Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

Система трехфазного электрического тока разработана в конце XIX века русским ученым М.О.Доливо-Добровольским.

Три фазы, напряжение в которых сдвинуто друг относительно друга на 120 градусов, кроме прочих достоинств позволяют легко создавать вращающееся магнитное поле.

Это поле увлекает за собой роторы самых распространенных и самых простых по конструкции трехфазных асинхронных электродвигателей.

Три обмотки статоров таких электромоторов в большинстве случаев соединяются между собой по схеме «звезда» или «треугольник». В зарубежной литературе применяются термины «star» и «delta», сокращенно S и D. Более распространено мнемоническое обозначение D и Y, что может иногда приводить к путанице – буквой D может маркироваться как «звезда», так и «треугольник».

Фазные и линейные напряжения

Для понимания различий между способами соединения обмоток, сначала надо разобраться с понятиями фазных и линейных напряжений. Фазным напряжением называется напряжение между началом и концом одной фазы. Линейным – между одинаковыми выводами разных фаз.

Для трехфазной сети линейные напряжения – это напряжения между фазами, например, А и В, а фазные – между каждой фазой и нулевым проводником.

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

Так напряжения Ua, Ub, Uc будут фазными, а Uab, Ubc, Uca – линейными. Различаются эти напряжения в  раз. Так, для бытовой и промышленной сети 0,4 кВ линейные напряжения равны 380 вольт, а фазные – 220 вольт.

Подключение обмоток электродвигателя по схеме «звезда»

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

При соединении фаз электродвигателя звездой, три обмотки своими началами соединяются между собой в общей точке. Свободные концы подключаются каждый к своей фазе сети. В некоторых случаях общая точка соединяется с нулевой шиной системы электроснабжения.

Из рисунка видно, что для данного включения к каждой обмотке прикладывается фазное напряжение сети (для сетей 0,4 кВ – 220 вольт).

Подключение обмоток электродвигателя по схеме «треугольник»

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

При схеме «треугольник» концы обмоток соединяются между собой последовательно. Получается своеобразный круг, но в литературе принято название «треугольник» из-за часто применяемого начертания. Нулевой провод в этом варианте подключать некуда.

  Как заменить аккумулятор в автомобиле — порядок замены

Очевидно, что напряжения, приложенные к каждой обмотке, будут линейными (380 вольт на каждую обмотку).

Сравнения схем подключения между собой

Чтобы сравнить обе схемы между собой, надо посчитать электрическую мощность, развиваемую электродвигателем при том или ином включении. Для этого надо рассмотреть понятия линейного (Iлин) и фазного (Iфаз) токов. Фазным током называется ток, протекающий по обмотке фазы. Линейный ток протекает по проводнику, подключенному к выводу обмотки.

В сетях до 1000 вольт источником электричества является трансформатор, вторичная обмотка которого включена «звездой» (в противном случае невозможно организовать нулевой провод) или генератор, обмотки которого соединены по той же схеме.

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

  • Из рисунка видно, что при соединении «звездой» токи в проводниках и токи в обмотках электродвигателя равны. Ток в фазе определяется фазным напряжением:
  •     Переключение электродвигателя со звезды на треугольник
  • где Z – сопротивление обмотки одной фазы, их можно принять равными. Можно записать, что
  • .

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

  1. Для соединения «треугольником» токи другие – они определяются линейными напряжениями, приложенными к сопротивлению Z:
  2.     Переключение электродвигателя со звезды на треугольник
  3. .

Переключение электродвигателя со звезды на треугольникПереключение электродвигателя со звезды на треугольник

  • для соединения «звездой» полная мощность равна Переключение электродвигателя со звезды на треугольник;
  • для соединения «треугольником» полная мощность равна .

Таким образом, при включении «звездой» электродвигатель развивает мощность в три раза ниже, чем при соединении в треугольник. Это также ведет к другим положительным последствиям:

  • уменьшаются пусковые токи;
  • работа двигателя и его пуск становятся более плавными;
  • электромотор хорошо справляется с кратковременными перегрузками;
  • тепловой режим асинхронного двигателя становится более щадящим.

