Вся нагрузка в трёхфазных цепях соединяется по схеме звезда или треугольник. В зависимости от вида потребителей электроэнергии и напряжения в электросети и выбирают соответствующий вариант. Если говорить об электродвигателях, то от выбора варианта соединения обмоток зависит возможность его работы в конкретной сети с номинальными характеристиками. В статье мы рассмотрим, чем отличаются звезда и треугольник в электродвигателе, на что они влияют и какой принцип подключения проводов в клеммнике трёхфазного двигателя.
Теория
Как уже было сказано, схемы соединения звезда и треугольник характерны не только для электродвигателя, но и для обмоток трансформатора, нагревательных элементов (например, тэнов электрокотла) и другой нагрузки.
Чтобы понять почему эти схемы соединения элементов трёхфазной цепи так называются, нужно их несколько видоизменить.
В «звезде», нагрузка каждой из фаз соединена между собой одним из выводов, это называется нейтральная точка. В «треугольнике» каждый из выводов нагрузки подключается к разноимённым фазам.
Рассмотрим этот вопрос на примере соединения обмоток трёхфазного трансформатора или трёхфазного двигателя (в этом контексте это не имеет значения).
На этом рисунке отличия более заметны, в «звезде» начала обмоток подключаются к фазным проводникам, а концы соединяются вместе, в большинстве случаев к этой же точке нагрузки подключается нулевой провод от питающего генератора или трансформатора.
Точкой обозначены начала обмоток.
То есть в «треугольнике» конец предыдущей обмотки и начало следующей соединяются, и к этой точке подключается питающая фаза. Если перепутать конец и начало - подключаемая машина не будет работать.
В чем разница
Если говорить о подключении однофазных потребителей, кратко разберем на примере трёх электротенов, то в «звезде», если сгорит один из них продолжат работать два оставшихся. Если сгорит два из трёх – вообще ни один не будет работать, поскольку они попарно подключаются на линейное напряжение.
В схеме треугольника даже при перегорании 2 тэнов – третий продолжит работать. В ней нет нулевого провода, его просто некуда подключать. А в «звезде» его подключают к нейтральной точке, и нужен он для уравнивания токов фаз и их симметрии в случае разной нагрузки по фазам (например, в одной из веток подключен 1 ТЭН, а в остальных по 2 параллельно).
Но если при таком соединении (с разной нагрузкой по фазам) отгорит ноль, то напряжения будут неодинаковы (там, где больше нагрузка просядет, а где меньше – возрастёт). Подробнее об этом мы писали в статье о
При этом нужно учесть, что подключать обычные однофазные приборы (220В) между фазами, на 380В, нельзя. Либо приборы должны быть рассчитаны на такое питание, либо сеть должна быть с Uлинейным 220В (как в электросетях с некоторых специфичных объектов, например, кораблей).
Но, при , ноль к средней точке звезды часто не подключают, так как это симметричная нагрузка.
Формулы мощности, тока и напряжения
Начнем с того что в схеме звезды есть два разных напряжения – линейное (между линейными или фазными проводами) и фазное (между фазой и нулём). Uлинейное в 1,73 (корень из 3) раз больше Uфазного. При этом линейный и фазный токи равны.
То есть соотносятся так, что при линейном в 380В, фазное равно 220В.
В «треугольнике» Uлинейное и Uфазное равны, а токи отличаются в 1,73 раза.
В обоих случаях считают по одинаковым формулам:
- полная S = 3*Sф = 3*(Uл/√3)*I = √3*Uл*I;
- активная P = √3*Uл*I*cos φ;
- реактивная Q = √3*Uл*I*sin φ.
При подключении одной и той же нагрузки на те же Uфазное и Uлинейное, мощность подключённых приборов будет отличаться в 3 раза.
Допустим, есть двигатель, который работает от трёхфазной сети 380/220В, а его обмотки рассчитаны на подключение по «звезде» к электросети с Uлинейным в 660В. Тогда при подключении в «треугольник» питающее Uлинейное должно быть в 1,73 раза меньше, то есть 380В, что подходит для подключения к нашей сети.
Приведем расчеты, чтобы показать, какие отличия для двигателя будут при переключении обмоток с одной схемы на другую.
