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.

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.

Устройство механизма

Асинхронный двигатель делят на две группы, которые зависят от метода исполнения обмотки ротора:

• Двигатели с фазной обмоткой. Имеют сложную конструкцию ротора, из-за чего производство прибора существенно дороже других типов двигателей. Их используют в тяжёлых пусковых условиях и при надобности плавной регулировки частоты вращения.
• Двигатели с короткозамкнутой обмоткой. Устройство имеет более низкую стоимость при производстве и его частота вращения меняется всего на 2- 3 процента при изменении нагрузки от 0 до минимальной частоты. Единственным недостатком является сложность плавной регулировки частоты вращения в больших пределах.

Прибор состоит из неподвижного цилиндра — статора, который состоит из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга техническим лаком и собранных при помощи скоб, для сокращения вихревых токов. В пазах статора находится статорная обмотка, соединяющаяся в комбинацию треугольника либо звезды. Устройство также состоит из вращающей части — ротора, собранного из листов электротехнической стали, где в пазы под давлением заливается алюминий или медь. А также вместе заливаются замыкающие кольца, на которых расположены лопатки. Они необходимы для охлаждения ротора.

Ротор закрепляется на валу двигателя, на котором фиксируются подшипники. Вся эта конструкция располагается в подшипниковых щитах.

Принцип работы асинхронного двигателя

Если подать напряжение на статорную обмотку, то на ней начинает протекать переменный синусоидальный ток, создающий магнитное поле. Оно пересекает обмотку ротора, в котором индуцируется переменная электродвижущая сила. ЭДС образует переменный ток в обмотке ротора, а этот ток создаёт вращающее магнитное поле ротора.

Поле статора и ротора соединяются и образуют общее вращающее магнитное поле двигателя, которое взаимодействует с током в обмотке ротора и формирует усилие по правилу левой руки. Оно разворачивает ротор в сторону вращения магнитного поля.

Устройство называется асинхронным из-за того, что вращательная скорость магнитного поля в несколько раз больше скорости вращения ротора.

Подключение обмоток электродвигателя по схеме «звезда»

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).

Звезда и треугольник принцип подключения. Особенности и работа

Для увеличения мощности передачи без увеличения напряжения сети, снижения пульсаций напряжения в блоках питания, для уменьшения числа проводов при подключении нагрузки к питанию, применяют различные схемы соединения обмоток источников питания и потребителей (звезда и треугольник).

Какой двигатель можно подключать в “звезду-треугольник”, а какой нет?

Двигатели наша (и не наша) промышленность выпускает разные. Но наиболее ходовые у нас (большинство читателей подтвердит) – низковольтные, для работы в сетях 0,4 кВ 50 Гц. Мы будем рассматривать как раз такие асинхронники. Они бывают на 2 вида напряжения – 220/380 и 380/660 В.

В чем отличия? В номинальных напряжениях питания. Первое число – это “треугольник”, второе – “звезда”. Такое разделение идёт в основном от мощности, “граница” проходит примерно по 4 кВт.

Бывают номиналы на новый стандарт 230/400 или 240/440 В, но это не так важно.

Как видим, оба вида имеют вариант подключения 380 В. В первом случае для этого нужно собрать схему “звезда”, во втором – “треугольник”.

Жаль, но тут возникла путаница, и нужно об этом помнить: Напряжения на двигателе обозначаются как “Треугольник/Звезда”, а схема, о которой речь – “Звезда/Треугольник”. В любом случае – номинальное напряжение в “Звезде” всегда больше в √3 раз!

Подробнее рассмотрим работу на этих напряжениях.

220/380 В

Вариант с низкими напряжениями 220/380 можно подключать на 220 В только в однофазную сеть через фазосдвигающий конденсатор либо от однофазного преобразователя частоты. И только в “Треугольнике”! А 380 В – можно подключать в трехфазную сеть через контактор, либо УПП, либо частотник только в “Звезде”! Важно, что такие двигатели для работы в схеме “Звезда/Треугольник” использовать нельзя!

Двигатель на 220/380 В. Напряжения питания при включении по схемам “Звезда” и “Треугольник”

Центральная точка звезды, обозначенная “0”, может быть подключена к нейтрали N, если она, конечно, есть. Но этого никто никогда не делает – ток по этому проводу будет мизерный, ибо двигатель – нагрузка симметричная.