Обратная сторона медали – двигатель с обмотками «звездой» не может развивать максимальную мощность. В некоторых случаях вращающего момента может не хватить даже для раскрутки ротора.

Способы переключения схем «звезда»-«треугольник»

Конструкция большинства электродвигателей позволяет выполнять переключение из одной схемы соединения в другую. Для этого начала и концы обмоток выведены на терминал так, чтобы простым изменением положения накладок можно было из «звезды» сделать «треугольник» и наоборот.

Владелец электродвигателя сам может выбрать, что ему необходимо – мягкий старт с небольшими пусковыми токами и плавная работа или наибольшая мощность, развиваемая двигателем. Если нужно и то, и другое, можно производить переключение автоматически с помощью мощных контакторов.

При нажатии пусковой кнопки SB2, электродвигатель включается по схеме «звезда». Контактор KM3 подтянут, его контакты замыкают между собой выводы обмоток электродвигателя с одной стороны. Противоположные выводы подключаются к сети, каждый к своей фазе через контакты КM1.

Если этот контактор включен, трехфазное напряжение подается на обмотки и ротор электромотора приводится во вращение.

После некоторого времени, установленного на реле KT1, происходит переключение катушки КM3, она обесточивается, включается контактор KM2, переключая обмотки в «треугольник».

Переключение происходит после того, как двигатель набрал обороты. Этот момент можно контролировать по датчику частоты вращения, но на практике все делается проще.

Переключением управляет реле времени – через 5-7 секунд считается, что пусковые процессы завершены, и можно включать двигатель в режим максимальной мощности.

Затягивать этот момент не стоит, так как длительная работа с превышением допустимой для «звезды» нагрузки может привести к выходу электропривода из строя.

При реализации такого режима надо помнить следующее:

  1. Пусковой момент двигателя с обмотками, подключенными «звездой» значительно ниже значения этой характеристики электромотора с соединением «треугольник», поэтому запуск электродвигателя с тяжелыми пусковыми условиями таким способом не всегда возможен. Он просто не придет во вращение. К таким случаям относятся электроприводные насосы, работающие с противодавлением и т.п. Подобные проблемы решают с помощью двигателей с фазным ротором, плавно увеличивая ток возбуждения при пуске. Успешно пуск «звездой» применяется при работе с центробежными насосами, работающими на закрытую задвижку, в случае вентиляторных нагрузок на валу двигателя и т.п.
  2. Обмотки электромотора должны выдерживать линейное напряжение сети. Важно не путать электродвигатели D/Y 220/380 вольт (обычно, маломощные асинхронники до 4 кВт) и D/Y 380/660 вольт (обычно, 4 кВт и выше). Сеть 660 вольт практически нигде не используется, но для переключения «звезда-треугольник» можно применять только электромоторы с таким номинальным напряжением. Привод на 220/380 в трехфазную сеть включается только «звездой». В схеме переключения их использовать нельзя.
  3. Должна выдерживаться пауза между выключением «звездного» контактора и включением «треугольного», чтобы избежать накладок. Но увеличивать её сверх меры нельзя, чтобы не допустить остановки электродвигателя. При самостоятельном изготовлении схемы её, возможно, потребуется подобрать экспериментально.

  Что такое импульсный блок питания и где применяется

Применяется и обратное переключение. Оно имеет смысл, если мощный двигатель временно работает с небольшой нагрузкой. При этом его коэффициент мощности невысок, потому что активная потребляемая мощность определяется уровнем загрузки электродвигателя.

 Реактивная же, в основном, определяется индуктивностью обмоток, которая не зависит от нагрузки на валу. Для улучшения соотношения потребляемых активной и реактивной мощностей, можно переключить обмотки в схему «звезда».

Это также можно делать вручную или автоматически.

Схема переключения может быть собрана на дискретных элементах – реле времени, контакторах (пускателях) и т.п. Выпускаются и готовые технические решения, объединяющие схему автоматического переключения в одном корпусе. Надо лишь подключить к выходным клеммам электродвигатель и питание от трехфазной сети. Такие устройства могут носить разные названия, например «пусковое реле времени» и т.п.

