Соединение типа звезда и треугольник для электродвигателей при помощи колодки для электродвигателей от Элемаг

Звезда и треугольник: принцип подключения

Рассмотрим основные принципы реализации самых популярных видов подключений обмоток устройств, работающихот трехфазной электрической сети.

Соединения типа звезда

Устройство, предназначенное для работы с трехфазной сетью, всегда имеет три независимых друг от друга рабочих обмотки. Каждая из последних, в свою очередь, имеет два вывода (своеобразные начало и конец обмотки). Подключение по типу звезды предполагает коммутацию концов всех обмоточных элементов в единый узел, именуемый нулевой точкой.

Начальные выводы каждой из обмоток соединяются с фазными проводниками электрической сети, к которой осуществляется подключение. Иными словами, начало каждой обмотки подключается к одной из фаз – A, B, C (L1, L2, L3). Между началами любой пары обмоток наличествует фазное напряжение питающей сети – 380 вольт.

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).

Соединение типа треугольник

Суть подключения обмоточной части трехфазного устройства по принципу треугольной схемы заключается в коммутации конца одной обмотки с началом другой. Иными словами, конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй – с началом третьей, конец третьей – с началом первой. Таким образом создается электрический контур и замыкается цепь.

При таком типе соединения обмоток между началами каждой пары из них наличествует линейное (однофазное) напряжение, равное 220 вольт. Обычно соединение обмоток треугольником реализуется посредством специальных металлических перемычек, как правило, входящих в комплектацию оборудования.

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:  Как заменить аккумулятор в автомобиле — порядок замены

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

В чем разница подключений типа звезда и треугольник?

Принципиальная разница между звездочкой и треугольным соединением заключается в том, что при использовании одной питающей электрической сети имеется возможность создавать разные параметры напряжения на подсоединяемом устройстве.

Чаще всего применяется объединение обмоточных элементов по типу звезды. Это оправдано щадящими условиями последующей эксплуатации электрического приводного механизма либо трансформаторного устройства.Использование типа соединения по треугольному принципу оправдано в случаях включения в трехфазную сеть механизмов внушительной мощности, имеющих большие пусковые токи.

Таким образом, к основным достоинствам соединения обмоточных элементовпо типу звезды можно отнести следующие свойства данного типа коммутации:

• снижение мощностной характеристики в целях повышения надежности эксплуатируемого оборудования;
• устойчивость и стабильность режима безостановочной работы привода;
• возможность плавного запуска электрического приводного механизма;
• возможность выдерживания кратковременной перегрузки;
• отсутствие перегрева корпуса оборудования.

Важно! Некоторое электромеханическое и электротехническое оборудование имеет в своей сборке внутреннее соединение концов обмоток в звездочку. Такие устройства не предназначены для эксплуатации при иных способах соединения обмоток.

Для подключения к электрической сети у них имеется просто три вывода, представляющих собой начала обмоток. Описанное оборудование является простым в монтаже, который, в свою очередь, не требует особых электромонтажных навыков.

В то же время у соединения обмоток по типу треугольника можно выделить следующие преимущества:

• повышение мощностной характеристики;
• применение пускового реостата;
• больший вращающий момент электропривода;
• увеличенные тяговые параметры.

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 Z – 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.

Переключатель звезда-треугольник

Для конструктивно сложных механизмов повышенной мощности может применяться электрическая схема подключения обмоток с комбинированием двух схем – треугольной и звездной. При этом в момент запуска устройства обмоточные элементы двигателя объединены в звездочку. После момента его перехода с пусковых показателей на рабочие звезда преобразуется в треугольник посредством релейно-контакторной схемы. При таком подходе к реализации коммутации обмоток достигаются одновременно максимальная надежность и продуктивность эксплуатации механизма.

Важно! Переключатель звезда-треугольник возможно использовать только для электрических приводов, имеющих на своем валу нагрузку свободного вращения. К таким устройствам относятся вентиляторы, центробежные насосы, валы центрифуг, станков и иного, схожего по своей конструкции, оборудования.

При этом даже если на валу устройства имеется свободно вращающаяся нагрузка, стартового силового момента при подключении типа звездочка может быть недостаточно для перехода к режиму треугольника по причине увеличения сопротивления среды вращения механизма. При такой ситуации переход от одного типа коммутации к другому осуществляется по установке таймера.