Реальные примеры движков 220-380:

Двигатель на 220/380 В, который на 380 В можно подключать только в “Звезду”

Шильдик электродвигателя на напряжение 220 – 380 В. Для схемы “Звезда-Треугольник” не подходит!!!

Как будет выглядеть подключение подобного двигателя в коробке:

Подключение в “Звезду” двигателя на 220 – 380 В

Внизу “тройная” клемма – та самая точка “0”, которая никуда не подключается.

380/660 В

Вариант двигателя с высокими напряжениями 380/660 идеально подходит для работы в схеме “Звезда/Треугольник”. Для работы напрямую (через контактор или ПЧ) обмотки нужно собрать в “Треугольник”.

Двигатель на 380/660 В. Напряжения питания при включении по схемам “Звезда” и “Треугольник”

Напряжение питания 660 В в реальной жизни не используется, а схема, показанная справа, используется для “раскрутки” ротора.

Реальные примеры:

Шильдик двигателя 380 – 660 В, который может работать в схеме “Звезда – Треугольник”

Вот этот же двигатель, его коробка борно, подключен в треугольник:

Обмотки двигателя подключены в треугольник на 380 В

Как же так? – скажете вы. 22 кВт на 380? Напрямую, что ли? Нет конечно, иначе при его включении “тухла” бы сеть всего цеха, а здоровье энергосетей ждало бы серьезное испытание. Тем более, что он раскручивает тяжелый маховик вырубного пресса (справа видна полумуфта). Двигатель подключен через частотник, в этом весь секрет.

Неправильное соединение фаз обмоток электродвигателя

Эта неисправность является следствием неправильного соединения обмоток отдельных фаз между собой, когда, например, одна из фаз обмотки «перевернута», т. е. в соответствующую точку схемы присоединено начало обмотки фазы вместо ее конца.

Это чаще всего наблюдается у электродвигателей, имеющих шесть выводов для соединения их звездой или треугольником, при работе, например, от напряжений 220/380 или 380/660 вольт.

Неправильное соединение обмоток при ремонте электродвигателя возможно и в случае трех выводов.

Правильное (а) и неправильное (б) соединение фаз статорной обмотки звездой.

Правильное (а) и неправильное (б) соединение фаз статорной обмотки треугольником.

Правильное и неправильное соединение фаз статорной обмотки звездой и треугольником. В обоих случаях одна из фаз «перевернута».

Начало и конец выводов первой фазы обозначены (условно) соответственно через С1, С4, второй фазы С2, С5 и третьей фазы — СЗ, С6.

Для соединения обмотки звездой обычно соединяют концы С4, С5 и С6 вместе ( в нулевую точку), а питание подводят к началам С1, С2 и СЗ, но соединение звездой можно выполнить, соединяя в нулевую точку начала С1, С2 и СЗ при подаче питания к концам С4,. С5 и С6. 

Для соединения обмотки треугольником конец первой фазы (С4) соединяют с началом второй (С2), конец второй фазы (С5) с началом третьей (СЗ), а конец третьей (С6) с началом первой (С1), а питание подается к попарно соединенным выводам обмоток. Соединение треугольником может быть выполнено и при соединении С1 с С5, С2 с С6 и СЗ с С4.

Для правильного включения обмоток фаз следует выводы соединить по схеме, приложенной к электродвигателю, либо по маркировке выводов в соответствии с изложенным.

Читайте также:  Как проверить работу узо — советы электрика

Если данные отсутствуют, то правильность , соединения фаз можно определить при питании обмотки постоянным током или путем нескольких пробных включений двигателя после соответствующих переключений обмоток.

Определение соединения фаз обмоток постоянным током:
Способ определения фаз обмоток постоянным током является наиболее простым и удобным. Перед применением его необходимо разъединить фазы и мегомметром или контрольной лампочкой определить принадлежность концов обмотки к отдельным фазам.

Проверка соединения обмоток статора при помощи милливольтметра.

К обмотке одной из фаз подключают через рубильник источник постоянного тока (который выбирается таким, чтобы по обмотке проходил небольшой ток), батарейка или аккумулятор на 1,5 вольта.