Включение обмоток электродвигателя по разным схемам имеет свои преимущества и недостатки. Основой грамотной эксплуатации является знание всех плюсов и минусов. Тогда двигатель прослужит долго, принося максимальный эффект.

Читайте также:  Колесо в разрезе чертеж

Запуск электродвигателя по схеме «звезда-треугольник»

Практически любое производство в наши дни не обходится без мощного асинхронного электродвигателя. При запуске такого двигателя пусковой ток в 3-8 раз превышает значение номинального тока, необходимого для работы в нормально-устойчивом режиме.

Большой пусковой ток необходим для того, чтобы раскрутить ротор из состояния покоя. Для этого необходимо приложить гораздо больше усилий, чем для дальнейшего поддержания постоянного числа оборотов в заданный промежуток времени.

Значительные величины пусковых токов у асинхронных двигателей являются весьма нежелательным явлением, поскольку это может приводить к кратковременной нехватке энергии для другого подключенного к этой же сети оборудования (падению напряжения). Масса примеров такого влияния встречается как на производстве, так и в быту.

Первое, что вспоминается — это «мигание» электрической лампочки при работе сварочного аппарата, но бывают случаи серьезнее: просадка напряжения может стать причиной бракованной партии товара на производстве, что ведет к большим финансовым и трудовым затратам.

Большой пусковой ток также может вызвать ощутимые тепловые перегрузки обмотки электродвигателя, в результате чего происходит старение изоляции, ее повреждение и в конечном итоге может произойти сгорание двигателя.

Все это послужило мотивом для поиска решения по минимизации токов пуска. Одним из таких решений является метод запуска двигателя по схеме «звезда-треугольник». Для начала разберемся что же такое «звезда», а что — «треугольник», и чем они отличаются друг от друга.

Звезда и треугольник являются самыми распространенными и применяемыми на практике схемами подключения трехфазных электродвигателей. При включении трехфазного электродвигателя «звездой» (см. Рисунок 1) концы обмоток статора соединяются вместе, соединение происходит в одной точке, называемой нулевой точкой или нейтралью.

Трехфазное напряжение подается на начало обмоток.

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник Рисунок 1 — Схема подключения «звезда»

При соединении обмоток статора «звездой», соотношение между линейным и фазным напряжениями выражается формулой:

U л = U ф ⋅ 3 U _л= U _ф cdot sqrt{3}

где: — напряжение между двумя фазами; — напряжение между фазой и нейтральным проводом; Значения линейного и фазного токов совпадают, т. е. Iл = Iф.

При включении трехфазного электродвигателя по схеме «треугольник» (см. Рисунок 2) обмотки статора электродвигателя соединяются последовательно.

Таким образом, конец одной обмотки соединяется с началом следующей, напряжение в этом случае подается на точки соединения обмоток.

При соединеии обмоток статора «треугольником» напряжение на фазе равно линейному напряжению между двумя проводами: Uл = Uф.

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник Рисунок 2 — Схема подключения «треугольник»

  • Однако ток в линии (сети) больше, чем ток в фазе, что описывается формулой:
  • I л = I ф ⋅ 3 I _л=I _ф cdot sqrt{3}
  • где: — линейный ток; — фазный ток.
  • Получается, что соединяя обмотки «звездой», мы уменьшаем линейный ток, чего изначально и добивались. Но есть и обратная сторона этой схемы: как мы видим из формулы, пусковой момент двигателя прямо пропорционален фазному напряжению:
  • M n = m ⋅ U 2 ⋅ r 2 ´ ⋅ p 2 ⋅ π ⋅ f ( ( r 1 + r 2 ´ ) 2 + ( x 1 + x 2 ´ ) 2 ) M _n = { m cdot U^2 cdot acute r_2 cdot p } over { 2 cdot %pi cdot f( ( r _1 + acute r _2 )^2 + ( x_1 + acute x_2 )^2 )}
  • где: U — фазное напряжение обмотки статора; r1 — активное сопротивление фазы обмотки статора r2 — приведенное значение активного сопротивления фазы обмотки ротора; x1 — индуктивное сопротивление фазы обмотки статора; x2 — приведенное значение индуктивного сопротивления фазы обмотки неподвижного ротора; m — количество фаз; p — число пар полюсов.
  • Чтобы было нагляднее, давайте рассмотрим пример: предположим, что рабочей схемой обмотки асинхронного электродвигателя является «треугольник», а линейное напряжение питающей сети равно 380 В, сопротивление обмотки статора Z = 10 Ом. Если обмотки во время пуска подключены «звездой», то уменьшатся напряжение и ток в фазах:
  • U ф = U л 3 = 380 3 = 220 В U _ф= {U _л} over { sqrt{3} } = {380} over {sqrt{3}} =220В
  • Фазный ток равен линейному току и равен:
  • I ф = I л = U ф Z = 220 10 = 22 A I _ф=I _л= {U _ф} over {Z } = {220} over {10} =22A

