ์เดลต้า ( Z _Δ ) อีกครั้ง

การตรวจสอบแผนภาพเฟเซอร์ หรือการแปลงจากสัญลักษณ์เฟเซอร์เป็นสัญลักษณ์เชิงซ้อน จะช่วยให้เข้าใจว่าความแตกต่างระหว่างแรงดันสายกับนิวทรัลสองค่า ส่งผลให้แรงดันสายกับสายมีค่ามากกว่าถึง√3 เท่าเนื่องจากการต่อแบบเดลต้าต่อโหลดข้ามเฟสของหม้อแปลง จึงทำให้แรงดันสายกับสายมีค่ามากกว่าแรงดันสายกับนิวทรัลที่ส่งไปยังโหลดในการต่อแบบสตาร์ถึง √3 เท่า เนื่องจากกำลังไฟฟ้าที่ถ่ายโอนคือ V²/Z ดังนั้นอิมพีแดนซ์ในการต่อแบบเดลต้าจึงต้องมีค่ามากกว่าอิมพีแดนซ์ในการต่อแบบส^ตาร์ถึง 3 เท่า เพื่อให้สามารถถ่ายโอนกำลังไฟฟ้าได้เท่ากัน

ยกเว้นใน ระบบ เดลต้าขาสูงและระบบเดลต้าที่ต่อลงดินที่มุม โหลดเฟสเดียวอาจเชื่อมต่อระหว่างสองเฟสใดๆ ก็ได้ หรือโหลดอาจเชื่อมต่อจากเฟสไปยังนิวทรัล^{[ 34 ]}การกระจายโหลดเฟสเดียวระหว่างเฟสของระบบสามเฟสจะทำให้โหลดสมดุลและใช้ตัวนำและหม้อแปลงไฟฟ้าได้อย่างประหยัดที่สุด

ในระบบดาวสามเฟสสี่สายแบบสมมาตร ตัวนำสามเฟสจะมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันกับจุดกลางของระบบ แรงดันไฟฟ้าระหว่างสายเป็น√3 เท่าของแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายกับจุดกลาง: ^{[ 35 ]}

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

กระแสไฟฟ้าที่ไหลกลับจากบ้านของลูกค้าไปยังหม้อแปลงจ่ายไฟจะใช้สายกลางร่วมกัน หากโหลดกระจายอย่างสม่ำเสมอในทั้งสามเฟส ผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลกลับในสายกลางจะมีค่าประมาณศูนย์ การโหลดเฟสที่ไม่สมดุลใดๆ ที่ด้านรองของหม้อแปลงจะทำให้การใช้กำลังการผลิตของหม้อแปลงไม่มีประสิทธิภาพ

หากสายกลางของแหล่งจ่ายไฟขาด แรงดันไฟฟ้าระหว่างสายกับสายกลางจะไม่สามารถรักษาไว้ได้อีกต่อไป เฟสที่มีโหลดสัมพัทธ์สูงกว่าจะได้รับแรงดันไฟฟ้าลดลง และเฟสที่มีโหลดสัมพัทธ์ต่ำกว่าจะได้รับแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น จนถึงระดับแรงดันไฟฟ้าระหว่างสาย

เดลต้าขาสูงให้ความสัมพันธ์เฟสต่อนิวทรัลของV _LL = 2 V _LNอย่างไรก็ตาม โหลด LN ถูกกำหนดไว้ที่เฟสเดียว^{[ 27 ]}หน้าเว็บของผู้ผลิตหม้อแปลงแนะนำว่าโหลด LN ไม่ควรเกิน 5% ของความจุหม้อแปลง^{[ 36 ]}

เนื่องจาก√ 3 ≈ 1.73 การกำหนดV _LNเป็น 100% จะได้V _LL ≈ 100% × 1.73 = 173%ถ้า กำหนดให้ V _LLเป็น 100% แล้วV _LN ≈ 57.7 %

เมื่อกระแสไฟฟ้าในสายไฟทั้งสามเส้นของระบบสามเฟสไม่เท่ากันหรือไม่ทำมุมเฟสกันที่ 120° อย่างแม่นยำ การสูญเสียพลังงานจะมากกว่าในระบบที่สมดุลอย่างสมบูรณ์ วิธีการวิเคราะห์โดยใช้ส่วนประกอบสมมาตรจะถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ระบบที่ไม่สมดุล