В момент включения или отключения рубильника в обмотках двух других фаз будет наводиться электродвижущая сила, причем ее направление зависит от полярности концов обмотки фазы, в которую включен источник постоянного тока.

https://www.youtube.com/watch?v=PjZextDphQU

Если к условному «началу» присоединен плюс батареи, а к условному «концу» минус, то при отключении рубильника на других фазах будет плюс на «началах» и минус на «концах», что можно определить по направлению отклонения стрелки милливольтметра, подключаемого поочередно к выводным концам двух других фаз. При включении тока рубильником полярность на других фазах будет обратной указанной.

Определение соединения фаз обмоток методом пробных включений:
Методом пробного включения электродвигателя в сеть для установления правильности соединения фаз следует пользоваться лишь в случае невозможности применения первого способа, причем во избежание перегрева обмоток желательно при этом понизить питающие напряжение.

Проверка соединения выводов обмоток статора методом пробных включений.

Перед опытом при помощи мегомметра также определяют принадлежность концов обмотки к отдельным фазам и производят произвольную маркировку выводов, например: первой фазы 1 – 2, второй фазы 3 – 4 и третьей фазы 5 – 6.

После этого соединяют в звезду выводы 2 – 4 – 6, а к выводам 1 – 3 – 5 подводят ток (а). Если при таком соединении наблюдается указанная неисправность электродвигателя, то меняют местами выводы первой фазы 1 – 2, т. е. соединяют в звезду (выводы 1 – 4 – 6, а к выводам 2 – 3 – 5 подводят ток (б).

Если при таком переключении неисправность двигателя не будет устранена, то ставят на прежнее место выводы 1 – 2 первой фазы и поочередно меняют местами выводы 3 – 4 второй фазы (в) и выводы 5 – 6 третьей фазы (г).

Важно

Все четыре указанных соединения возможны, причем только одно из них является правильным. Так как опыт производится при соединении обмоток звездой, то при правильном включении обмоток в нулевой точке окажутся одноименные выводы, это и позволит правильно определить начала и концы фаз и в случае необходимости включить обмотки треугольником.

Если же ни при одном из вышеуказанных переключений неисправность не будет устранена, значит «перевернута» не полная фаза, а одна или несколько катушек.

Определение соединения фаз обмоток электродвигателя с фазным ротором:
При фазном роторе проверка правильности включения статорной обмотки может быть произведена, если электродвигатель питать со стороны ротора (при разомкнутом статоре) напряжением, не превышающим номинальное напряжение ротора, указанное на щитке электродвигателя.

При таком питании двигатель, оставаясь неподвижным, подобен трансформатору, первичной обмоткой которого является ротор, а вторичной статор. Включив ток в ротор, измеряют напряжение на зажимах статора. Правильным будет то соединение, при котором напряжения на зажимах статора будут симметричными.

 
Во время всех испытаний необходимо учитывать, что при питании одной из обмоток на второй может появиться опасное напряжение.

Источник:

Источник: http://energo.ucoz.ua/publ/53-1-0-598

Подключение обмоток электродвигателя по схеме «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.

Читайте также:  Что такое коэффициент трансформации трансформатора?

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

Оптимальный выбор подключения электродвигателя

Преобразование «звезды» в «треугольник» в асинхронном электродвигателе, а также способность к ремонту обмоток электродвигателя, и сравнительно с другими двигателями невысокая стоимость в совокупности со стойкостью к механическим воздействиям сделали этот вид двигателей наиболее популярными. Основным параметром, который характеризует достоинство асинхронных двигателей, является простота в конструкции. При всех достоинствах этого типа электрических двигателей он имеет и отрицательные моменты при эксплуатации.

На практике трехфазные асинхронные электродвигатели к сети могут присоединяться по схеме «звезда» и «треугольник». Подключение «звездой» — это когда концы статорной обмотки обираются в одну точку, и напряжение сети 380 вольт подается на начало каждой из обмоток, схематично этот вид соединения обозначается знаком (Y).

Если в коммутирующей коробке подключения электродвигателя выбирается вариант «треугольник», надо статорные обмотки соединить последовательно:

• конец первой обмотки — с началом второй;
• подсоединение конца «второй» — с началом третьей;
• конец третьей — с началом первой.