После того, как двигатель набрал необходимые обороты, т. е. разогнался, переключаем обмотки со «звезды» на «треугольник», в этом случае получаем совершенно другие значения тока и напряжения:

  1. U ф = U л = 380 B U _ф=U _л =380B
  2. I ф = U ф Z = 380 10 = 38 A I _ф = {U _ф} over {Z} = {380} over {10}=38A
  3. I л = 3 ⋅ I ф = 3 ⋅ 38 = 65 ,8 A I _л= sqrt{3} cdot I _ф=sqrt{3} cdot38=65,8A

Соответственно, при пуске двигателя по схеме «звезда», фазное напряжение в √3 раз меньше линейного, а по схеме «треугольник» — они равны. Отсюда следует, что момент при пуске по схеме «звезда» в 3 раза меньше, а
значит, запуская двигатель по этой схеме, мы не сможем добиться выхода двигателя на номинальную мощность.

Решая одну проблему возникает вторая, не менее острая, чем повышенные пусковые токи.

Но единое решение все-таки есть: необходимо скомбинировать схемы подключения двигателя так, чтобы при пуске мощного двигателя не было больших токов в сети, а после того, как двигатель выйдет на необходимые для его работы обороты, происходит переключение на схему «треугольник», что позволяет работать со 100% нагрузкой без каких-либо проблем.

С поставленной задачей прекрасно справляется реле времени Finder 80.82. При подаче питания на реле, мгновенно замыкается контакт, который отвечает за подключение по схеме «звезда».

После заданного промежутка времени, на котором обороты двигателя достигают рабочей частоты, контакт схемы «звезда» размыкается и замыкается контакт, который отвечает за подключение по схеме «треугольник».

Контакты останутся в таком положении до снятия питания с реле. Наглядная диаграмма работы данного реле представлена на Рисунке 3.

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник Рисунок 3 — Временная диаграмма реле времени 80.82

Рассмотрим более подробно реализацию данной схемы на практике. Она применима только для двигателей, у которых на шильдике указано «Δ/Y 380/660В». На Рисунке 4 представлена силовая часть схемы
«звезда-треугольник», в которой используется три электромагнитных пускателя.

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник Рисунок 4 — Силовая часть схемы «звезда-треугольник»

Как было описано ранее, для управления переключением со схемы «звезда» на схему «треугольник» необходимо воспользоваться реле Finder 80.82. На Рисунке 5 представлена схема управления с помощью данного реле.

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник Рисунок 5 — Управление схемой «звезда-треугольник»

Разберем алгоритм работы данной схемы:

После нажатия кнопки S1.1, запитывается катушка пускателя КМ1, в результате чего, замыкаются силовые контакты КМ1 и при помощи дополнительного контакта КМ1.1 реализуется самоподхват пускателя. Одновременно подается напряжение на реле времени U1. Замыкаются контакты реле времени 17-18 и включается пускатель КМ2.

Таким образом, происходит запуск двигателя по схеме «звезда». По истечении времени Т (см. Рисунок 3), контакт реле времени 17-18 мгновенно разомкнется, пройдет задержка времени Tu, и замкнется контакт 17-28. Вследствие чего, сработает пускатель КМ3, который осуществляет переключение на схему «треугольник». Нормально замкнутые контакты пускателей КМ2.

