Звезда треугольник — особенности соединений в установках трехфазного тока

Звезда треугольник — особенности соединений в установках трехфазного тока

Звезда и треугольник — это основные виды соединений в установках трехфазного тока. Каждая схема обладает присущими только ей свойствами, и важно правильно ее применять или комбинировать.

Данный обзор ориентирован в первую очередь на широкую аудиторию, которая может не знать терминологии, особенностей расчетов, векторов и прочей узкоспециализированной информации. Да и ни к чему она, если нет понимания. А ретрансляция учебников и прочей электротехнической литературы без нормального пояснения — путь в никуда. Поэтому постараемся по возможности простыми словами рассмотреть основные особенности использования схем звезда и треугольник.

Чем отличаются соединения звездой и треугольником

Питание асинхронного электродвигателя происходит от трехфазной сети с переменным напряжением. Такой двигатель, при простой схеме подключения, оснащен тремя обмотками, расположенными на статоре. Каждая обмотка имеет сдвиг друг относительно друга на угол 120 градусов. Сдвиг на такой угол предназначен для создания вращения магнитного поля.

Концы фазных обмоток электродвигателя выведены на специальную «колодку». Выполнено это с целью удобства соединения. В электротехнике используют основных 2 метода подключения асинхронных электродвигателей: методом соединения “треугольника” и метод “звезды”. При соединении концов применяют специально предназначенные для этого перемычки.

В чём отличия схем подключения обмоток электродвигателя звездой и треугольником

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».

Пуск трехфазного асинхронного двигателя по схеме переключение «звезда – треугольник»

Подключение оперативного напряжения, через контакт реле времени К1 и контакт К2, в цепи катушки контактора К3. Включение контактора К3, размыкает контакт К3 в цепи катушки контактора К2 (блокировка ошибочного включения), замыкается контакт К3, в цепи катушки контактора К1 совмещенного с пневматическим реле времени.

Используйте на своих сайтах и блогах или на YouTube кликер для adsense

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).

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).

Схема переключения электродвигателя со звезды на треугольник – Подключение двигателя звезда-треугольник

Питание асинхронного электродвигателя происходит от трехфазной сети с переменным напряжением. Такой двигатель, при простой схеме подключения, оснащен тремя обмотками, расположенными на статоре. Каждая обмотка имеет сдвиг друг относительно друга на угол 120 градусов. Сдвиг на такой угол предназначен для создания вращения магнитного поля.
Концы фазных обмоток электродвигателя выведены на специальную «колодку». Выполнено это с целью удобства соединения. В электротехнике используют основных 2 метода подключения асинхронных электродвигателей: методом соединения “треугольника” и метод “звезды”. При соединении концов применяют специально предназначенные для этого перемычки.

Схема Подключения Звезда Треугольник

Для обозначения проводников используют латинские буквы A, B, C, L и цифры 1, 2, 3. Из этого вытекает больший срок службы.

Соединение треугольником заключается в последовательном соединении обмоток.

Для того, чтобы понизить пусковые токи осуществлять запуск электродвигателя требуется в определенной последовательности, а именно: сперва электродвигатель запускают на пониженных оборотах соединённым по схеме «звезда»; затем электродвигатель соединяют по схеме «треугольник».
Соединение звезда и треугольник. Различие между ними

Соединение треугольником заключается в последовательном соединении обмоток. За счет этого происходит уменьшение пускового тока.

Переключать со звезды в треугольник можно только те электродвигатели, которые предназначены для работы при соединении в треугольник, то есть имеющие, обмотки, рассчитанные на линейное напряжение сети. То есть, увеличение напряжения в 1,73 раза, снижает ток точно на такую же величину.

К слову сказать, частотник тоже меняет не только частоту тока, но и напряжение, однако, он это делает с умом. Поэтому, получается еще один дополнительный нулевой вывод.

Реле времени включается в то же самое время, контакт этого реле K1 в цепи катушки пускателя КЗ размыкается.

Рисунки очень хорошо наглядно показывают, как и что должно быть.

Определение начала и конца фазных обмоток асинхронного электродвигателя

Подключение электродвигателя на 380В. Схема пуска звезда-треугольник

Итак, подытожим все вышеописанное. Теперь к проводам, которые их соединяют.

Но какую цель преследуют эти виды соединения, почему звезда треугольник применяются в разных электрических установках , в чем эффективность той и другой. Классическая схема переключения режимов с реле тока и времени После включения трехфазного автоматического выключателя АВ пускатель готов к работе.

В этом случае соединение звездой или треугольником выполняется внутри двигателя на лобной торцевой его части. После того, как пускатель K2 включится, он размыкает своими контактами K2 цепь питания катушки пускателя КЗ.