Такое переключение требует грамотного расчета стартового момента. Следовательно, использование переключения звезда-треугольник требует тщательного анализа своей целесообразности, основанного на технических расчетах.

Теперь вы знаете, что представляют из себя подключение обмоток по принципу звезды и треугольника, а также осведомлены о том, чем они отличаются друг от друга. Грамотный выбор в пользу того или иного соединения (либо применения их в совокупности) убережет ваше оборудование от преждевременного износа и обеспечит его стабильную работу на протяжении всего срока службы.

Комбинирование схем

В механизмах высокой сложности зачастую используется комбинированное подключение трёхфазного двигателя звездой и треугольником. Это позволяет не только увеличить мощность агрегата, но и продлить его срок службы, если он не рассчитан на работу по способу «треугольник». Так как пусковые токи в моторах большой мощности обладают высокими значениями, то при старте оборудования часто выходят из строя предохранители или отключаются автоматы.

Чтобы уменьшить линейное напряжение в статорной обмотке, активно используются различные дополнительные устройства, например, автотрансформаторы, реостаты и т. д. В результате достигается снижение напряжения более чем в 1,7 раза. После успешного пуска мотора начинает постепенно возрастать частота, а сила тока снижается. Применение в такой ситуации релейно-контактной схемы позволяет добиться переключения соединение звезда и треугольник электродвигателя. В такой ситуации обеспечивается максимально плавный пуск силового агрегата.

Однако комбинированную схему нельзя использовать, если необходимо уменьшить показатель пускового тока, но одновременно требуется большой крутящий момент. В таком случае следует применять электромотор с фазным ротором, оснащенный реостатом.

Если говорить о преимуществах сочетания двух методов подключения, то можно отметить два:

• Благодаря плавному пуску увеличивается срок эксплуатации.
• Можно создать два уровня мощности агрегата.

Сегодня наиболее широко применяются электромоторы, рассчитанные на работу в сетях на 220 и 380 вольт. Именно от этого и зависит выбор схемы подключения. Таким образом, «треугольник» рекомендуется использовать при напряжении в 220 В, а «звезду» — при 380 В.

Управляющая схема

Работу этих контакторов можно организовать несколькими способами:

• задействовать три обычных тумблера. Дёшево и сердито, но неудобно;
• использовать полуавтоматический переключатель типа 0–Y–Δ, они продаются в готовом виде. Но можно собрать их и своими руками, используя переключатель кулачкового или галетного типа;
• схема с таймером с применением реле;
• использование специализированного реле;
• включение в схему контроллера типа PLC.

При желании слаботочную часть схемы можно отделить от силовой посредством гальванической развязки, что, конечно, усложнит схему, так как нужно будет использовать трансформатор или блок питания на 24 В, а если есть возможность, то используют 12-вольтный аккумулятор.

Мы пойдём по простому пути:

Здесь в схему добавляется элемент КА1, который является временным реле, обеспечивающим задержку при перекоммутации. Какой тип реле использовать, особого значения не имеет – оно может быть пневматическим или полностью электронным. Важно только, чтобы контакты релюшки замыкались через некоторое время после того, как на КА1 будет подано питание.

Что касается запуска двигателя, то здесь тоже могут быть разные варианты. Можно, например, использовать тумблер или кнопку, а можно реализовать схему классического вида с применением самоподхвата.

Подобная схема имеет один, но существенный недостаток: имеется не нулевая вероятность конфликта между звездным и треугольным контакторами. При малейшей неточности в подборе компонент контакты начнут подгорать, что часто приводит к отключению вводного автомата.

Чтобы свести на нет аварийность, необходимо обеспечить наличие блокировки, можно электрической, но рекомендуется механическая.

Если использовать специализированное временное реле, то оно содержит два реле времени, причём основанными на разном принципе функционирования, а чтобы гарантировать нужную паузу между переключениями, эти два реле синхронизируют.

Временные диаграммы

Рассмотрим временную диаграмму работы переключателя «звезда-треугольник» применительно к нашей схемной реализации.