2 и КМ3.2 используется для предотвращения одновременного включения пускателей КМ2 и КМ3. Чтобы защитить двигатель от перегрузки, в силовой цепи установлено тепловое реле КК1. В случае перегрузки, тепловое реле разомкнет силовую цепь и цепь управления через контакт КК1.1. Остановка двигателя происходит при нажатии кнопки S1.

2, которая разрывает цепь самоподхвата и обесточит катушку пускателя КМ1.

Обобщая написанное, можно сделать вывод, что для облегчения пуска мощного электродвигателя, рекомендуется изначально запускать его по схеме «звезда», что позволяет значительно снизить пусковые токи, уменьшить просадку напряжения в сети, но не позволяет двигателю выйти на номинальный режим работы. Для выхода двигателя на номинальный режим необходимо осуществить переключение обмоток статора на схему «треугольник». Схема переключения обмоток со «звезды» в «треугольник» реализована с помощью реле времени Finder 80.82, в котором устанавливается время разгона электродвигателя.

Читайте также:  Как просверлить большое отверстие в металле

Список использованной литературы:

  1. ГОСТ 11828-86 «Определение вращающих моментов и пусковых токов».
  2. Вешеневский С. Н. Характеристики двигателей в электроприводе. // Издание 6-е, исправленное — Москва, Издательство «Энергия», 1977
  3. Войнаровский П. Д. Электродвигатели // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. и 4 доп.) — СПб., 1890—1907

Пуск электродвигателя способом звезда, треугольник | Электрика в квартире, ремонт бытовых электроприборов

Пуск короткозамкнутого электродвигателя с переключением со звезды в треугольник применяют для снижения пускового тока. Пусковой ток при запуске может превышать рабочий ток электродвигателя в 5-7 раз.

У двигателей большой мощности пусковой ток бывает настолько велик, что может вызвать перегорание различных предохранителей, отключение автоматического выключателя и привести к значительному снижению напряжения.

Уменьшение напряжения снижает накал ламп, уменьшает вращающий момент электродвигателей, может вызвать отключение контакторов и магнитных пускателей. Поэтому многие стремятся уменьшить пусковой ток.

Это достигается несколькими способами, но все они в итоге сводятся к понижению напряжения в цепи статора электродвигателя на период пуска . Для этого в цепь статора на период пуска вводят реостат, дроссель, автотрансформатор, либо переключают обмотку со звезды в треугольник.

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник
Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

Схема управления

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

Включение контактора К1, замыкает контакт К1 в цепи катушки контактора К1 (самоподпитка), одновременно включается пневматическое реле времени, которое размыкает через определенное время свой контакт К1 в цепи катушки контактора К3, а также замыкает свой контакт К1 в цепи катушки контактора К2. Отключение контактора К3, замыкается контакт К3 в цепи катушки контактора К2. Включение контактора К2, размыкает контакт К2 в цепи катушки контактора К3 (блокировка ошибочного включения).

Схема питания

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

Через некоторое время срабатывает реле времени, совмещённое с пускателем К1, отключая пускатель К3 и одновременно включая К2, замыкаются силовые контакты К2 и происходит подача напряжение на концы обмоток электродвигателя U2, V2 и W2. Таким образом электродвигатель включается по схеме треугольник.

Предупреждения

  1. Переключение со звезды в треугольник допустимо лишь для двигателей с легким режимом пуска, так как при соединении в звезду пусковой момент примерно вдвое меньше момента, который был бы при прямом пуске.

     Значит, этот способ снижения пускового тока не всегда пригоден, и если нужно снизить пусковой ток и одновременно добиться большого пускового момента, то берут электродвигатель с фазным ротором, а в цепь ротора вводят пусковой реостат.

  2. Переключать со звезды в треугольник можно только те электродвигатели, которые предназначены для работы при соединении в треугольник, т. е. имеющие обмотки, рассчитанные на линейное напряжение сети.

Переключение с треугольника в звезду

Известно, что недогруженные электродвигатели работают с очень низким коэффициентом мощности cos§. Поэтому рекомендуется недогруженные электродвигатели заменять менее мощными.

