В трехфазных цепях применяют два вида соединений генераторных обмоток – в звезду и треугольник (рис. 1).
При соединении в звезду все концы фазных обмоток соединяют в один узел, называемый нейтральной
или нулевой точкой
, и обозначают, как правило, буквой O.
При соединении в треугольник обмотки генератора соединяют так, чтобы начало одной соединялось с концом другой. ЭДС в катушках в этом случае обозначают соответственно E BA , E CB , E AC . Если генератор не подключен к нагрузке, то по его обмоткам не протекают токи, т.к. сумма ЭДС равна нулю.
Рис. 1
Соединение резисторов треугольником: а - расположение резисторов вдоль сторон, б - параллельное расположение резисторов
В звезду и треугольник включаются и сопротивления нагрузки так, как показано на рис. 2. Фазные сопротивления Z a, Z b, Z c, Z ab, Z bc, Z ca , соединенные в треугольник или в звезду, называют фазами нагрузки .
Рис. 2 Соединения нагрузки в звезду и треугольник
Существует пять видов соединения генераторов с нагрузкой : звезда – звезда с нулевым проводом, звезда – звезда без нейтрального провода, треугольник – треугольник, звезда – треугольник и треугольник – звезда (рис. 3).
Соединительные провода между началами фаз нагрузки и началами фаз генератора называют линейными проводами . Как правило, начала фаз генераторов обозначают заглавными буквами, а нагрузки – прописными. Провод, соединяющий нулевые точки генератора и нагрузки, называют нулевым или нейтральным проводом .
Направление токов в линейных проводах принято выбирать от генератора к нагрузке, а в нулевом – от нагрузки к генератору. На рис. 3 Uab(AB)
, Ubc(BC), Uca(CA)
, Ia, Ib, Ic
– линейные напряжения и токи. Ua(A)
, Ub(B), Uc(C)
, Iab, Ibc, Ica
– фазные напряжения и токи.
Линейные напряжения (напряжения между линейными проводами) – это разность соответствующих фазных напряжений Uab - Ua - Uc , Ubc = Ub - Uc, Uca = Uc - Ua
Линейные токи при принятых направлениях токов (рис. 3) определяются по Ia = Iab - Ica, Ib = Ibc - Iab, Ic = Ica - Ibc
Таким образом, фазные напряжения на генераторе – это напряжения, приложенные к обмоткам генератора U AO , U CO , U BO , а напряжения фаз нагрузки – это напряжения на соответствующих сопротивлениях UaO1, UbO1, UcO1 . Фазные токи – это токи, протекающие в фазах генератора или нагрузки. Следует отметить, что фазные и линейные напряжения в треугольнике равны, так же как фазные и линейные токи в звезде.
Известно широкое применение электродвигателей асинхронных, соединённых по «звезде» и «треугольнику». Данные подключения имеются на каждом производстве, «звездой» подключаются трёхфазные двигатели, генераторы, трансформаторы. «Треугольник» используется в основном в двигателях продолжительного цикла пуска и работы. А также используется в схемах соединений трансформаторов, в основном, где присутствует симметричная нагрузка.
Используется совместное включение в работу обоих подключений «звезды» и»треугольника» при пуске мощных электродвигателей . Пуск начинается со «звезды» с последующим переключением релейной схемой по достижению оборотов на схему «треугольник». Продолжает работать двигатель длительное время на «треугольнике».
Соединение цепей по схеме » треугольник»
Данное соединение называется треугольником только тогда, когда оба конца обмоток соединены друг с другом. Подключать по треугольнику необходимо, когда напряжение сети подходит для такого потребителя. Пуск электродвигателей по схеме «треугольник» выражается большими значениями пусковых токов и не очень хорошо сказывается на долговечности работы обмоток. Но при работе по данному подключению мощность равна заявленной в паспорте электропотребителя, что порой необходимо.
Схема «Треугольник» разделяется на «разомкнутый» и «открытый» . Отличие двух видов заключено в том, что разомкнутый треугольник представляет собой соединение треугольником с одной точкой, разорванной на потребитель. А открытый отличается тем, что одна обмотка заменяется потребителем.
Соединение трёхфазных цепей по схеме » звезда «
Например: возьмём сеть 380 на 220, подключение звездой, напряжение на потребителе 220В. Если подключить по схеме треугольник напряжение на обмотках будет 380, исходя из напряжения, мощность P=UI станет больше. (На практике обычный двигатель сгорит, потому как напряжение станет 380В. Однако, 220/127 для данного двигателя треугольник нормальный режим, звезда работа с потерей мощности).