Здесь более-менее все понятно, но нужно ещё раз уточнить важный нюанс: между областями, соответствующими срабатыванию КМ3 (то есть между зеленой и красной полосками) должен быть ненулевой зазор.

Если его не обеспечить, тогда может возникнуть ситуация, когда две области пересекаются. Например, при включении в схему обратновключенного диода время включения может быть меньше времени выключения в 10 раз.

Оборудование с возможностью переключения типа соединения со звезды на треугольник

Зачастую электрическое оборудование имеет возможность работать как на звезде, так и на треугольнике. Каждый пользователь должен самостоятельно определить необходимость соединения обмоток в звезду или треугольник.

В особо мощных и сложных механизмах, может применяться электрическая схема с комбинированием треугольника и звезды. В таком случае, в момент пуска, обмотки электрического двигателя соединяются в треугольник. После выхода двигателя на номинальные показатели, с помощью релейно-контакторной схемы треугольник переключается на звезду. Таким способом достигается максимальная надежность и продуктивность электрической машины, без риска нанести ей урон или вывести её из строя.

Посмотрите так-же интересное видео на эту тему:

Какие двигатели могут быть подключены способом «звезда-треугольник»?

Основная направленность современной промышленности – низковольтные агрегаты, имеющие 2 основных рабочих напряжения – 220/380В, 380/660В. Есть также другие варианты, например – 230/400В, однако принцип работы при этом не сильно отличается, поэтому для понимания процесса достаточно рассмотреть основные пары. Двойной показатель указывает на рабочий вольтаж при включении «треугольником», «звездой» соответственно. Важно помнить, что при втором варианте подключения напряжение всегда больше.

220/380В

Данный вариант системы имеет минимальное напряжение, аналогичное бытовым централизованным сетям электроснабжения. Поэтому его можно подключать к 1-фазной сети, но исключительно по типу «треугольник». Для этого применяют фазосдвигающий конденсатор или специальный частотный преобразователь.

Если же подключение производится на мощности 380В, используется схема «star» посредством контактора или УПП. Важный момент заключается в том, что такие низковольтные модели не могут быть использованы с комбинированной схемой «звезда-треугольник».

380/660В

Оптимальный вариант напряжений для использования комбинации из двух последовательно используемых способов. Напрямую данный тип электродвигателя включается через дельту с использованием частотного преобразователя или контактора.

Технические характеристики каждого конкретного агрегата указываются на его бирке, описывается сопутствующей документацией. Там же можно найти предпочтительные схемы включения и возможность их переключения.

Пусковые реле

Запуск по принципу «звезда-треугольник» современные системы реализовали посредством специального реле. Оно может иметь различные названия, например – «Стар-дельта», «Пусковое реле времени». При этом алгоритм действия остается неизменным:

• после поступления питания запускается отсчет времени разгона;
• размыкаются контакты и выключается пускатель «звезды»;
• замыкается контактор, включающий «треугольник».

Есть много разновидностей таких реле. Они производятся в Украине, Италии, Австрии, Чехии. Система может быть модульной, съемной. Функционал включает программируемую работу с разными периодами эксплуатации – цикл, сутки, неделя. Различаться может функциональность, от узконаправленного действия до многофункционального устройства.

Реле времени «Стар-Дельта»

Использование обычного реле времени на современных системах не пользуется популярностью. Тому есть несколько причин:

1. Модели пневматического и механического типа отличаются чувствительностью к внешним факторам и перебоям питания.
2. При создании цепи необходимо включать второе реле, контролирующее паузу между сменой режимов. Данная опция часто упускается, из-за чего появляются конфликты между контакторами.
3. Стоимость установки универсального варианта практически не отличается от специализированных моделей.

При учете этих и других нюансов наиболее рациональным становится установка специальных реле типа «Стар-Дельта». При доступной стоимости, данный прибор позволяет осуществлять автоматический контроль работы и своевременное переключение режимов.

Преимущества

Специализированные реле могут получать питание от разного напряжения (например, 220В и 24В), что дает больше возможностей по выбору контакторных катушек. Также это позволяет подобрать нужный режим питания для реле, исходя из параметров пускового контактора. Функционально устройство предоставляет возможность регулировать время разгона. Пауза устанавливается на промежуток от 1 секунды до 16 минут. На передней панели для этого есть специальные регуляторы и переключатели.