Как соединить обмотки в звезду и треугольник

Как я уже говорил здесь , разницы, что вы примете за начала, а что за концы обмоток нет никакой. Выше я рекомендовал сделать дополнительные выводы проводом другого цвета. Соответственно у вас есть три провода одного цвета и три провода другого цвета. Вот и примите провода одного цвета за начала обмоток, а другого цвета за концы. Есть смысл пометить выводы каждой обмотки (например разноцветной изолентой). Теперь вам нужно либо объединить начала обмоток, а на концы подать напряжения (это будет звезда), либо соединить начало первой обмотки (какую обмотку вы назовете первой тоже без разницы), с концом второй, начало второй с концом третьей и начало третьей с концом первой и на три получившиеся пары, опять же, подать напряжение (это будет треугольник).

Соединение в треугольник трехфазного генератора или вторичной обмотки трансформатора.

Соединим конец x обмотки ax с началом b обмотки by, конец y обмотки by с началом c обмотки cz, конец z обмотки cz с началом a обмотки ax так, как показано на рисунке 1. Такое соединение по виду напоминает треугольник, откуда и происходит его название. Линейные провода присоединены в вершинах треугольника.

Рисунок 1. Соединение в треугольник генератора.

Основные соотношения: 1. При соединении в треугольник линейные и фазные напряжения равны потому, что каждые два линейных провода (как видно из рисунка 1) присоединены к началу и концу одной из фазных обмоток, а все фазные обмотки одинаковы. 2. Линейные токи Iл больше фазных Iф в √3 = 1,73 раза.

Как доказать, что Iл = 1,73 × Iф? Воспользуемся для этого векторной диаграммой рисунка 2.

Рисунок 2. Определение линейных токов при соединении в треугольник.

Фазные токи Iab, Ibc, Ica в трех электроприемниках ЭП (рисунок 2, а) изображаются векторной диаграммой (рисунок 2, б), которая получена путем перенесения параллельно самим себе векторов с рисунка 2, а. Вершины треугольника нагрузок a, b и c являются узловыми точками. Поэтому согласно первому закону Кирхгофа справедливы равенства

Ia + Ica = Iab, откуда Ia = Iab – Ica; Ib + Iab = Ibc, откуда Ib = Ibc – Iab; Ic + Ibc = Ica, откуда Ic = Ica – Ibc.

Понятно, что эти равенства геометрические, поэтому вычитание нужно выполнять по правилам вычитания векторов, что и сделано на рисунке 2, б. Непосредственное измерение длин векторов или вычисления по правилам геометрии показывают, что линейные токи Ia, Ib и Ic больше фазных токов Iab, Ibc и Ica в √3 = 1,73 раза.

На рисунке 2, б также видно, что векторная диаграмма симметричных линейных токов Ia, Ib и Ic сдвинута на 30° в сторону, обратную вращению векторов, относительно диаграммы фазных токов Iab, Ibc и Ica. Иными словами, ток Ia отстает на 30° от тока Iab. Ток Ib отстает на 30° от тока Ibc, ток Ic отстает на 30° от тока Ica. Порядок индексов в обозначении фазных токов указывает на порядок вращения фаз. В нашем примере порядок следования (вращения) фаз: a, b, c.

На рисунке 2, в показано соединение в треугольник обмоток генератора или вторичных обмоток трансформатора. Векторы токов Iba, Iac, Icb, проходящих в обмотках генератора (вторичных обмотках трансформатора), и векторы токов в нагрузке (Iab, Ica, Ibc) соответственно параллельны, но повернуты на 180°. Причина такого расположения векторов станет ясна, если совместить рисунок 2, в с правой частью рисунка 2, а, что и выполнено на рисунке 2, г.

Обращается внимание на то, что все три обмотки внутри генератора (трансформатора) соединены последовательно и образуют замкнутую цепь. Подобное соединение в установках постоянного тока привело бы к короткому замыканию. В установках трехфазного тока в силу того, что электродвижущие силы (э. д. с.) сдвинуты по фазе на 120°, ток в этом замкнутом контуре отсутствует, так как в каждый момент сумма э. д. с. трех обмоток равна нулю 1.

Необходимо здесь же заметить, что для отсутствия тока в контуре обмоток генератора (трансформатора) необходимо, чтобы обмотки имели одинаковые числа витков, были сдвинуты на 120 электрических градусов и имели э. д. с. строго синусоидальные или во всяком случае не содержащие гармоник, кратных трем (смотрите статью «Понятие о магнитном равновесии трансформатора»).