Допустим, что ток статора при подключении в треугольник в сеть 380В был 5А, тогда полная его мощность равняется:
S=1,73*380*5=3287 ВА
Переключим электродвигатель на «звезду» и мощность снизится в 3 раза, так как напряжение на каждой обмотке снизилось в 1,73 раза (было 380 на обмотку, а стало 220), и ток тоже в 1,73 раза: 1,73*1,73=3. Значит с учетом пониженных величин проведем расчет полной мощности.
S=1,73*380*(5/3)=1,73*380*1,67=1070 ВА
Как видите – мощность упала в 3 раза!
Но что будет, если есть другой электродвигатель и он работал в «звезде» в сети 380В и током статора в те же 5А, соответственно и обмотки рассчитаны для подключения в «треугольник» на 220В (3 фазы), но по какой-то причине их соединили именно в «треугольник» и подключили к 380В?
В этом случае мощность вырастет 3 раза, так как напряжение на обмотку теперь наоборот увеличилось в 1,73 раза и ток во столько же.
S=1,73*380*5*(3)=9861 ВА
Мощность двигателя стала больше номинальной в эти самые 3 раза. Значит он просто сгорит!
Поэтому нужно подключать электродвигатель по той схеме соединения обмоток, которая соответствует их номинальному напряжению.
Практика - как выбрать схему для конкретного случая
Чаще всего электрики работают с сетью 380/220В, так рассмотрим же как подключить, звездой или треугольником, электродвигатель к такой трёхфазной электросети.
В большинстве электродвигателей может быть изменена схема соединения обмоток, для этого в брно есть шесть клемм, расположены они таким образом, чтобы с помощью минимального набора перемычек можно было собрать нужную вам схему. Простыми словами: вывод начала первой обмотки расположен над концом третьей, начала второй, над концом первой, начало третьей над концом второй.
Как отличить два варианта подключения электродвигателя вы видите на рисунке ниже.
Поговорим о том, какую схему выбирать. Схема подключения катушек электродвигателя не имеет особого влияния на режим работы двигателя, при условии соответствия номинальным параметрам двигателя питающей сети. Для этого смотрим на шильдик и определяем, на какие напряжения рассчитана конкретно ваша электрическая машина.
Обычно маркировка имеет вид:
Это расшифровывается так:
Если межфазное напряжение равно 220 – собирайте обмотки в треугольник, а если 380 – в звезду.
Чтобы просто ответить на вопрос «Как соединить обмотки у двигателя?» мы сделали для вас таблицу выбора схемы соединения:
Переключение со звезды на треугольник для плавного пуска
При запуске электродвигателя наблюдаются высокие пусковые токи. Поэтому для снижения пусковых токов асинхронных двигателей используется схема пуска с переключением обмоток со звезды на треугольник. При этом, как было сказано выше, электродвигатель должен быть рассчитан подключение в «треугольник» и работе под Uлинейным вашей сети.
Таким образом в наших трёхфазных электросетях (380/220В) для таких случаев используют двигатели номинальными «380/660» Вольт, для «Δ/Y» соответственно.
При пуске обмотки включаются «звездой» на пониженное напряжение 380В (относительно номинальных 660В), двигатель начинает набирать обороты и в определенный момент времени (обычно по таймеру, в усложненных вариантах - по сигналу датчиков тока и оборотов) обмотки переключаются в «треугольник» и работают уже на своих номинальных 380 вольтах.
На иллюстрации выше описан такой способ пуска двигателей, но в качестве примера изображен перекидной рубильник, на практике же используют два дополнительных контактора (КМ2 и КМ3), она хоть и сложнее обычной схемы подключения электродвигателя, но это не является её недостатком. Зато у неё целый ряд преимуществ:
- Меньше нагрузка на электросеть от пусковых токов.
- Соответственно меньшие просадки напряжения и уменьшается вероятность остановки сопутствующего оборудования.
- Мягкий пуск двигателя.
Есть два главных недостатка этого решения:
- Нужно прокладывать два трёхжильных кабеля от места расположения контакторов непосредственно до клемм двигателя.
- Падает пусковой момент.
Заключение
Как таковые различия в рабочих характеристиках при подключении одного и того же электродвигателя по схеме звезда или треугольник нет (он просто сгорит, если вы ошибетесь при выборе). Также, как и нет преимуществ и недостатков какой-либо из схем. Некоторые авторы приводят в качестве аргумента то, что в «звезде» ток меньше. Но при аналогичной мощности двух разных двигателей, один из которых рассчитан на подключение в «звезде», а второй в «треугольнике» к сети, например, 380В - ток будет одинаковым. А один и тот же двигатель нельзя переключать «как попало» и «непонятно для чего», так как он просто сгорит. Главное выбирать тот вариант, который соответствует напряжению питающей сети.