Соответственно, в этих двух случаях отличаются только токи в проводниках, ведущих к двигателю именно они указаны на шильдике, в то время как ток на обмотке будет одинаковый, что видно на рисунке сверху.

В большинстве случаев набор оборотов занимает до сек.

Также существуют определённые отличия в эргономичности.

Так, К первой фазы подсоединён у Н второй.
как подключить провода трехфазного двигателя в триугольник

Где применяется соединение звезда и треугольник

Если проанализировать поисковую выдачу, то окажется, что чаще всего люди ищут информацию о схемах звезда и треугольник в контексте подключения асинхронного трехфазного двигателя. Естественно на бытовом уровне это наиболее частый случай применения той или иной схемы. И, естественно, особенности применения той или иной схемы при подключении трехфазного потребителя мы рассмотрим. Но прежде хотелось бы осветить не менее важное применение комбинаций звезды и треугольника при распределении электроэнергии от электростанции через трансформаторы к потребителям.

Казалось бы, зачем нам знать особенности трансформации электроэнергии? Однако, тема довольно-таки интересная, сложная и мало освещенная. Ведь все мы знаем, что электроэнергия вырабатывается на электростанции генераторами, трансформируется и поступает в наши дома. И если с последним звеном все более или менее понятно. То о первых двух звеньях информация чаще попадается расплывчатая, иногда противоречивая или сложная для восприятия. Поэтому рассмотрим простое объяснение трансформации электроэнергии через комбинации звезда-треугольник, треугольник-звезда. Но прежде приведем определения этих способов соединения.

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.

Звезда, треугольник — определения

В зависимости от способа соединения обмоток генератора и нагрузки различают соединения звездой и треугольником. Каждая фазная обмотка генератора имеет два вывода, которые условно называют началом и концом. За начало обмотки принимается тот вывод, к которому направлена положительная ЭДС.

При соединении звездой концы всех фаз генератора соединяют в один узел. Его называют нейтральным узлом или нейтральной точкой. Нейтральные точки генератора и нагрузки часто соединяют нейтральным (нулевым) проводом. Остальные провода, соединяющие обмотки генератора с приемником, называют линейными.

При соединении треугольником начало одной фазной обмотки соединяют с концом следующей так, чтобы три обмотки образовали замкнутый треугольник.

На практике используют различные комбинации соединения фаз генератора и нагрузки: звезда-звезда, звезда-треугольник, треугольник-треугольник. Есть и комбинации с зигзагом, но в данном обзоре мы из затрагивать не будем.

Напряжения и токи в фазах генератора и нагрузки называют фазными и обозначают Uф, Ia. Напряжения между линейными проводами и токи в них называют линейными и обозначают Uл, Iл. Из рассмотренных выше схем следует, что при соединении звездой Iл = Iф, а при соединении треугольником Uл = Uф.

Если обмотки источника питания 220 Вольт соединены треугольником, соответственно фазные и линейные напряжения равны 220 Вольт. Соотношения же между линейными и фазными напряжениями при соединении звездой уже иные. Найти их можно при помощи векторной диаграммы или методом анализа синусоид трех фаз, как показано в следующем ролике:

Расчет линейного напряжения по векторам сводиться к анализу равнобедренного треугольника с углами при основании 30°. Также можно рассчитать разность векторов через комплексные числа. Подробно на данных способах останавливаться не будем. Отметим лишь следствие — при соединении звездой линейное напряжение Uл = √3 × Uф (380 = √3 × 220).

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).

Схема переключения электродвигателя со «звезды» на «треугольник»

Что касается электродвигателей, то их схемы подключения также обладают рядом отличий. Равно как и нагрузка, они могут включаться по «звезде» или «треугольнику», но мощность движка будет оставаться такой же. Различия только во входном напряжении. По схеме «звезда» оно будет на корень квадратный из трех меньше, чем при использовании «треугольника», но мощностная характеристика остается неизменной. Это означает, что увеличение напряжения будет понижать силу тока на аналогичный коэффициент.

Движковый пускатель со «звезды» на «треугольник»

Таким образом, уменьшить пусковой электрический ток с помощью топологий «wye-delta» все же удается. Для более эффективной работы пускателя необходимо прибегать к использованию реле времени и контакторов, которые способны предотвратить перепады напряжения и вовремя переключить нагрузку.

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.

Тип соединения «звезда-треугольник»

В сложных механизмах, зачастую используется комбинированная схема «звезда-треугольник». При таком переключении резко вырастает мощность, и если двигатель по техническим характеристикам не предназначен для работы по методу «треугольника», то он перегреется и сгорит.

Схемы подключения звездой и треугольником

В этом случае напряжение на соединении каждой обмотки будет в 1,73 раза меньше, следовательно, будет меньше и протекающий в этот период ток. Дальше происходит увеличение частоты и продолжение снижения показания тока. Тогда применяя релейно-контактную схему, произойдет переключение со «звезды» на «треугольник».

В итоге, используя данную комбинацию, получим максимальную надежность и эффективную продуктивность используемого электрического оборудования, не боясь вывести ее из строя.

Переключение «звезда-треугольник» допустимо для электродвигателей с облегченным режимом пуска. Этот метод неприменим, если необходимо понизить ток пуска и одновременно не снижать большой пусковой момент. В этом случае применяют двигатель с фазным ротором с пусковым реостатом.

Основные преимущества комбинации:

• Увеличение срока службы. Плавный пуск позволяет избежать неравномерности нагрузки на механическую часть установки;
• Возможность создания двух уровней мощности.

Описание и свойства пуска звезда-треугольник асинхронного электродвигателя

Способ переключения со звезды на треугольник используется в двигателях, которые рассчитаны на работу при соединении обмоток треугольником. Этот способ осуществляется в три этапа. В начале, двигатель запускают при соединении обмоток звездой, на этом этапе двигатель разгоняется. Затем переключают на рабочую схему соединения треугольник, причем при переключении нужно учитывать пару нюансов. Во-первых, нужно правильно рассчитать время переключения, потому что если слишком рано замкнуть контакты, то не успеет погаснуть электрическая дуга, а также может возникнуть короткое замыкание. Если переключение будет слишком долгим, то это может привести к потери скорости двигателя, а в следствии к увеличению броска тока. На третьем этапе, когда обмотка статора уже соединена треугольником, двигатель переходит в установившийся режим работы.

При запуске:

• бросок пускового тока снижен до одной трети от его величины при обычном пуске
• крутящий момент электродвигателя снижен до одной трети или даже меньше от его величины при обычном пуске. При пуске переключением со «звезды» на «треугольник» в общем случае наблюдаются переходные токи.

В начальный момент процесса запуска (соединение типа «звезда»)до момента переключения на «треугольник» крутящий момент сопротивления рабочей машины, независимо от скорости вращения, должен оставаться меньшим, чем крутящий момент электродвигателя, собранного в «звезду».

Подобный режим идеально подходит для двигателей, пускающихся в отсутствии нагрузки:

• механические станки,
• центробежные компрессоры,
• деревообрабатывающие станки.

Чтобы предотвратить большой бросок тока в момент переключения со «звезды» на «треугольник», электродвигатель должен развить частоту вращения 80-85% от номинальной.

Номинальное рабочее напряжение обмоток электродвигателя при соединении их в «треугольник» должно быть равным напряжению силовой цепи.

Пример:

Электродвигатель для сети 400 В, пускаемый переключением со «звезды» на «треугольник», должен быть рассчитан на напряжение 400 В при соединении его обмоток в «треугольник». Обычно это обозначается как «электродвигатель на 400/690 В». Обмотки электродвигателя должны иметь 6 отдельных выводов.

Схемы подключения электродвигателя

Специалисты, не вдаваясь в основы электротехники, приводят тот факт, что подключенные по схеме «звезда» электродвигатели работают мягче, чем включенные по схеме треугольник (Δ). Это хорошая схема для небольшой мощности двигателей. Они также акцентируют внимание на том факте, что при мягкой работе, когда используется схема «звезда» (Y), электродвигатель не набирает паспортной мощности.

Выбирая оптимальный вариант подключения электродвигателя, следует рассмотреть тот факт, что соединение треугольником (Δ) дает возможность двигателю набирать максимальную мощность, но значение пускового тока значительно возрастает.

Сравнивая показатели мощности, это основное различие соединений «звезда» и «треугольник» (Y, Δ), эксперты отмечают, что электродвигатели, имеющие соединение «звездой» (Y), обладают мощностью в 1,5 раза ниже, чем соединенные «треугольником» (Δ).

Для снижения параметров тока в момент пуска в отличающихся схемах включения (Δ) – (Y) рекомендуется использовать подключение двигателя «звездой и треугольником», комбинированную схему включения. Комбинированный, или его еще называют смешанный, вид подключения рекомендуется выполнять для электрических моторов с большой паспортной мощностью.

Когда включается схема соединения «звезда» (Y) и (Δ), с начала запуска работает соединение «звезда» (Y), после набора электродвигателем достаточных оборотов происходит переключение на соединение «треугольник» (Δ). Существуют устройства автоматического переключения соединений электродвигателя. Рассмотрим, чем отличаются схемы пуска электромоторов и в чем между ними разница.

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.

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

Схема управления

Подключение оперативного напряжения, через контакт реле времени К1 и контакт К2, в цепи катушки контактора К3. Включение контактора К3, размыкает контакт К3 в цепи катушки контактора К2 (блокировка ошибочного включения), замыкается контакт К3, в цепи катушки контактора К1 совмещенного с пневматическим реле времени.

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).

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.