В случае работы потребителей по «звезде» очень важно чтобы не было «перекоса фаз». Если нейтраль имеет, например: плохой контакт, то возникнет разность - несимметричность нагрузки, при которой один потребитель окажется под некоторым напряжением. Данная разность потенциалов зависит от распределения нагрузки в тот момент, когда произошло отгорание нейтрального провода. От этой разности потенциалов потребители в квартирах и оказывались под напряжением, отчего мог сгореть старенький телевизор или выйти из строя холодильник. Думаю многим известны такие истории в прошлом.
Частные случаи применения описанных схем подключения
Применение схем включения звездой:
Осуществление схем включения треугольником:
Много вопросов возникает по отличию соединения звезды и треугольника. Отличие, на мой взгляд, состоит в конструктивной организации питающей сети. Для двигателя первый способ предпочтителен в тех цепях и механизмах, где существует частое срабатывание. С ледует помнить, при таком подключении необходимо учитывать напряжение питания обычно 380В. Во втором же случае учёт напряжения питания заключается в наличии 220В. При таком подключении двигатель имеет высокие пусковые токи, что изнашивает его гораздо быстрее.
Редко встречается в промышленности соединение треугольник. Более часто маломощные двигатели работают именно по звезде. Мощные двигатели в большинстве своём комплектуются частотными преобразователями и тогда вероятность отказа недешевого, изготовленного под индивидуальный заказ, двигателя сводится почти к нулю.
Мощные двигатели гидравлики, пневматики используют на металлургическом предприятии схему «звезда». Предположительно, для исключения работы двигателя на износ. Двигатели используются в агрессивной среде, поэтому используются три степени защиты : первая - плавкие предохранители на каждую фазу, предохранитель должен быть полупроводниковым (более быстро перегорает и не даёт нагреться обмоткам); вторая - защитный автомат, который, как правило, срабатывает в крайне редких случаях, если не перегорел предохранитель; третья защита - по температуре. Термодатчик подключается через реле низшего напряжения, которое при срабатывании датчика разрывает реле в цепи питания обмоток.
Для работы электрического прибора, двигателя, трансформатора в трехфазной сети необходимо соединить обмотки по определенной схеме. Наиболее распространенными схемами соединения являются треугольник и звезда, хотя могут применяться и другие способы соединения.
Что представляет собой соединение обмоток звездой?
Трехфазный двигатель или трансформатор имеет 3 рабочих
, независимых друг от друга обмоток. Каждая обмотка имеет два вывода — начало и конец. Соединение «звезда» подразумевает собой, что все концы трех обмоток соединяются в один узел, часто называемый нулевой точкой. Отсюда выходит и понятие — нулевая точка.
Начало каждой обмотки соединяются непосредственна с фазами питающей сети. Соответственно начало каждой обмотки соединяется с одной из фаз А, В, С. Между любыми двумя началами обмоток прилаживается фазное напряжение питающей сети, зачастую 380 или 660 В.
Что представляет собой соединение обмоток в треугольник?
Соединение обмоток в треугольник заключается в соединении конца каждой обмотки с началом следующей. Конец первой обмотки, соединяется с началом второй. Конец второй — с начало третей. Конец третей обмотки создает электрический контур, поскольку замыкает электрическую цепь.
При таком соединении к каждой обмотки прилаживается линейное напряжение, обычно равное 220 или 380 В. Такое соединение физически реализуется с помощью металлических перемычек, которые должны быть предусмотрены заводской комплектацией электрического оборудования.
Разница между соединением обмотки в треугольник и звезду
Основная разница заключается в том, что, используя одну питающую сеть, можно достигать разных параметров электрического напряжения и тока в приборе или аппарате. Конечно, данные способы соединения отличаются реализацией, но важна именно физическая составляющая отличия.
Наиболее часто применяется соединение обмоток в звезду, что объясняется щадящим режимом для электрического привода или трансформатора. При соединении обмоток в звезду, ток протекающий по обмоткам имеет меньшие значение нежели при соединении в треугольник. В тот момент, как напряжение больше на величину корня из 1,4.
Применение способа соединения треугольник, зачастую используется в случаях мощных механизмов и больших пусковых нагрузок. Имея большие показатели тока, протекающего по обмотки, двигатель получает большие показатели ЕДС самоиндукции, что в свою очередь гарантирует больший вращающий момент. Имея большие пусковые нагрузки и одновременно используя схему соединения звезда, можно нанести урон двигателю. Это связано с тем, что двигатель имеет меньшие значение тока, что приводит к меньшим показателям величины вращающегося момента.