Надеемся, теперь вы стало больше понятно про то, что собой представляет схема звезда и треугольник в электродвигателе, какая разница в подключении каждым из способов и как выбрать схему для конкретного случая. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!
Материалы
Трехфазный электродвигатель - это электрическая машина, предназначенная для работы в переменного тока. Такой двигатель состоит из статора и ротора. Статор имеет три обмотки, сдвинутые на сто двадцать градусов. При появлении в цепи обмоток трехфазного напряжения на полюсах образуются магнитные потоки, происходит вращение ротора. Электродвигатели бывают синхронными и асинхронными. Трехфазные получили широкое применение в промышленности и в быту. Такие двигатели бывают односкоростными, в таком случае обмотки двигателя соединяют по схеме «звезда» или «треугольник», и многоскоростными. Последние агрегаты переключаемые, в таком случае происходит переход с одной схемы подключения на другую.
Трехфазные электродвигатели разделяют по схемам соединения обмоток. Существует две схемы подключения - соединение «звездой» и «треугольником». Подключение обмоток двигателя по типу «звезда» представляет собой соединение концов обмоток двигателя в одну точку (нулевой узел): получается дополнительный вывод - нулевой. Свободные концы подключаются к фазам сети электрического тока 380 В. Внешне такое подключение напоминает трехконечную звезду. На фото показана следующая схема: соединение «звездой» и «треугольником».Подключение обмоток электродвигателя по типу «треугольник» представляет собой обмоток: конец первой соединяют с началом второй обмотки, конец второй - с началом третьей, а конец третьей с началом первой. На узлы соединения обмоток подается трехфазное напряжение. При таком подключении обмоток нулевой вывод отсутствует. Внешне оно напоминает треугольник.
Соединение «звездой» и «треугольником» одинаково распространены, они не имеют значительных отличий. Для соединения обмоток по типу «звезда» (при работе двигателя в номинальном режиме) линейное напряжение должно быть больше, чем при подключении по типу «треугольник». Поэтому в характеристиках трехфазного двигателя указывают следующим образом: 220/380 В либо 127/220 В. В случае необходимости с номинальным обмотки требуется соединять по типу «звезда», а номинальным напряжением двигателя будет 380/660 В (по типу «треугольник»).
Следует отметить, что часто используется комбинированное подключение «звездой» и «треугольником». Это делается с целью более плавного пуска электродвигателя. При пуске используется подключение типа «звезда», а затем с помощью специального реле происходит переключение на «треугольник», таким образом, уменьшается пусковой ток. Подобные схемы рекомендуется применять для пуска электродвигателей большой мощности, требующих большого пускового тока. Важно помнить, что при этом пусковой ток превышает номинальный в семь раз.
Существуют и другие комбинации при подключении электродвигателей, например соединение «звездой» и «треугольником» может заменяться двойной, тройной «звездой», а также иными вариантами подключения. Такие способы применяют для многоскоростных (двух-, четырех- и т. д.) электродвигателей.
Содержание:
Асинхронные электродвигатели зарекомендовали себя в работе такими показателями, как надежность в эксплуатации, возможность получения большой мощности крутящего момента, отличной производительностью. Важным показателем работы этих двигателей является способность переключений на соединение «звездой» и «треугольником» - а это стабильность при эксплуатации. Каждое соединение имеет свои достоинства, которые необходимо понимать при правильном применении асинхронных электродвигателей.
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.
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.
Как управлять переключениями электродвигателя
Часто для пуска электрического двигателя большой мощности используется переключение соединения «треугольник» в «звезду», это необходимо для снижения параметров тока при пуске. Иными словами, пуск двигателя происходит в режиме «звезда», а вся работа осуществляется на соединении «треугольник». Для этой цели используется контактор на три фазы.
Необходимо при автоматическом переключении выполнить обязательные условия:
- сделать блокировку контактов от одновременного срабатывания;
- обязательное исполнение работы, с задержкой времени.
Задержка времени необходима для 100%-го отключения соединения «звезда», иначе при включении соединения «треугольник» возникнет между фазами КЗ. Используется реле времени (РВ), которое выполняет задержку переключения на интервал от 50 до 100 миллисекунд.