Генераторы практически никогда не соединяют в треугольник. В трансформаторах такие соединения не только распространены, но иногда выполняются с целью получения внутри трансформатора токов третьих гармоник. Зачем? Понятно не затем, чтобы создавать в трансформаторе дополнительные потери. Причины здесь гораздо сложнее, смотрите статью «Понятие о магнитном равновесии трансформатора».

Соединение в треугольник обмоток трансформаторов в двух вариантах показано на рисунке 3. Подробно вопрос о соединениях обмоток трансформаторов рассмотрен в статье «Группы соединения трансформаторов».

Рисунок 3. Соединение в треугольник трансформаторов.

Реализация силовой части схемы

Понятно, что включение двигателя производится контакторами. Их нужно три.

Есть варианты схемы “Звезда-Треугольник” с использованием Преобразователей частоты и Устройств плавного пуска (мягкого пускателя, софтстартера), но не будем раздувать статью.

1. КМ1 – это общий контактор, он подаёт питание на выводы U1, V1, W1 сразу и навсегда.
2. КМ2 – контактор “Звезды”, он соединяет выводы U2, V2, W2 в одну точку на время разгона.
3. КМ3 – контактор “Треугольника”, он подает питание на выводы U2, V2, W2 для дальнейшей работы в номинальном режиме.

Силовая часть схемы “Звезда – Треугольник”

Следите за цветами, буду и дальше их соблюдать для простоты восприятия:

1. общий контактор КМ1 – синий,
2. контактор “Звезды” КМ2 – зеленый,
3. контактор треугольника КМ3 – красный.

Соединение «треугольником» и его преимущества

Принцип соединения «треугольник» заключается в последовательном соединении конца обмотки фазы А с началом обмотки фазы В. И дальше по аналогии – конец одной обмотки с началом другой. В итоге конец обмотки фазы С замыкает электрическую цепь, создавая неразрывный контур. Данную схему можно назвать было кругом, если бы не структура монтирования. Форму треугольника предает эргономичное размещение соединения обмоток.

При соединении «треугольником» на каждой из обмоток, присутствует линейное напряжение равное 220В или 380В.

Основные преимущества применения схемы «треугольник»:

• Увеличение до максимального значения мощности электрооборудования;
• Использование пускового реостата;
• Повышенный вращающийся момент;
• Большие тяговые усилия.

Недостатки:

• Повышенный ток пуска;
• При длительной работе двигатель сильно греется.

Метод соединения обмоток двигателя «треугольником» широко используется при работе с мощными механизмами и наличия высоких пусковых нагрузок. Большой вращающий момент создается за счет увеличения показателей ЭДС самоиндукции, вызванных протекающими большими токами.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети по схеме треугольник

Подготовка асинхронного электродвигателя к включению

На самом первом этапе нам следует определиться с типом двигателя, который мы собрались подключать. Это может быть трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым или фазным ротором, двух- или однофазный двигатель, а может быть и вовсе синхронная машина.

Помочь в этом может бирка на электродвигателе, на которой указана нужная информация. Иногда это можно сделать чисто визуально — так как мы рассматриваем подключение трехфазных электрических машин, то двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет коллектора, а машина с фазным ротором имеет таковой.

Определение начала и конца обмотки

Трехфазный асинхронный электродвигатель имеет шесть выводов. Это три обмотки, каждая из которых имеет начало и конец.

Для правильного подключения мы должны определить начало и конец каждой обмотки. Существует множество вариантов того, как это сделать — мы остановимся на наиболее простых из них, применимых в домашних условиях.

• Для того чтоб определить начало и конец обмотки трехфазного двигателя своими руками, мы должны для начала определить выводы каждой отдельной обмотки, то есть определить каждую отдельную обмотку.
• Сделать это достаточно просто. Между концом и началом одной обмотки у нас обязательно будет цепь. Определить цепь нам помогут либо двухполюсный указатель напряжения с соответствующей функцией, либо обычный мультиметр.
• Для этого один конец мультиметра подключаем к одному из выводов и другим концом мультиметра касаемся поочередно остальных пяти выводов. Между началом и концом одной обмотки у нас будет значение близкое к нулю, в режиме измерения сопротивления. Между остальными четырьмя выводами значение будет практически бесконечным.
• Следующим этапом будет определение их начала и конца.