Если, однако, выполнить замену нельзя, а запас мощности велик, то не исключено повышение cos? переключением с треугольника в звезду.

Нужно при этом измерить ток в цепи статора и убедиться в том, что он при соединении в звезду не превышает при нагрузке номинального тока, в противном случае электродвигатель перегреется.

Подключение двигателя со звезды на треугольник | Электроцех — гильдия электриков

Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

Переключение двигателя со звезды на треугольник применяют для защиты электрических цепей от перегрузок. В основном переключают со звезды на треугольник мощные трехфазные асинхронные двигатели от 30-50 кВт, и высокооборотные ~3000 об/мин, иногда 1500 об/мин.

Известно, что в момент запуска электродвигателя его ток увеличивается до 7 раз. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором напоминает трансформатор с замкнутой накоротко вторичной обмоткой.

Если двигатель соединен в звезду то на каждую его обмотку подается напряжение 220 Вольт, а если двигатель соединен в треугольник, то на каждую его обмотку приходиться напряжение 380 Вольт. Здесь в действие вступает закон Ома «I=U/R» чем выше напряжение, тем выше ток, а сопротивление не изменяется.

Проще говоря, при подключении в треугольник (380) ток будет выше, чем при подключении в звезду(220).

Когда электродвигатель разгоняется и набирает полные обороты, картина полностью меняется. Дело в том что двигатель имеет мощность которая не зависит от того подключен он в звезду или на треугольник. Мощность двигателя зависит в большей степени от железа и сечения провода. Здесь действует другой закон электротехники «W=I*U»

Мощность равна сила тока, умноженная на напряжение, то есть чем выше напряжение, тем ниже ток. При подключении в треугольник(380), ток будет ниже, чем в звезду (220).

Прейдем к практике

В двигателе концы обмоток выведены на «клеммник»  таким образом что в зависимости от того каким образом поставить перемычки получится подключение в звезду или в треугольник как это показано на рисунке. Такая схема обычно на рисована на крышке.

  • Переключение электродвигателя со звезды на треугольник
  • Для того чтобы производить переключения со звезды на треугольник, мы вместо перемычек будем использовать контакты магнитных пускателей.
  • Рассмотрим схему силовую часть, показана жирными линиями.
  • Переключение электродвигателя со звезды на треугольник

Магнитный пускатель Р1 служит для включения и отключения двигателя. Контакты магнитного пускателя Р2 работают как перемычки для включения асинхронного двигателя в треугольник.

Обратите внимания, провода от клеммника двигателя должны быть включены в таком же порядке, как и в самом двигателе, главное не перепутать.

Повторю еще раз это самое главное в схеме КОНТАКТЫ Р2 ВЫПОЛНЯЮТ РОЛЬ ПЕРЕМЫЧЕК ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ В ТРЕУГОЛЬНИК.

Магнитный пускатель Р3 подключает перемычки для включения в звезду к одной половине клеммника, а к другой половине подается напряжение.

Рассмотрим схему управления, тонкими линиями.

При нажатии на кнопку «ПУСК» питание подается на магнитный пускатель Р1 он срабатывает и на него подается напряжение через  блок контакт теперь кнопку можно отпустить.

Далее напряжение подается на реле времени РТ, оно отсчитывает установленное время.

Также напряжение через замкнутый контакт реле времени Р1 подается на магнитный пускатель Р3 и двигатель запускается в «звезду».

Через установленное время срабатывает реле времени РТ. Магнитный пускатель Р3 отключается.

Напряжение через контакт реле времени подается на нормально-замкнутый (замкнутый в отключенном положении) блок контакт магнитного пускателя Р3, а от туда на катушку магнитного пускателя Р2. И электродвигатель включается в треугольник.

Кстати на схеме не показано, но пускатель Р3 следует также подключать через  нормально-замкнутый блок контакт пускателя Р2, для защиты от одновременного включения пускателей.