Какими способами можно сделать задержку времени переключений
Когда применяется схема «звезда и треугольник», надо обязательно выполнять задержку времени включения соединения (Δ), пока не отключится соединение (Y), специалистами отдается предпочтение трем методам:
- с помощью контакта нормально разомкнутого в реле времени, который проводит блокировку схемы «треугольник», когда происходит пуск электродвигателя, а момент переключения контролирует токовое реле (РТ);
- используя таймер в реле времени современного исполнения, который имеет способность переключать режимы с интервалом от 6 до 10 секунд.
- методом внешнего управления контакторами пускателя от автоматических блоков или ручное переключение.
Стандартная схема переключения
Классический вариант переключения со «звезды» на «треугольник» специалистами считается надежным способом, он не требует больших затрат, прост в исполнении, но, как и любой другой способ, имеет недостаток - это габаритные размеры РВ (реле времени). Этот тип РВ гарантированно выполняет задержку времени намагничиванием сердечника, а чтобы размагнитить его, требуется время.
Схема смешанного (комбинированного) включения работает следующим образом. Когда оператор включает трехфазный выключатель (АВ), пускатель электродвигателя приготовлен к действию. Через контакты кнопки «Стоп», нормально замкнутого положения и через нормально разомкнутые контакты кнопки «Пуск», которую нажимает оператор, электрический ток проходит в катушку контактора (КМ). Контакты (БКМ) обеспечивают самоподхват силовых контактов и удерживают их во включенном положении.
Реле в схеме (КМ) обеспечивает способность отключения оператором кнопкой «Стоп» электрический двигатель. Когда «фаза управления» проходит через пусковую кнопку, она также проходит замкнутые нормально расположенные контакты (БКМ1) и контакты (РВ) - запускается контактор (КМ2), силовые контакты его обеспечивают подачу напряжения на соединение (Y), начинается раскрутка ротора электродвигателя.
Когда оператор осуществляет пуск двигателя, контакты (БКМ2) в контакторе (КМ2) размыкаются, это порождает неработающее состояние силовых контактов (КМ1), которые обеспечивают питание соединения двигателя Δ.
Токовое реле (РТ) срабатывает практически сразу из-за высоких значений тока, которое включено в цепь токовых трансформаторов (ТТ1) и (ТТ2). Управляющая цепь катушки контактора (КМ2) шунтируется контактами токового реле (РТ), что не дает сработать (РВ).
В цепи контактора (КМ1) блок контактов (БКМ2) размыкается при запуске (КМ2), что не дает сработать катушке (КМ1).
С набором нужного параметра оборотов вращения ротора двигателя контакты токового реле размыкаются, так как пусковой ток уменьшается в управлении контактора (КМ2), одновременно с размыканием контактов, подающих напряжение на соединение обмотки (Y), БКМ2 соединяются, что приводит в рабочее положение контактор (КМ1), а в его цепи блок контактов БКМ2 размыкается, и, как следствие, обесточивается РВ. Преобразование включения «треугольника» в «звезду» происходит после остановки двигателя.
Важно! Временное реле отключается не сразу, а с задержкой, что дает некоторое время в цепи (КМ1) контактам реле быть замкнутым, этим обеспечивается пуск (КМ1) и работа двигателя по схеме «треугольник».
Недостатки стандартной схемы
Несмотря на надежность работы классической схемы переключения с одного соединения на другое соединение электрического двигателя большой мощности, она имеет свои неудобства:
- надо правильно делать расчет нагрузки на вал электродвигателя, иначе он будет долго набирать обороты, что не даст быстро сработать токовому реле и затем переключиться на работу по соединению Δ, а также в этом режиме крайне нежелательно долго эксплуатировать двигатель;
- во избежание перегрева обмоток двигателя специалисты рекомендуют включать в цепь тепловое реле;
- когда в классической схеме применяется современный вид РВ, надо соблюдать паспортные требования по нагрузке на вал;
Вывод
Важным условием при использовании схемы подключения «звезда-треугольник» является правильный расчет нагрузки на вал электродвигателя. Кроме этого нельзя отрицать тот факт, что когда отключается контактор одного соединения Y, а двигатель еще не набрал нужных оборотов, срабатывает фактор самоиндукции, и в сеть поступает повышенное напряжение, что может вывести из рабочего состояния другое рядом включенное оборудование и приборы.