เมื่อใช้โหลดเชิงเส้น กระแสในสายกลางจะไหลผ่านเฉพาะเมื่อเกิดความไม่สมดุลระหว่างเฟสเท่านั้นหลอดไฟปล่อยประจุแก๊สและอุปกรณ์ที่ใช้วงจรเรียงกระแส-ตัวเก็บประจุ เช่นแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์สำนักงาน และอื่นๆ จะสร้างฮาร์โมนิกส์ลำดับที่สามซึ่งมีเฟสตรงกันในทุกเฟสของแหล่งจ่ายไฟ ดังนั้น กระแสฮาร์โมนิกส์ดังกล่าวจึงเพิ่มขึ้นในสายกลางในระบบแบบดาว (หรือในหม้อแปลงที่ต่อลงดิน (ซิกแซก) ในระบบแบบเดลต้า) ซึ่งอาจทำให้กระแสในสายกลางเกินกระแสในเฟสได้^{[ 34 ] [ 37 ]}

มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นโหลดสามเฟสประเภทสำคัญมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสมีการออกแบบที่เรียบง่าย มีแรงบิดเริ่มต้นสูง และมีประสิทธิภาพสูง มอเตอร์ประเภทนี้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมสำหรับการใช้งานหลายประเภท มอเตอร์สามเฟสมีขนาดกะทัดรัดกว่าและมีต้นทุนต่ำกว่ามอเตอร์เฟสเดียวที่มีแรงดันและพิกัดเดียวกัน และมอเตอร์ AC เฟสเดียวที่มีกำลังมากกว่า 10  แรงม้า (7.5 กิโลวัตต์) นั้นไม่ค่อยพบเห็น มอเตอร์สามเฟสยังสั่นสะเทือนน้อยกว่าและจึงมีอายุการใช้งานยาวนานกว่ามอเตอร์เฟสเดียวที่มีกำลังเท่ากันเมื่อใช้งานภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน^{[ 38 ]}

อุปกรณ์ให้ความร้อนแบบใช้ความต้านทาน เช่นหม้อต้มน้ำ ไฟฟ้า หรือเครื่องทำความร้อนในบ้าน อาจเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าสามเฟสได้ ระบบไฟส่องสว่างไฟฟ้าก็อาจเชื่อมต่อในลักษณะเดียวกันนี้เช่นกัน

การกระพริบของความถี่เส้นในแสงเป็นอันตรายต่อกล้องความเร็วสูงที่ใช้ในการถ่ายทอดสดการแข่งขันกีฬาสำหรับ การเล่น ซ้ำแบบสโลว์โมชั่นสามารถลดลงได้โดยการกระจายแหล่งกำเนิดแสงที่ทำงานด้วยความถี่เส้นอย่างสม่ำเสมอในทั้งสามเฟส เพื่อให้พื้นที่ที่ส่องสว่างได้รับแสงจากทั้งสามเฟส เทคนิคนี้ถูกนำไปใช้สำเร็จในการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกที่ปักกิ่งในปี 2551 ^{[ 39 ]}

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าอาจใช้แหล่งจ่ายไฟสามเฟสเพื่อสร้างเอาต์พุต DC แบบหกพัลส์^{[ 40 ]}เอาต์พุตของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าดังกล่าวจะราบเรียบกว่าการแปลงกระแสไฟฟ้าเฟสเดียว และแตกต่างจากเฟสเดียวตรงที่ไม่ลดลงเป็นศูนย์ระหว่างพัลส์ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าดังกล่าวอาจใช้สำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ กระบวนการ อิเล็กโทรไลซิสเช่นการผลิตอะลูมิเนียมและเตาหลอมไฟฟ้าที่ใช้ในการผลิตเหล็กและสำหรับการทำงานของมอเตอร์ DC หม้อแปลงแบบซิกแซกอาจสร้างการแปลงกระแสไฟฟ้าแบบเต็มคลื่นหกเฟสที่เทียบเท่ากัน คือสิบสองพัลส์ต่อรอบ และบางครั้งวิธีการนี้จะถูกนำมาใช้เพื่อลดต้นทุนของส่วนประกอบการกรอง ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงคุณภาพของ DC ที่ได้

ในหลายประเทศในยุโรป เตาไฟฟ้ามักได้รับการออกแบบให้ใช้กับไฟสามเฟสที่มีการเชื่อมต่อถาวร หน่วยทำความร้อนแต่ละหน่วยมักเชื่อมต่อระหว่างเฟสและนิวทรัลเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับวงจรเฟสเดียวได้หากไม่มีไฟสามเฟส^{[ 41 ]}โหลดสามเฟสอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไปในครัวเรือน ได้แก่ ระบบ ทำน้ำอุ่นแบบไม่มีถังเก็บน้ำและเครื่องทำความร้อนแบบเก็บความร้อนบ้านเรือนในยุโรปได้กำหนดมาตรฐานไว้ที่ 230 V ±10% ระหว่างเฟสใดๆ กับกราวด์ บ้านส่วนใหญ่จะได้รับไฟจากหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสบนถนน เพื่อให้บ้านแต่ละหลังที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงกว่าค่าเฉลี่ยสามารถรับไฟได้ด้วยการเชื่อมต่อเฟสที่สองหรือสาม

ตัวแปลงเฟสใช้เมื่ออุปกรณ์สามเฟสจำเป็นต้องทำงานบนแหล่งจ่ายไฟเฟสเดียว ใช้เมื่อไม่มีไฟฟ้าสามเฟสหรือค่าใช้จ่ายไม่คุ้มค่า ตัวแปลงดังกล่าวอาจอนุญาตให้ปรับความถี่ได้ ทำให้สามารถควบคุมความเร็วได้ รถจักรบางคันใช้แหล่งจ่ายไฟเฟสเดียวเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์สามเฟสที่ป้อนผ่านไดรฟ์อิเล็กทรอนิกส์^{[ 42 ]}

เครื่องแปลงเฟสแบบหมุนเป็นมอเตอร์สามเฟสที่มีระบบสตาร์ทพิเศษและ การแก้ไข ตัวประกอบกำลังที่สร้างแรงดันไฟฟ้าสามเฟสที่สมดุล เมื่อออกแบบอย่างเหมาะสม เครื่องแปลงแบบหมุนเหล่านี้สามารถทำให้มอเตอร์สามเฟสทำงานได้อย่างน่าพอใจบนแหล่งจ่ายไฟเฟสเดียว ในอุปกรณ์ดังกล่าว การเก็บพลังงานเกิดขึ้นจากความเฉื่อย (ผลของล้อช่วยแรง) ของชิ้นส่วนที่หมุน บางครั้งอาจพบล้อช่วยแรงภายนอกอยู่ที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านของเพลา

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสสามารถขับเคลื่อนได้ด้วยมอเตอร์เฟสเดียว การรวมกันระหว่างมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้สามารถทำหน้าที่เปลี่ยนความถี่และแปลงเฟสได้ แต่ต้องใช้เครื่องจักรสองเครื่องซึ่งมีค่าใช้จ่ายและการสูญเสีย วิธีการใช้มอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังสามารถสร้างแหล่งจ่ายไฟสำรองที่ไม่หยุดชะงักได้เมื่อใช้ร่วมกับล้อช่วยแรงขนาดใหญ่และมอเตอร์กระแสตรงที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ การรวมกันเช่นนี้จะให้พลังงานที่เกือบจะคงที่เมื่อเทียบกับการลดลงของความถี่ชั่วคราวที่เกิดขึ้นกับชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองจนกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองจะเริ่มทำงาน

ตัวเก็บประจุและหม้อแปลงอัตโนมัติสามารถใช้จำลองระบบสามเฟสในตัวแปลงเฟสแบบคงที่ได้ แต่แรงดันและมุมเฟสของเฟสเพิ่มเติมอาจมีประโยชน์เฉพาะกับโหลดบางประเภทเท่านั้น

ไดรฟ์ปรับความถี่และตัวแปลงเฟสดิจิทัลใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อสร้างแหล่งจ่ายไฟสามเฟสที่สมดุลจากกำลังไฟฟ้าขาเข้าแบบเฟสเดียว

การตรวจสอบลำดับเฟสในวงจรมีความสำคัญอย่างยิ่งในทางปฏิบัติ แหล่งจ่ายไฟสามเฟสสองแหล่งจะต้องไม่ต่อขนานกัน เว้นแต่ว่าจะมีลำดับเฟสเดียวกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้ากับเครือข่ายจ่ายไฟที่มีกระแสไฟฟ้า หรือเมื่อต่อหม้อแปลงสองตัวแบบขนานกัน มิฉะนั้น การต่อเชื่อมจะทำงานเหมือนการลัดวงจร และกระแสไฟฟ้าเกินจะไหล การสลับเฟสใดๆ สองเฟสสามารถเปลี่ยนทิศทางการหมุนของมอเตอร์สามเฟสได้ การทดสอบเครื่องจักรโดยการจ่ายไฟให้มอเตอร์ชั่วขณะเพื่อสังเกตการหมุนอาจไม่เหมาะสมหรือเป็นอันตราย ลำดับเฟสของแหล่งจ่ายไฟสองแหล่งสามารถตรวจสอบได้โดยการวัดแรงดันไฟฟ้าระหว่างคู่ขั้ว และสังเกตว่าขั้วที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำมากจะมีเฟสเดียวกัน ในขณะที่คู่ขั้วที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าจะมีเฟสต่างกัน

ในกรณีที่ไม่จำเป็นต้องระบุเฟสที่แน่นอน สามารถใช้เครื่องมือทดสอบการหมุนเฟสเพื่อระบุลำดับการหมุนได้ด้วยการสังเกตเพียงครั้งเดียว เครื่องมือทดสอบการหมุนเฟสอาจประกอบด้วยมอเตอร์สามเฟสขนาดเล็ก ซึ่งสามารถสังเกตทิศทางการหมุนได้โดยตรงผ่านตัวเครื่อง อีกรูปแบบหนึ่งใช้หลอดไฟคู่หนึ่งและเครือข่ายเปลี่ยนเฟสภายในเพื่อแสดงการหมุนเฟส เครื่องมืออีกประเภทหนึ่งสามารถเชื่อมต่อกับมอเตอร์สามเฟสที่ไม่มีพลังงาน และสามารถตรวจจับแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กที่เกิดจากสนามแม่เหล็กตกค้าง เมื่อหมุนเพลามอเตอร์ด้วยมือ หลอดไฟหรือตัวบ่งชี้อื่นๆ จะสว่างขึ้นเพื่อแสดงลำดับของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อสำหรับทิศทางการหมุนของเพลาที่กำหนด^{[ 43 ]}

พลังงานไฟฟ้าแบบแยกเฟส

ใช้ในกรณีที่ไม่มีไฟฟ้าสามเฟส และช่วยให้สามารถจ่ายแรงดันไฟฟ้าได้เป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าใช้งานปกติสำหรับโหลดกำลังสูง

กระแสไฟฟ้าสองเฟส

ใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสองค่า โดยมีเฟสต่างกัน 90 องศาทางไฟฟ้า วงจรสองเฟสอาจต่อสายด้วยตัวนำสองคู่ หรืออาจรวมสายสองเส้นเข้าด้วยกัน ทำให้ต้องใช้สายเพียงสามเส้นสำหรับวงจร กระแสในตัวนำร่วมจะรวมกันเป็น 1.4 เท่า ( ) ของกระแสในแต่ละเฟส ดังนั้นตัวนำร่วมจึงต้องมีขนาดใหญ่กว่า ระบบสองเฟสและสามเฟสสามารถเชื่อมต่อกันได้ด้วยหม้อแปลง Scott-Tซึ่งคิดค้นโดยCharles F. Scott [ ^{44 ] เครื่องจักร} ไฟฟ้ากระแสสลับ รุ่นแรกๆ โดยเฉพาะเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกที่น้ำตกไนแอการาใช้ระบบสองเฟส และระบบจำหน่ายสองเฟสบางส่วนที่หลงเหลืออยู่ยังคงมีอยู่ แต่ระบบสามเฟสได้เข้ามาแทนที่ระบบสองเฟสสำหรับการติดตั้งในปัจจุบัน${\displaystyle {\sqrt {2}}}$

พลังงานโมโนไซคลิก

ระบบไฟฟ้าสองเฟสแบบดัดแปลงที่ไม่สมมาตรซึ่งใช้โดยบริษัทเจเนอรัลอิเล็ก ท ริกราวปี 1897 ได้รับการสนับสนุนโดยชาร์ลส์ โปรเตอุส สไตน์เมทซ์และอีไลฮู ทอมสันระบบนี้ถูกคิดค้นขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงการละเมิดสิทธิบัตร ในระบบนี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะพันขดลวดด้วยขดลวดเฟสเดียวที่มีแรงดันเต็มที่สำหรับโหลดแสงสว่าง และมีขดลวดส่วนน้อย (โดยปกติ 1/4 ของแรงดันระหว่างสาย) ที่สร้างแรงดันในเฟสตั้งฉากกับขดลวดหลัก จุดประสงค์คือการใช้ขดลวด "สายไฟ" เพิ่มเติมนี้เพื่อสร้างแรงบิดเริ่มต้นสำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำ โดยขดลวดหลักจะให้พลังงานสำหรับโหลดแสงสว่าง หลังจากสิทธิบัตรของเวสติงเฮาส์เกี่ยวกับระบบจ่ายพลังงานสองเฟสและสามเฟสแบบสมมาตรหมดอายุลง ระบบโมโนไซคลิกก็เลิกใช้ไป เนื่องจากวิเคราะห์ได้ยากและไม่คงอยู่ยาวนานพอที่จะพัฒนาระบบวัดพลังงานที่น่าพอใจได้

ระบบลำดับเฟสสูง

สายส่งไฟฟ้าเหล่านี้ถูกสร้างและทดสอบเพื่อใช้ในการส่งกำลังไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้วสายส่งดังกล่าวจะใช้หกหรือสิบสองเฟส สายส่งที่มีจำนวนเฟสสูงช่วยให้สามารถส่งกำลังไฟฟ้าได้มากขึ้นในปริมาตรที่กำหนด โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายใน การติดตั้งตัวแปลง กระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) ที่ปลายแต่ละด้านของสายส่ง อย่างไรก็ตาม สายส่งประเภทนี้ต้องการอุปกรณ์จำนวนมากขึ้นตามไปด้วย

ดีซี

ในอดีตมีการใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เนื่องจากสามารถแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าสูงได้ง่ายสำหรับการส่งในระยะทางไกล อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง และไฟฟ้ากระแสตรงไม่มีปรากฏการณ์สกินเอฟเฟ กต์ ซึ่งทำให้สายส่งมีน้ำหนักเบาและราคาถูกกว่า ดังนั้นไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูงจึงสูญเสียพลังงานน้อยกว่าในระยะทางไกล

ตัวนำของระบบไฟฟ้าสามเฟสมักจะระบุด้วยรหัสสี เพื่อให้เกิดความสมดุลในการจ่ายโหลดและเพื่อให้แน่ใจว่ามอเตอร์ หมุนเฟสอย่างถูกต้อง สีที่ใช้ อาจเป็นไปตามมาตรฐานสากลIEC 60446 (ต่อมาคือIEC 60445 ) มาตรฐานเก่า หรือไม่มีมาตรฐานใดๆ เลย และอาจแตกต่างกันไปแม้ในสถานที่ติดตั้งเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา จะใช้รหัสสีที่แตกต่างกันสำหรับระบบที่มีการต่อลงดินและระบบที่ไม่มีการต่อลงดิน

• Neidhofer, Gerhard (2007). "พลังงานสามเฟสยุคแรก [ประวัติศาสตร์]". IEEE Power and Energy Magazine . 5 (5): 88– 100. doi : 10.1109/MPE.2007.904752 . ISSN  1540-7977 .

• ประวัติและลำดับเหตุการณ์ของกระแสไฟฟ้าสลับ (AC Power)