  1. Магнитные пускатели Р2 и Р3 лучше взять сдвоенные с механической блокировкой одновременного включения.
  2. Кнопкой «СТОП» схема отключается, последовательно с этой кнопкой можно подключит «концевики», «аварийники», и так далее.
  3. Если в сети напряжение 220/380, то двигатель следует брать 380/660
  4. Мощность трех фазного двигателя в однофазной сети
  5. Трехфазный двигатель в однофазной сети

Как, когда и для чего переходят со звезды на треугольник

В момент запуска электродвигатель потребляет ток значительно больший, чем во время работы.

Это называется пусковым током, и он может быть больше номинального в 3-8 раз, но на практике зависит от нагрузки на валу и других условий.

Для маленьких машин с номинальным током в пару ампер это не столь существенно, но для мощных машин с номинальным током, например, в 50 А, пусковой достигнет уже 250-400 А.

Читайте также:  Пылесборник для болгарки своими руками

Потребляется из сети пусковой ток непродолжительное время, при этом реальный потребляемый ток от момента запуска и по мере разгона ротора снижается до номинального. Процесс запуска и разгона занимает обычно от единиц до десятков секунд, но может быть и больше. Несмотря на это пусковой ток может нанести вред как питающей сети и её элементам, так и самому двигателю.

Поэтому существует множество технических решений по уменьшению величины потребляемого тока, например: использование асинхронных двигателей с фазным ротором, вместо короткозамкнутого, подключение статора к сети через реостаты или трансформаторы, частотные преобразователи или устройства плавного пуска, переключение схемы соединения обмоток при пуске.

В этой статье речь пойдёт о последнем способе — изменение схемы соединения обмоток со звезды на треугольник при пуске асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Звезда и треугольник

У трёхфазных односкоростных асинхронных двигателей есть три обмотки, из которых выходит шесть выводов — начала и концы каждой обмотки. Для подключения к трёхфазной сети их можно соединить двумя способами — звездой или треугольником.

При соединении звездой питание подключается к началам обмоток, а концы обмоток соединяют друг с другом. В треугольнике соединяют начала и концы и соседних обмоток, а питание подключают к точкам их соединения.

Обмотки могут собирать в нужную схему при изготовлении двигателя, тогда в борно выводится 3 конца для подключения к ним проводов питающей сети.

Или всё 6 концов обмоток выводятся на клеммную колодку, в борно, тогда при подключении можно соединить обмотки так, как нужно для соответствия линейному напряжению сети.

Так один и тот же двигатель можно использовать в сетях с разным значением линейного напряжения.

Самый распространённый вариант — это двигатель с номинальным напряжением 220/380В, где 220В номинальное линейное напряжение для двигателя с обмотками, соединёнными треугольником, а 380В — для двигателя с обмотками, соединёнными звездой.

Схемы звезды (слева) и треугольника (справа) в борно электродвигателяСхемы звезды (слева) и треугольника (справа) в борно электродвигателя

Напряжения в схемах звезды на треугольника

При соединении обмоток звездой и подключении к сети 220/380В и при соединении треугольником и подключении к сети 127/220В, обмотки окажутся под одинаковым напряжением — 220В, что вы можете наблюдать на следующей иллюстрации.

Примечание: на момент написания статьи стандартное напряжение сети по ГОСТу 230/400 вольт. Значения 220/380 и 127/220 приведены для упрощения иллюстрации распределения напряжений и токов в обмотках, ведь сети 127/220 в настоящее время не используются или же используют, но локально и очень редко.

Получается, что при соединении обмоток по схеме треугольника линейное напряжение прикладывается к одной обмотке, а в звезде линейное напряжение распределяется между двумя обмотками. Из-за особенностей трёхфазной системы напряжение относительно точки соединения обмоток звезды (нейтрали) и началом обмотки будет 220В.

Считать, что в треугольнике «напряжение меньше, а ток больше», а в звезде «напряжение больше…» не совсем верно, потому что при правильном подключении двигателя в соответствующей схеме к сети с соответствующим напряжением, напряжения на обмотках будут одинаковы.

При этом номинальное напряжение одной обмотки соответствует номинальному линейному напряжению сети для подключения треугольником.

Подробно об этих схемах рассказано в статье «Что такое «звезда» и «треугольник» в электродвигателе», опубликованной ранее.

Какой используется двигатель

Пуск двигателя с переходом со звезды на треугольник используется для снижения пускового тока.