Специалисты рекомендуют электрические двигатели, имеющие среднюю величину мощности, запускать по схеме Y, это дает мягкую работу и плавный пуск. Отличаются методики выбора включения и по имеющемуся напряжению на объекте, по нагрузке.
Содержание:Работа трехфазных электродвигателей считается гораздо более эффективной и производительной, чем однофазных двигателей, рассчитанных на 220 В. Поэтому при наличии трех фаз, рекомендуется подключать соответствующее трехфазное оборудование. В результате, подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети обеспечивает не только экономичную, но и стабильную работу устройства. В схему подключения не требуется добавление каких-либо пусковых устройств, поскольку сразу же после запуска двигателя, в обмотках его статора образуется магнитное поле. Основным условием нормальной эксплуатации таких устройств является правильное выполнение подключения и соблюдение всех рекомендаций.
Схемы подключения
Магнитное поле, создаваемое тремя обмотками, обеспечивает вращение ротора электродвигателя. Таким образом, электрическая энергия преобразуется в механическую.
Подключение может выполняться двумя основными способами - звездой или треугольником. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Схема звезды обеспечивает более плавный пуск агрегата, однако мощность двигателя падает примерно на 30% от номинальной. В этом случае подключение треугольником имеет определенные преимущества, поскольку потеря мощности отсутствует. Тем не менее, здесь тоже есть своя особенность, связанная с токовой нагрузкой, которая резко возрастает во время пуска. Подобное состояние оказывает негативное влияние на изоляцию проводов. Изоляция может быть пробита, а двигатель полностью выходит из строя.
Особое внимание следует уделить европейскому оборудованию, укомплектованному электродвигателями, рассчитанными на напряжения 400/690 В. Они рекомендованы к подключению в наши сети 380 вольт только методом треугольника. В случае подключения звездой, такие двигатели сразу же сгорают под нагрузкой. Данный метод применим только к отечественным трехфазным электрическим двигателям.
В современных агрегатах имеется коробка подключения, в которую выводятся концы обмоток. Их количество может составлять три или шесть. В первом случае схема подключения изначально предполагается методом звезды. Во втором случае электродвигатель может включаться в трехфазную сеть обоими способами. То есть, при схеме звезда три конца, расположенные в начале обмоток соединяются в общую скрутку. Противоположные концы подключаются к фазам сети 380 В, от которой поступает питание. При варианте треугольник все концы обмоток последовательно соединяются между собой. Подключение фаз осуществляется к трем точкам, в которых концы обмоток соединяются между собой.
Использование схемы «звезда-треугольник»
Сравнительно редко используется комбинированная схема подключения, известная как «звезда-треугольник». Она позволяет производить плавный пуск при схеме звезда, а в процессе основной работы включается треугольник, обеспечивающий максимальную мощность агрегата.
Данная схема подключения довольно сложная, требующая использования сразу трех , устанавливаемых в соединения обмоток. Первый МП включается в сеть и с концами обмоток. МП-2 и МП-3 соединяются с противоположными концами обмоток. Подключение треугольником выполняется ко второму пускателю, а подключение звездой - к третьему. Категорически запрещается одновременное включение второго и третьего пускателей. Это приведет к короткому замыканию между фазами, подключенными к ним. Для предотвращения подобных ситуаций между этими пускателями устанавливается блокировка. Когда включается один МП, у другого происходит размыкание контактов.
Работа всей системы происходит по следующему принципу: одновременно с включением МП-1, включается МП-3, подключенный звездой. После плавного пуска двигателя, через определенный промежуток времени, задаваемый реле, происходит переход в обычный рабочий режим. Далее происходит отключение МП-3 и включение МП-2 по схеме треугольника.
Трехфазный двигатель с магнитным пускателем
Подключение трехфазного двигателя с помощью магнитного пускателя, осуществляется также, как и через автоматический выключатель. Просто эта схема дополняется блоком включения и выключения с соответствующими кнопками ПУСК и СТОП.
Одна нормально замкнутая фаза, подключенная к двигателю, соединяется с кнопкой ПУСК. Во время нажатия происходит смыкание контактов, после чего ток поступает к двигателю. Однако, следует учесть, что в случае отпускания кнопки ПУСК, контакты окажутся разомкнутыми и питание поступать не будет. Чтобы не допустить этого, магнитный пускатель оборудуется еще одним дополнительным контактным разъемом, так называемым контактом самоподхвата. Он выполняет функцию блокировочного элемента и препятствует разрыву цепи при выключенной кнопке ПУСК. Окончательно разъединить цепь можно только с помощью кнопки СТОП.
Таким образом, подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети может быть выполнено различными способами. Каждый из них выбирается в соответствии с моделью агрегата и конкретными условиями эксплуатации.
Ротор турбинного компрессора
Как известно, трехфазные асинхронные электрические (эл.) двигатели, имеющие короткозамкнутый ротор, подключаются по схеме звезда или треугольник в зависимости от линейного напряжения, на которое рассчитана каждая обмотка.
При пуске особенно мощных эл. двигателей, подключённых по схеме треугольника, наблюдаются повышенные пусковые токи, которые в перегруженных сетях создают временное падение напряжения ниже допустимого предела.
Данное явление обусловлено конструктивными особенностями асинхронных эл. двигателей, у которых массивный ротор имеет достаточно большую инерционность, и при его раскрутке мотор работает в режиме перегрузки. Пуск электродвигателя усложняется, если на валу находится нагрузка с большой массой – роторы турбинных компрессоров, центробежных насосов или механизмы различных станков.
Способ уменьшения пусковых токов электродвигателя
Чтобы уменьшить токовые перегрузки и падение напряжения в сети, применяют особый способ подключения трехфазного эл. двигателя, при котором происходит переключение со звезды на треугольник по мере набора оборотов.
Подключение обмоток двигателя: звездой (слева) и треугольником (справа)
При подключении соединенных звездой обмоток двигателя, рассчитанного на подключение треугольником в трехфазную сеть, напряжение, приведённое к каждой обмотке на 70% меньше от номинала. Соответственно, ток при пуске эл. двигателя будет меньшим, но следует помнить, что стартовый момент вращения также будет меньшим.
Поэтому переключение режимов звезда-треугольник нельзя применять для электродвигателей, изначально имеющих на валу неинерционную нагрузку, такую как вес груза лебедки или сопротивление поршневого компрессора.
Недопустимо переключение режимов у электродвигателя, стоящего на поршневом компрессоре
Для работы в составе таких агрегатов, имеющих большую нагрузку в момент пуска, применяют особые трехфазные эл. двигатели с фазным ротором, в которых пусковые токи регулируются с помощью реостатов.
Переключение звезда треугольник можно применять только для электродвигателей, имеющих на валу свободно вращающуюся нагрузку – вентиляторы, центробежные насосы, валы станков, центрифуг и другого подобного оборудования.
Центробежный насос с асинхронным электродвигателем
Реализация смены режимов подключения обмоток двигателя
Очевидно, что для осуществления пуска трехфазного электромотора в режиме звезды с последующим переключением на соединение обмоток треугольником, необходимо применение нескольких трехфазных контакторов в пускателе.
Набор контакторов в пускателе для переключения звезда-треугольник
При этом нужно обеспечивать блокировку одномоментного срабатывания данных контакторов, а также должна быть обеспечена кратковременная задержка переключения, чтобы соединение звездой гарантированно отключилось прежде, чем включится треугольник, иначе произойдет трехфазное короткое замыкание.
Поэтому реле времени (РВ), которое используется в схеме для установки интервала переключения, также должно обеспечивать задержку 50-100 мс, чтобы не происходило короткого замыкания.
Способы осуществления задержки переключения
Диаграмма времени переключения режимов
Существует несколько принципов осуществления задержки при помощи:
Ручной переключатель режимов
Классическая схема
Данная система достаточно проста, неприхотлива и надежна, но имеет существенный недостаток, который будет описан ниже и требует применения громоздкого и морально устаревшего реле времени.
Данное РВ обеспечивает задержку отключения из-за намагниченного сердечника, на размагничивание которого требуется некоторое время.
Электромагнитное реле времени задержки
Необходимо мысленно пройтись по цепях прохождения тока, чтобы понять работу данной схемы.
Классическая схема переключения режимов с реле тока и времени
После включения трехфазного автоматического выключателя АВ пускатель готов к работе. Через нормально замкнутые контакты кнопки «Стоп», и замыкаемый оператором контакт кнопки «Пуск» ток протекает через катушку контактора КМ. Силовые контакты КМ удерживаются во включенном состоянии «самоподхватом», благодаря контакту БКМ.
На фрагменте приведенной выше схемы красной стрелкой указан шунтирующий контакт
Реле КМ необходимо для обеспечения возможности отключения двигателя кнопкой «Стоп». Импульс от кнопки «Пуск» также проходит через нормально замкнутые БКМ1 и РВ, запуская контактор КМ2, основные контакты которого обеспечивают подачу напряжения на соединение обмоток по типу звезда – осуществляется раскрутка ротора.
Поскольку в момент пуска КМ2 контакт БКМ2 размыкается, то КМ1, обеспечивающий включения соединения обмоток треугольником, никак не может сработать.
Контакторы, обеспечивающие подключение звездой (КМ2) и треугольником (КМ1)
Пусковые токовые перегрузки эл. двигателя заставляют практически мгновенно сработать РТ, включенное в цепи трансформаторов тока ТТ1, ТТ2. При этом цепь управления катушкой КМ2 шунтируется контактом РТ, блокируя работу РВ.
Одновременно с запуском КМ2 при помощи его дополнительного нормально разомкнутого контакта БКМ2 запускается реле времени, контакты которого переключаются, но срабатывания КМ1 не происходит, так как БКМ2 в цепи катушки КМ1 разомкнут.
Включение реле времени — зеленая стрелка, переключающие контакты — красные стрелки
По мере набора оборотов пусковые токи уменьшаются и контакт РТ в цепи управления КМ2 размыкается. Одновременно с отключением силовых контактов, обеспечивающих питанием соединение обмоток звездой, происходит замыкание БКМ2 в цепи управления КМ1 и размыкание БКМ2 в цепи питания РВ.
Но, поскольку РВ отключается с запаздыванием, этого времени достаточно, чтобы его нормально разомкнутый контакт в цепи КМ1 оставался замкнутым, благодаря чему происходит самоподхват КМ1,подключающий соединение обмоток треугольником.
Нормально разомкнутый контакт самоподхвата КМ1
Недостаток классической схемы
Если по причине неправильного расчета нагрузки на валу он не сможет набрать обороты, то и реле тока в этом случае не позволит схеме переключиться в режим треугольника. Длительная эксплуатация эл. асинхронного двигателя в таком режиме стартовой перегрузки крайне нежелательна, обмотки будут перегреваться.
Перегретые обмотки двигателя
Поэтому, для предотвращения последствий непредвиденного увеличения нагрузки при пуске трехфазного эл. двигателя (изношенный подшипник или попадание посторонних предметов в вентилятор, загрязнение крыльчатки насоса), следует также подключить тепловое реле в цепь питания эл. двигателя после контактора КМ (на схеме не указано) и установить датчик температуры на кожух.
Внешний вид и основные узлы теплового реле
Если используется таймер (современное РВ) для переключения режимов, которое происходит в установленном интервале времени, то при включении обмоток двигателя треугольником, происходит набор номинальных оборотов, при условии, что нагрузка на валу соответствует техническим условиям работы электромотора.
Переключение режимов при помощи современного реле времени CRM-2T
Работа самого таймера достаточно проста – вначале осуществляется включение контактора звезды, а по истечении регулируемого времени, происходит отключение данного контактора, и с некоторой также регулируемой задержкой осуществляется включения контактора треугольника.
Правильные технические условия для использования переключения соединений обмоток.
При пуске любого трехфазного эл. двигателя должно соблюдаться важнейшее условие – момент сопротивления нагрузки всегда должен быть меньше чем стартовый момент вращения, иначе электромотор попросту не запустится, а его обмотки перегреются и перегорят, даже если используется стартовый режим звезды, при котором напряжение ниже номинального.
Даже если на валу свободно вращающаяся нагрузка, стартового момента при подключении звездой может не хватить и эл. двигатель не наберет обороты, при которых должно осуществляться переключение в режим треугольника, так как сопротивление среды, в котором вращаются механизмы агрегатов, (лопасти вентилятора или крыльчатка наноса) будет увеличиваться по мере набора скорости вращения.
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.
Сравнительные характеристики прямого и переходного запусков двигателя с нагрузкой на валу
Очевидно, что такое подключение звезда-треугольник не даст никаких положительных результатов при неправильно рассчитанном стартовом моменте. Но в момент отключения контактора, обеспечивающего подключение звездой, при недостаточных оборотах двигателя, вследствие самоиндукции будет наблюдаться бросок повышенного напряжения в сеть, которое может повредить другое оборудование.
Поэтому, используя переключение звезда-треугольник, необходимо убедиться в целесообразности такого подключения трехфазного асинхронного эл. двигателя и перепроверить расчеты по нагрузке.