Принцип работы

На боковой стороне специализированного реле или в сопроводительной документации зачастую указывается диаграмма его срабатывания во временных промежутках. Согласно ей, при подаче пускового питания на устройство, производится включение схемы «star». Начинается период разгона. Он может регулироваться с помощью специальных органов управления, расположенных для этого на передней панели.

По прошествии установленного промежутка, контактор «звездного» соединения размыкается, наступает пауза, длительность которой также регулируется. Период характеризуется подачей на обмотки напряжения без тока. Вращение вала продолжается за счет инерции. После окончания паузы вторым контактором включается режим «треугольник» и двигатель выходит на номинальную рабочую мощность.

Особенностью такого специализированного реле является возможность самостоятельно выбирать необходимый режим работы. За точностью и правильной последовательностью запуска следит программа, что исключает необходимость постоянного контроля питания со стороны оператора, а также сводит к минимуму вероятность аварийной ситуации.

Зачем нужны схемы?

Пуск примечателен возникновением пусковой нагрузки, значительно превышающей номинальный параметр. Если двигатель маломощный, то специальные защитные компоненты смогут выдержать удар. Но в случае с высокомощными агрегатами происходит неизбежное проседание напряжения. Выходят из строя предохранители, автоматические выключатели, предназначенные для защиты промышленных установок от разрушительных воздействий. Частотность вращения подвижной части при пуске значительно ниже паспортной.

Пусковой ток снижается такими способами:

• размещением в системе с трансформатора, дросселя или регулирующего реостата;
• переключением схемы соединения обмоток ротора – происходит при помощи производственной системы автоматизации (ПСА). Отвечает за автоматизированную регулировку функциональных возможностей инфраструктуры предприятия – включает определенное оборудование, выключает технологическое оснащение, если оно не нужно в данный момент.

Последний метод активней встречается на производствах – он довольно простой, эффективный. Снижение пускового тока обеспечивается изменением схемы звезды в треугольник. Во время запуска двигателя обмотки соединяются в звезду, а после постепенного и равномерного разгона – переключаются на треугольник.

Рекомендация: Если оснащение использует обе схемы, тогда к общей точке подключения присоединяется дополнительная нейтраль от сети электроснабжения. Во время работы возможна амплитудная фазная асимметрия. Нейтраль компенсирует этот эффект, что препятствует появлению проблем с работоспособностью силовых агрегатов.

Данные схемы электрического мотора существенно отличаются друг от друга. Перед тем, как обеспечить подключение трехфазного двигателя методом треугольника или звезды, необходимо максимально точно разобраться с нюансами каждой из схем. Иначе, вместо положительного результата в виде эффективной работы существует вероятность того, что возникнут серьезные неприятности с функционированием оборудования.

Схема подключения обмоток электродвигателя звездой

Вот так выглядит борно электродвигателя и здесь обмотки соединены звездой.  Т.е. концы обмоток соединены в одной точке.

Мои коллеги-инженеры сталкивались с такими случаями, когда перемычки кидали на начало обмоток, куда подключался питающий кабель. Сразу возникало короткое замыкание.

Фазное и линейное напряжение при соединении обмоток в звезду разное, а ток одинаковый.

А теперь давайте найдём полную мощность,  развиваемую электродвигателем.

Полная мощность в трёхфазной системе равна сумме полных мощностей трёх фаз:

И теперь формула полной мощности будет выглядеть вот так:

А чтобы найти активную мощность применим следующую формулу:

где cosф- коэффициент мощности, n- КПД

 Из формулы активной мощности выразим ток:

где cosф- коэффициент мощности, n- КПД

Схема подключения обмоток электродвигателя треугольником

Вот так выглядит борно электродвигателя и здесь обмотки соединены треугольником.  Т.е. конец обмотки соединён с началом следующей обмотки.

Фазное и линейное напряжение равны. Линейный  ток в 1,73 раза больше фазного.

Формула полной мощности будет выглядеть вот так:

Если обратить внимание на формулу полной мощности при подключении звездой, то мы заметим, что формулы полной мощности одинаковые.

А чтобы найти активную мощность применим следующую формулу:

где cosф- коэффициент мощности, n- КПД

 Из формулы активной мощности выразим ток:

где cosф- коэффициент мощности, n- КПД

Внимательный читатель должен был заметить, что формула мощности одинаковая при подключении треугольником и при подключении звездой.  Так и есть, просто, чтобы поддержать необходимую мощность, у нас будет меняться ток.

Но чтобы двигатель не сгорел при переключении с треугольника на звезду, надо уменьшить нагрузку на валу двигателя до тех пор, пока фазный ток не станет равный фазному току при подключении треугольником.

Поэтому и говорят, что мощность при подключении обмоток электродвигателя звездой меньше, чем при соединении треугольником.

Почему при пуске применяют схему звезда-треугольник

Формула мощности в момент пуска не действует, т.к. двигатель не вращается – ЭДС Самоиндукции отсутствует (индуктивное сопротивление).

По факту у нас есть обмотка с очень маленьким сопротивлением и напряжение, подаваемое на двигатель. И ток здесь рассчитывается по закону Ома. Чем меньше у нас подаваемое напряжение на обмотку электродвигателя, тем меньше будет ток в обмотке.

А мы помним, что при треугольнике у нас на обмотку подаётся линейное напряжение, а при звезде напряжение будет в 1.73 раза меньше чем на треугольнике. Следовательно, и пусковые токи будут меньше.

Но не забываем, что закон Ома действует только в момент пуска электродвигателя. Когда двигатель выходит на номинальные обороты, ему необходимо поддерживать мощность, которая присутствует на валу. А так как напряжение при звезде меньше в 1.73 раза, то начинает подниматься ток, чтобы компенсировать падение напряжения на обмотках электродвигателя.

Будьте внимательны!!!

Бывает попадаются шильдики электродвигателей, которые путают электриков, и они могут допустить ошибку при подключении. Например:  Написана буква V, под ней нарисован треугольник, а внизу два напряжения 400 Вольт на 50 Герц и 460 Вольт на 60 Герц. Специалист думает, что буква V-это значок звезды, а так как у него напряжение 400 Вольт, то подключает звездой. А на самом деле этот движок рассчитан на одно лишь подключение- треугольником. А буква V обозначает напряжение.

Что говорит ПУЭ?

Электромоторы, использующиеся для обеспечения работы силовых машин, и, осуществляющие единый техпроцесс, должны оснащаться общим коммутационным аппаратом – если это требует безопасность. Иначе, допускается оснащение двигателей отдельными коммутационными приборами (КП).

КП, находящиеся в общих с моторами цепях, должны одновременно выключать все проводники, по которым проходит напряжение. Если в инфраструктуре предприятия присутствует дистанционное, автоматическое управление электродвигателем (АУЭ), тогда вблизи последнего размещается специализированный аппарат аварийного отключения. Это формирует защиту от чрезвычайных происшествий, происходящих из-за перебоев в работоспособности агрегатов.

ПУЭ допускает отсутствие АУЭ, если:

• установки исключают возможность каких-либо случайных прикосновений к вращающимся элементами механизмов. Возле таких установок размещаются плакаты, уведомляющие о том, чтобы агрегат может быть запущен при помощи дистанционного управления, или автоматически;
• силовые установки оснащены специализированными приборами, обеспечивающими локальный контроль с последующей командой на отключение.

Необходимость монтажа автоматических устройств отключения определяется еще на этапе проектирования комплексов промышленных манипуляторов. При этом цепи АУЭ допускается питать как от централизованного энергоснабжения, так и через децентрализованные источники электричества.

Предотвращение внезапных запусков обеспечивается блокировочной связью. Она автоматически отключает главную цепь, когда отсутствует питание. Аппараты, отвечающие за коммутацию, должны отличаться повышенной устойчивостью к расчетным токам короткого замыкания.

Подведем итог

Схемы обмоток используют тогда, когда подключают электрическое оборудование. Варианты различаются между собой и обеспечивают разные режимы работы. Для мощного электрооборудования лучше подходят схемы треугольник тогда, как звезда обеспечивает плавную работу, защищает от износа и перегрева.