Если это нужно реализовать в электросети с самым распространённым напряжением 230/400 В выбирают двигатель с возможностью изменения схемы соединения обмоток (6 выводов в борно) и номинальным напряжением для схемы соединения треугольником 400 В, для звезды у него будет номинальным 690 В. На шильдике таких двигателей обычно будет указано что-то типа «Y/Δ 690/400», как на примере ниже.

Пример шильдика двигателя, подходящего для пуска с переходом звезда-треугольникПример шильдика двигателя, подходящего для пуска с переходом звезда-треугольник

Двигатель запускается при соединении звездой, а работает в треугольнике. То есть во время пуска к каждой отдельной обмотке прикладывается напряжение в 1,73 раза меньше номинального, следовательно и ток через них будет меньше, так и обеспечивается снижение пускового тока до 1/3 от пускового тока при непосредственном включении двигателя в сеть на номинальное напряжение.

Снижение пускового тока — это хорошо, но какие есть проблемы у этого способе пуска?

Во-первых, снижается пусковой момент в 3 раза по сравнению с обычным пуском, а иногда и более.

Во-вторых, зачастую есть переходные токи при переключении обмоток на треугольник. То есть пуск происходит с пониженным током, а после переключения происходит ещё один скачок тока, но всё равно в пике он будет ниже, чем при прямом подключении в сеть без последующего переключения схем.

Как происходит переключение

В схеме с переходом со звезды на треугольник используются 3 контактора:

  • 1 общий, для подачи напряжения;
  • 2 для переключения схемы соединения обмоток.

С общим контактором, я думаю, всё понятно, разберёмся как переключают звезду на треугольник.

Схема подключения контакторов, переключающих звезду на треугольник (цвета проводов произвольные, для наглядности) Схема подключения контакторов, переключающих звезду на треугольник (цвета проводов произвольные, для наглядности)

Через контактор КМ2 соединяются концы обмоток накоротко, так собирается звезда. Контактор КМ3 соединяет начала и концы обмоток как было показано на рисунке в начале статьи и так собирается треугольник.

На практике в силовой части схемы есть ещё автоматический выключатель (QF1) и общий контактор (КМ1), для защиты двигателя может использоваться тепловое реле или другие технические решения.

Схема силовой части

Цепь управления

Цепь управления значительно интереснее силовой части. Она должна выполнять 2 основные функции:

  • предотвратить одновременное включение контакторов звезды и треугольника (КМ2 и КМ3);
  • обеспечить при пуске выдержку времени работы с обмотками, соединёнными звездой, после чего переключить их в треугольник.

В этой схеме блокировка одновременного включения обеспечивается нормально замкнутым контактом КМ3.1 в цепи катушки контактора КМ2 и нормально замкнутым контактом КМ2.1 в цепи катушки контактора КМ3.

Это называется электрическая блокировка, аналогичное решение используется в схеме реверсивного пускателя.

Общий контактор КМ1 включается сразу при нажатии кнопки пуск и удерживается через его НО-контакт (самоподхват).

Цепь управления

В качестве КТ1 может использовать обычное универсальное реле времени или специализированное реле для переключения обмоток со звезды на треугольник.

Подобные реле правильно переключают контакторы и выдерживает паузу между выключением КМ2 и включением КМ1.

Пример такого реле Евроавтоматика F&F PCG-417, оно обеспечивает задержку при переключении контакторов от 75 до 150 мс, и позволяет настроить время пуска на звезде от 1 до 100 секунд.

Примечание: в зависимости от мощности и нагрузки на валу двигателя нужно разное время для разгона до номинальной скорости, соответственно понадобиться разное время работы с обмотками, соединёнными звездой.Реле Евроавтоматика F&F PCG-417 и его схема подключенияРеле Евроавтоматика F&F PCG-417 и его схема подключения

В современных условиях пуск с переходом со звезды на треугольник используется всё реже и в основном в тех случаях, когда нужно снизить пусковые токи с меньшими затратами и относительно простой схемой. При этом всё чаще стали использовать устройства плавного пуска и частотные преобразователи.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector