Зірка і трикутник в електродвигуні: принцип підключення і відмінності

Вся навантаження в трифазних ланцюгах з’єднується по схемі зірка або трикутник. Залежно від виду споживачів електроенергії і напруги в електромережі і вибирають відповідний варіант. Якщо говорити про електродвигунах, то від вибору варіанту з’єднання обмоток залежить можливість його роботи в конкретній мережі з номінальними характеристиками. У статті ми розглянемо, чим відрізняються зірка і трикутник в електродвигуні, на що вони впливають і який принцип підключення проводів в клемнику трифазного двигуна.

теорія

Як вже було сказано, схеми з’єднання зірка і трикутник характерні не тільки для електродвигуна, а й для обмоток трансформатора, нагрівальних елементів (наприклад, тенів електрокотла) і інший навантаження.

Щоб зрозуміти чому ці схеми з’єднання елементів трифазного ланцюга так називаються, потрібно їх трохи змінити.

У «зірці», навантаження кожної з фаз з’єднана між собою одним з висновків, це називається нейтральна точка. У «трикутнику» кожен з висновків навантаження підключається до різнойменних фаз.

Розглянемо це питання на прикладі з’єднання обмоток трифазного трансформатора або трифазного двигуна (в цьому контексті це не має значення).

На цьому малюнку відмінності більш помітні, в «зірці» почала обмоток підключаються до фазним провідникам, а кінці з’єднуються разом, в більшості випадків до цієї ж точки навантаження підключається нульовий провід від живлячої генератора або трансформатора.

Точкою позначені початку обмоток.

Тобто в «трикутнику» кінець попередньої обмотки і початок наступного з’єднуються, і до цієї точки підключається живить фаза. Якщо переплутати кінець і початок – підключається машина не буде працювати.

В чому різниця

Якщо говорити про підключення однофазних споживачів, коротко розберемо на прикладі трьох електротенов, то в «зірці», якщо згорить один з них продовжать працювати два залишилися. Якщо згорить два з трьох – взагалі жоден з них не буде працювати, оскільки вони попарно підключаються на лінійну напругу.

У схемі трикутника навіть при перегорання 2 тенів – третій продовжить працювати. У ній немає нульового проводу, його просто нікуди підключати. А в «зірці» його підключають до нейтральної точки, і потрібен він для зрівнювання струмів фаз і їх симетрії в разі різної навантаження по фазах (наприклад, в одній з гілок підключений 1 ТЕН, а в інших по 2 паралельно).

Але якщо при такому з’єднанні (з різним навантаженням по фазах) отгоріт нуль, то напруги будуть неоднакові (там, де більше навантаження просяде, а де менше – зросте). Детальніше про це ми писали в статті про перекосі фаз.

При цьому потрібно врахувати, що підключати звичайні однофазні прилади (220) між фазами, на 380В, не можна. Або прилади повинні бути розраховані на таке харчування, або мережа повинна бути з Uлінейним 220В (як в електромережах з ізольованою нейтраллю деяких специфічних об’єктів, наприклад, кораблів).

Але, при підключенні трифазного двигуна, нуль до середньої точки зірки часто вже не підключають, так як це симетрична навантаження.

Формули потужності, струму і напруги

Почнемо з того що в схемі зірки є два різних напруги – лінійне (між лінійними або фазними проводами) і фазну (між фазою і нулем). Uлінейное в 1,73 (корінь з 3) разів більше Uфазного. При цьому лінійний і фазний струми рівні.

Uл = 1,73 * Uф

Iл = Iф

Тобто лінійне і фазну напругу співвідносяться так, що при лінійному в 380В, фазное одно 220В.

У «трикутнику» Uлінейное і Uфазное рівні, а струми відрізняються в 1,73 рази.

Uл = Uф

Iл = 1,73 * Iф

Потужність в обох випадках вважають за однаковими формулами:

  • повна S = 3 * S ф = 3 * (Uл / √3) * I = √3 * Uл * I;
  • активна P = √3 * Uл * I * cos φ;
  • реактивна Q = √3 * Uл * I * sin φ.

При підключенні однієї і тієї ж навантаження на ті ж Uфазное і Uлінейное, потужність підключених приладів буде відрізнятися в 3 рази.

Припустимо, є двигун, який працює від трифазної мережі 380 / 220В, а його обмотки розраховані на підключення по «зірці» до електромережі з Uлінейним в 660В. Тоді при підключенні в «трикутник» живить Uлінейное має бути в 1,73 рази менше, тобто 380, що підходить для підключення до нашої мережі.

Наведемо розрахунки, щоб показати, які відмінності для двигуна будуть при перемиканні обмоток з однієї схеми на іншу.

Припустимо, що струм статора при підключенні в трикутник в мережу 380В був 5А, тоді повна його потужність дорівнює:

S = 1,73 * 380 * 5 = 3287 ВА

Перемкнемо електродвигун на «зірку» і потужність знизиться в 3 рази, так як напруга на кожній обмотці знизилося в 1,73 рази (було 380 на обмотку, а стало 220), і струм теж в 1,73 рази: 1,73 * 1 , 73 = 3. Значить з урахуванням знижених величин проведемо розрахунок повної потужності.

S = 1,73 * 380 * (5/3) = 1,73 * 380 * 1,67 = 1070 ВА

Як бачите – потужність впала в 3 рази!

Але що буде, якщо є інший електродвигун і він працював в «зірці» в мережі 380В і струмом статора в ті ж 5А, відповідно і обмотки розраховані для підключення в «трикутник» на 220В (3 фази), але з якоїсь причини їх з’єднали саме в «трикутник» і підключили до 380В?

У цьому випадку потужність зросте 3 рази, так як напруга на обмотку тепер навпаки збільшилася в 1,73 рази і струм у стільки ж.

S = 1,73 * 380 * 5 * (3) = 9861 ВА

Потужність двигуна стала більше номінальної в ці самі 3 рази. Значить він просто згорить!

Тому потрібно підключати електродвигун за тією схемою з’єднання обмоток, яка відповідає їх номінальній напрузі.

Практика – як вибрати схему для конкретного випадку

Найчастіше електрики працюють з мережею 380 / 220В, так розглянемо само як підключити, зіркою або трикутником, електродвигун до такої трифазної електромережі.

У більшості електродвигунів може бути змінена схема з’єднання обмоток, для цього в Брно є шість клем, розташовані вони таким чином, щоб за допомогою мінімального набору перемичок можна було зібрати потрібну вам схему. Простими словами: висновок початку першої обмотки розташований над кінцем третього, початку другої, над кінцем першої, початок третьої над кінцем другий.

Як відрізнити два варіанти підключення електродвигуна ви бачите на малюнку нижче.

Поговоримо про те, яку схему вибирати. Схема підключення котушок електродвигуна не має особливого впливу на режим роботи двигуна, за умови відповідності номінальним параметрам двигуна мережі живлення. Для цього дивимося на шильдик і визначаємо, на які напруги розрахована конкретно ваша електрична машина.

Зазвичай маркування має вигляд:

Δ / Y 220/380

Це розшифровується так:

Якщо міжфазне напруга дорівнює 220 – збирайте обмотки в трикутник, а якщо 380 – в зірку.

Щоб просто відповісти на питання «Як з’єднати обмотки у двигуна?» Ми зробили для вас таблицю вибору схеми з’єднання:

Перемикання із зірки на трикутник для плавного пуску

При запуску електродвигуна спостерігаються високі пускові струми. Тому для зниження пускових струмів асинхронних двигунів використовується схема пуску з перемиканням обмоток із зірки на трикутник. При цьому, як було сказано вище, електродвигун повинен бути розрахований підключення в «трикутник» і роботі під Uлінейним вашої мережі.

Таким чином в наших трифазних електромережах (380 / 220В) для таких випадків використовують двигуни номінальними «380/660» Вольт, для «Δ / Y» відповідно.

При пуску обмотки включаються «зіркою» на знижену напругу 380В (щодо номінальних 660В), двигун починає набирати обертів і в певний момент часу (зазвичай за таймером, в ускладнених варіантах – по сигналу датчиків струму і оборотів) обмотки перемикаються в «трикутник» і працюють вже на своїх номінальних 380 вольтах.

На ілюстрації вище описаний такий спосіб пуску двигунів, але в якості прикладу зображено перекидний рубильник, на практиці ж використовують два додаткових контактора (КМ2 і КМ3), вона хоч і складніше звичайної схеми підключення електродвигуна, але це не є її недоліком. Зате у неї цілий ряд переваг:

  • Менше навантаження на електромережу від пускових струмів.
  • Відповідно менші просадки напруги і зменшується ймовірність зупинки супутнього обладнання.
  • М’який пуск двигуна.

Є два головні недоліки цього рішення:

  1. Потрібно прокладати два трижильний кабелю від місця розташування контакторів безпосередньо до клем двигуна.
  2. Падає пусковий момент.

висновок

Як такі відмінності в робочих характеристиках при підключенні одного і того ж електродвигуна по схемі зірка або трикутник немає (він просто згорить, якщо ви помилитеся при виборі). Також, як і немає переваг і недоліків будь-якої зі схем. Деякі автори наводять як аргумент те, що в «зірці» ток менше. Але при аналогічній потужності двох різних двигунів, один з яких розрахований на підключення в «зірці», а другий в «трикутнику» до мережі, наприклад, 380 – струм буде однаковим. А один і той же двигун можна перемикати «абияк» і «незрозуміло для чого», так як він просто згорить. Головне вибирати той варіант, який відповідає напрузі мережі живлення.

Сподіваємося, тепер ви стало більше зрозуміло про те, що собою являє схема зірка і трикутник в електродвигуні, яка різниця в підключенні кожним із способів і як вибрати схему для конкретного випадку.

Ссылка на основную публикацию