• Для того чтоб определить начало и конец обмотки, давайте немного погрузимся в теорию. В статоре электродвигателя имеется три обмотки. Если подключить конец одной обмотки к концу другой обмотки, а на начало обмоток подать напряжение, то в месте подключения ЭДС будет равен или близок к нулю. Ведь ЭДС одной обмотки компенсирует ЭДС второй обмотки. При этом в третьей обмотке ЭДС не будет наводиться.
• Теперь рассмотрим второй вариант. Вы соединили один конец обмотки с началом второй обмотки. В этом случае ЭДС наводится в каждой из обмоток, в результате получается их сумма. За счет электромагнитной индукции ЭДС наводится в третьей обмотке.

• Используя этот метод, мы можем найти начало и конец каждой из обмоток. Для этого к выводам одной обмотки подключаем вольтметр или лампочку. А любых два вывода других обмоток соединяем между собой. Два оставшихся вывода обмоток подключаем к электрической сети в 220В. Хотя можно использовать и меньшее напряжение.
• Если мы соединили конец и конец двух обмоток, то вольтметр на третьей обмотке покажет значение близкое к нулю. Если же мы подключили начало и конец двух обмоток правильно, то, как говорит инструкция, на вольтметре появится напряжение от 10 до 60В (данное значение является весьма условным и зависит от конструкции электродвигателя).
• Подобный опыт повторяем еще дважды, пока точно не определим начало и конец каждой из обмоток. Для этого обязательно подписывайте каждый полученный результат, дабы не запутаться.

Выбор схемы подключения электродвигателя

Практически любой асинхронный электродвигатель имеет два варианта подключения – это звезда или треугольник. В первом случае обмотки подключаются на фазное напряжение, во втором на линейное напряжение.

Электродвигатель асинхронный трехфазный и подключение звезда–треугольник зависит от особенностей обмотки. Обычно оно указано на бирке двигателя.

• Прежде всего, давайте разберемся, в чем отличие этих двух вариантов. Наиболее распространенным является соединение «звезда». Оно предполагает соединение между собой всех трех концов обмоток, а напряжение подается на начала обмоток.
• При соединении «треугольник» начало каждой обмотки соединятся с концом предыдущей обмотки. В результате каждая обмотка у нас получается стороной равностороннего треугольника – откуда и пошло название.

• Отличие этих двух вариантов соединения состоит в мощности двигателя и условий пуска. При соединении «треугольником» двигатель способен развивать большую мощность на валу. В то же время момент пуска характеризуется большой просадкой напряжения и большими пусковыми токами.
• В бытовых условиях выбор способа подключения обычно зависит от имеющегося класса напряжения. Исходя из этого параметра и номинальных параметров, указанных на табличке двигателя, выбирают способ подключения к сети.

Основные формулы

Перед тем, как ознакомиться с особенностями, как соединить электродвигатель звезда-треугольник, стоит вспомнить основные формулы расчета мощности и соотношения напряжений и токов между ними. При расчете устройств с питанием от сети переменного напряжения или отдельного трансформатора используют понятие полная мощность. Она обозначается большой буквой S и находится как произведение действующего значения напряжения и тока U × I . Также, есть возможность расчета, исходя из ЭДС, при котором S = E × I .

Кроме полной, также различают:

• активную;
• реактивную мощность.

В первом случае она обозначается буквой P = E × I × cos φ или P = U × I × cos φ . Во втором случае Q = E × I × sin φ или Q = U × I × sin φ . Где в формулах E – электродвижущая сила, I – ток, φ – угол между напряжением и током, создаваемым сдвигом фаз в обмотках.

Если обмотки двигателя одинаковы между собой по всем параметрам, то все виды мощностей определяются как произведение тока и напряжения, умноженного на 3.

Запуск трехфазного электродвигателя с переключением со звезды на треугольник

Данный способ применяется для того, чтобы снизить пусковой ток, который может примерно в 5-7 раз превышать номинальный ток электродвигателя. Агрегаты со слишком большой мощностью имеют такой пусковой ток, при котором легко перегорают предохранители, отключаются автоматы и, целом, значительно понижается напряжение. При таком уменьшении напряжения снижается накаливание ламп, происходит снижение вращающего момента других электродвигателей, самопроизвольно отключаются магнитные пускатели и контакторы. Поэтому, применяются разные способы, с целью уменьшения пускового тока.

Общим для всех способов является необходимость снижения напряжения в обмотках статора на время непосредственного пуска. Чтобы уменьшить пусковой ток, цепь статора на время пуска может дополняться дросселем, реостатом или автоматическим трансформатором.

Наибольшее распространение получило переключение обмотки из звезды в положение треугольника. В положении звезды напряжение становится в 1,73 раза меньше, чем номинальное, поэтому и ток будет меньше, чем при полном напряжении. Во время пуска частота вращения электродвигателя увеличивается, происходит снижение тока и обмотки переключаются в положение треугольника.

Такое переключение допускается в электродвигателях, имеющих облегченный режим пуска, так как происходит снижение пускового момента, примерно в два раза. Данным способом переключаются те двигатели, которые конструктивно могут соединяться в треугольник. У них должны быть обмотки, способные работать при линейном напряжении сети.

Соединение обмоток звездой и треугольником

В таком случае, если из схемы исключено токовое реле, и переключение режимов осуществляется по уставке таймера, то в момент перехода на треугольник будут наблюдаться всё те же броски тока почти такой же продолжительности, как и при пуске с неподвижного состояния ротора.

Начало выводов присоединяют к соответствующим фазам питающей сети. Для этих целей при эксплуатации асинхронного электродвигателя применяют специальные электроаппараты ручного управления, к которым относятся реверсивные рубильники и пакетные переключатели или более модернизированные приборы дистанционного управления — реверсивные электромагнитные пускатели рубильники. Чтобы компенсировать потери, приходится изыскивать конденсатор большой ёмкости мкФ с рабочим напряжением не менее В.

Если это маломощный агрегат, то защита такую силу тока может выдержать, а если это электродвигатель большой мощности, то никакие защитные блоки не выдержат.

В ней нет нулевого провода, его просто некуда подключать. При такой разводке следует руководствоваться исключительно сведениями, указанными на технической пластине Конфигурировать такие движки как-то иначе, в бытовых условиях не представляется возможным. Однако простота требует жертв.

Как снизить пусковые токи электродвигателя?

Явление значительного повышения пусковых токов при запуске высокомощных устройств, подсоединенных по схеме Δ, приводит в сетях с перегрузкой к кратковременному падению напряжения ниже допустимого значения. Все это объясняется особой конструкцией асинхронного электродвигателя, у которого ротор с большой массой обладает высокой инерционностью. Поэтому на начальном этапе работы мотор перегружается, особенно это актуально для роторов центробежных насосов, турбинных компрессоров, вентиляторов, станочного оборудования.

Чтобы снизить влияние всех этих электротехнических процессов, используют подключение электродвигателя «звездой» и «треугольником». Когда двигатель набирает обороты, ножи специального переключателя (пускателя с несколькими трехфазными контакторами) переводит обмотки статора со схемы Y на Δ.

Для реализации смены режимов кроме пускателя нужно специальное реле времени, благодаря которому происходит временная задержка 50-100 мс при переключении и защита от трехфазного короткого замыкания.

Сама процедура использования комбинированной схемы Y/ Δ эффективно помогает уменьшить пусковые токи мощных трехфазных агрегатов. Происходит это следующим образом:

При подаче напряжения 660 В по схеме «треугольник», каждая обмотка статора получает 380 В (√3 раза меньше), а, следовательно, по закону Ома, в 3 раза уменьшается сила тока. Поэтому при запуске в свою очередь в 3 раза снижается мощность.

Но такие переключения возможны только для моторов с номинальным напряжением 660/380 В при включении их в сеть с такими же значениями напряжения.

Опасно подключать электродвигатель с номинальным напряжением 380/220 В в сеть 660/380 В, его обмотки могут быстро перегореть.

И также помните, что вышеописанные переключения недопустимо применять для электромоторов, у которых на валу размещена нагрузка без инерции, к примеру, вес лебедки или сопротивление поршневого компрессора.

Для такого оборудования устанавливают специальные трехфазные электрические двигатели с фазным ротором, где реостаты уменьшают значение токов при пуске.

Чтобы изменить направление вращения электромотора, необходимо сменить местами две любые фазы сети при любом типе подключения.