Момент пуска такого двигателя и выход его на номинальные параметры может быть продолжительным, что может привести к тепловому воздействию тока, которые во время коммутации может превышать номиналы тока в 7-10 раз .
Преимущества соединения обмоток в звезду
Основные преимущества соединения обмоток в звезду заключаются в следующем:
- Понижения мощности оборудования с целью повышения надежности.
- Устойчивый режим работы.
- Для электрического привода такое соединение дает возможность плавного пуска.
Некоторое электрическое оборудование, которое не предназначены для работы на других способах соединения, имеет внутренне соединение концов обмоток. На клеммник выводится лишь три вывода, которые представляют собой начало обмоток. Такое оборудование легче в подключении и может монтироваться в отсутствии грамотных специалистов.
Преимущества соединения обмоток в треугольник
Основными преимуществами соединения обмоток в треугольник являются:
- Повышения мощности оборудования.
- Меньшие пусковые токи.
- Большой вращающийся момент.
- Увеличенные тяговые свойства.
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:
Для включения асинхронного электродвигателя в сеть его статорная обмотка должна быть соединена звездой или треугольником.
Чтобы электродвигатель включить в сеть по схеме "звезда", нужно все концы фаз (С4, С5, С6) соединить электрически в одну точку, а все начала фаз (C1, С2, С3) присоединить к фазам сети. Правильное соединение концов фаз электродвигателя по схеме "звезда" показано на рис. 1, а.
Для включения электродвигателя по схеме "треугольник" начало первой фазы соединяют с конном второй и начало второй - с концом третьей, а начало третьей - с концом первой. Места соединений обмоток подключают к трем фазам сети. Правильное соединение концов фаз электродвигателя по схеме "треугольник" показано рис. 1, б.
Рис. 1. Схемы включения трехфазного асинхронного электродвигателя в сеть: а - фазы соединены звездой, б - фазы соединены треугольником
Соединение фаз двигателя по схеме "звезда"
Соединение фаз двигателя по схеме "треугольник"
Дли выбора схемы соединения фаз трехфазного асинхронного электродвигателя можно использовать данные таблицы 1.
Таблица 1. Выбор схемы соединения обмоток
Из таблицы видно, что при подключении асинхронного двигателя с рабочим напряжением 380/220 В к сети с линейным напряжением 380 В соединять его обмотки можно только звездой! Соединять концы фаз такого электродвигателя по схеме "треугольник" нельзя. Неправильный выбор схемы соединения обмоток электродвигателя может привести к выходу его из строя во время работы.
Вариант соединения обмоток треугольником предусмотрен для подключения двигателей 660/380 В к сети . В этом случае обмотки двигателя могут соединяться по схеме, как "звезда", так и "треугольник".
Такие двигатели могут включаться в сеть при помощи переключателя схем со звезды на треугольник (рис. 2). Это техническое решение позволяет уменьшить пусковой ток трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя большой мощности. При этом сначала обмотки электродвигателя соединяют по схеме "звезда" (при нижнем положении ножей переключателя), потом, когда ротор двигателя наберет номинальную частоту вращения, его обмотки переключают в схему "треугольник" (верхнее положение ножей переключателя).
Рис. 2. Схема включения трехфазного электродвигателя в есть при помощи переключателя фаз со звезды на треугольник
Снижение пускового тока при переключении его обмоток со звезды на треугольник происходит потому, что вместо предназначенной для данного напряжения сети схемы "треугольник" (660В) каждая обмотка двигателя включается на напряжение в √3 раза меньше (380В). При этом потребляемый ток снижается в 3 раза. Снижается также в 3 раза и мощность, развиваемая электродвигателем при пуске.
Но, в связи со всем вышесказанным, такие схемные решения можно использовать только для двигателей с номинальным напряжением 660/380 В и включении их в сеть с таким же напряжением. При попытке включения электродвигателя с номинальным напряжением 380/220 В по такой схеме он выйдет из строя, т.к. его фазы нельзя включать в сеть "треугольником".
Номинальное напряжение электрического двигателя можно посмотреть на его корпусе, где в в виде металлической пластинки размещается его технический паспорт.
Для изменения направления вращения электродвигателя достаточно поменять местами две любые фазы сети независимо от схемы его включения. Для изменения направления вращения асинхронного электродвигателя применяют электрические аппараты ручного управления (реверсивные рубильники, пакетные переключатели) или аппараты дистанционного управления (реверсивные электромагнитные пускатели). Схема включения трехфазного асинхронного электродвигателя в сеть реверсивным рубильником показана на рис. 3.
Рис. 3. Схема включения трехфазного электродвигателя в сеть реверсивным рубильником
Сегодня асинхронные электромоторы пользуются популярностью благодаря надежности, отличной производительности и сравнительно невысокой стоимости. Двигатели этого типа обладают конструкцией, способной выдерживать сильные механические нагрузки. Чтобы пуск агрегата прошел успешно, его необходимо правильно подключить. Для этого используется соединения типа «звезда» и «треугольник», а также их комбинация.
Виды соединений
Конструкция электромотора достаточно проста и состоит из двух главных элементов - неподвижного статора и расположенного внутри, вращающегося ротора . Каждая из этих частей имеет собственные обмотки, проводящие ток. Статорная уложена в специальные пазы при обязательном соблюдении расстояния в 120 градусов.
Принцип работы двигателя прост - после включения пускателя и подачи напряжения на статор возникает магнитное поле, заставляющее ротор вращаться. Обе оконечности обмоток выводятся в распределительную коробку и располагаются в два ряда. Их выводы маркируются буквой «С» и получают цифровое обозначение в пределах от 1 до 6.
Чтобы их соединить, можно использовать один из трех способов:
- «Звезда»;
- «Треугольник»;
- «Звезда-треугольник».
Если все оконечности статорной обмотки соединяются в одной точке, то этот тип подключения носит название «звезда». Если же все концы обмотки соединены последовательно, то это «треугольник». В этом случае контакты располагаются так, что их ряды смещаются относительно друг друга. В результате напротив клеммы С6 находится вывод С1 и т. д. Это один из ответов на вопрос, в чем разница соединений звездой и треугольником.
Кроме этого, в первом случае обеспечивается более плавная работа мотора, но не достигается максимальная мощность. Если используется схема «треугольник», то в обмотках возникают большие пусковые токи, отрицательно влияющие на срок службы агрегата. Для их снижения приходится использовать специальные реостаты, делающие пуск максимально плавным.
Если 3-фазный двигатель подключается к сети в 220 вольт, то вращающего момента недостаточно для запуска. Чтобы увеличить этот показатель, используются дополнительные элементы. В бытовых условиях оптимальным решением станет фазосдвигающий конденсатор. Следует заметить, что мощность трехфазных сетей выше в сравнении с однофазными. Это говорит о том, что подключение 3-фазного мотора в однофазную электросеть обязательно приведет к потере мощности. Невозможно точно сказать, какой из этих способов лучше, так как у каждого есть не только преимущества, но и недостатки.
Плюсы и минусы «звезды»
Общую точку, в которой соединяются все оконечности обмотки, называют нейтралью. Если в электроцепи присутствует нейтральный проводник, то она будет называться четырехпроводной. Начало контактов подключается к соответствующим фазам сети питания. Схема соединения обмоток электродвигателя «звезда» имеет ряд преимуществ:
- Обеспечивается длительная безостановочная работа электромотора.
- Из-за снижения мощности увеличивается срок эксплуатации агрегата.
- Достигается плавный пуск.
- Во время работы не наблюдается сильного перегрева двигателя.
Встречается оборудование, имеющее внутреннее соединение оконечностей обмотки и в коробку выведено лишь три контакта. В такой ситуации использование иной схемы соединения, кроме «звезды», не представляется возможным.
Преимущества и недостатки «треугольника»
Использование этого типа подключения позволяет создать неразрывный контур в электроцепи. Такое название схема получила из-за своей эргономической формы, хотя ее вполне можно именовать и кругом. Среди достоинств «треугольника» стоит отметить:
- Достигается максимальная мощность агрегата во время работы.
- Применяется реостат для пуска мотора.
- Значительно увеличивается крутящий момент.
- Создается мощное тяговое усилие.
Среди недостатков можно отметить лишь высокие значения пусковых токов, а также активное тепловыделение во время работы. Этот тип соединения широко применяется в мощных механизмах, в которых присутствуют большие токи нагрузки. Именно благодаря этому увеличивается ЭДС, влияющая на мощность вращающего момента. Также следует сказать, что существует еще одна схема подключения, называемая «разомкнутый треугольник». Она используется в выпрямительных установках, предназначенных для получения токов тройной частоты.
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.