Для этих целей при эксплуатации асинхронного электродвигателя применяют специальные электроаппараты ручного управления, к которым относятся реверсивные рубильники и пакетные переключатели или более модернизированные приборы дистанционного управления — реверсивные электромагнитные пускатели (рубильники).

Источник: electriktop.ru

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.

Из рисунка видно, что при соединении «звездой» токи в проводниках и токи в обмотках электродвигателя равны. Ток в фазе определяется фазным напряжением:

   

,

где
– сопротивление обмотки одной фазы, их можно принять равными. Можно записать, что

   

.

Для соединения «треугольником» токи другие – они определяются линейными напряжениями, приложенными к сопротивлению Z:

   

.

Следовательно, для данного случая
.

Теперь можно сравнить полную мощность (
), потребляемую электродвигателями с разной схемой.

• для соединения «звездой» полная мощность равна
• 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.

Заземление нейтрали и безопасность

Поясним вкратце, зачем в сетях до 1000 В заземляют нейтраль, по каким причинам иногда отдают предпочтение изолированной нейтрали, для чего служат пробивные предохранители.

На рисунке 10, а показаны вторичные обмотки трансформатора Т, питающие четырехпроводную сеть напряжением 380 / 220 В, нейтраль которой изолирована. Пусть в рассматриваемый момент изоляция совершенно исправна. Тем не менее на рисунке показаны три сопротивления r, соединенные в звезду. Ее нейтралью является земля. Эти сопротивления условно изображают несовершенство изоляции проводов, которая в какой-то степени все же проводит ток. На этом же рисунке показаны три конденсатора C, соединенные в звезду. Ее нейтралью также служит земля. Конденсаторы условно изображают электрическую емкость проводов относительно земли, что в электроустановках переменного тока весьма важно, так как емкость проводит ток.

Читайте также:  Назначение и подключение пусковых конденсаторов для электродвигателей. Подключение пусковых конденсаторов к электродвигателю

Рисунок 10. Потенциал нейтрали. Заземления в трехфазных системах.

Какие же напряжения имеются в рассматриваемой электроустановке? Между линейными проводами 380 В, между каждым линейным проводом и нейтралью трансформатора 220 В, между каждым линейным проводом и землей 220 В. Почему? Потому что земля оказалась нейтралью звезд из трех равных сопротивлений r и трех равных емкостей C. А если линейный провод относительно нейтрали трансформатора имеет такое же напряжение, как и относительно земли, то ясно, что между нейтралью трансформатора и землей напряжение равно нулю 3.

Прикосновение человека, стоящего на земле, к одному из линейных проводов небезопасно, так как через несовершенную изоляцию, емкости проводов и тело человека проходит ток. В один из моментов времени его направление показано на рисунке 10, б. Сила тока, а следовательно, и степень опасности определяются значениями сопротивлений, емкостей и фазным напряжением. Иными словами, в данном случае человек находится под напряжением 220 В.

Но что произойдет, если один из линейных проводов заземлится, а человек, стоящий на земле, прикоснется к другому линейному проводу? Из рисунка 10 в, видно, что человек окажется теперь не под фазным, а под линейным напряжением 380 В, что значительно опаснее.

В сетях с заземленной нейтралью человек, стоящий на земле и прикоснувшийся к линейному проводу, попадает под фазное напряжение (рисунок 10, г). Если при этом заземлится другой линейный провод (рисунок 10, д), то предохранитель перегорит, но повышения напряжения с фазного до линейного (как в сетях с изолированной нейтралью) не будет.

Это значит, что как в сети 380 / 220 В с заземленной нейтралью, так и в сети 220 / 127 В с изолированной нейтралью человек, касающийся оголенного провода, может попасть под напряжение 220 В. Но сети 380 / 220 В выгоднее сетей 220 / 127 В, так как для передачи одинаковой мощности при 380 / 220 В нужны провода меньшего сечения.

Предупреждение. Для обеспечения безопасности заземления следует выполнять, строго соблюдая, ряд требований. Этому специальному вопросу уделено особое внимание в ПУЭ, посвящен ряд книг, и в их числе книги М. Р. Найфельда «Заземление и другие защитные меры» и П. А. Долина «Действие электрического тока на тело человека и первая помощь пострадавшему».