Как лучше подключить электродвигатель звездой или треугольником

Асинхронные электрические двигатели в настоящее время используются очень активно. У них есть определенные преимущества, благодаря которым они и стали так популярны. Для подключения к электрической сети мощных двигателей используются схемы "звезда", "треугольник". Электродвигатели, работающие на таких схемах, обладают своими достоинствами и недостатками. Сами же они отличаются надежностью в эксплуатации, возможностью получить большой крутящий момент, а также высоким показателем производительности.

Подключение двигателя

Как показывает практика, существует две оптимальных схемы — "звезда", "треугольник". Электродвигатели подключаются по одной из них. Возможно также преобразование "звезды" в "треугольник", к примеру.

Среди достоинств асинхронных двигателей выделяются следующие:

• возможность переключения обмоток во время работы;
• восстановление обмотки электрического двигателя;
• невысокая стоимость прибора по отношению к другим;
• наличие высокой стойкости к механическим повреждениям.

Основная особенность, характеризующая все асинхронные электрические двигатели, — это простота конструкции. Однако при всех своих преимуществах, есть и некоторые недостатки, возникающие во время работы:

1. Отсутствует возможность контролировать частоту вращения ротора, не теряя при этом мощности.
2. При увеличении нагрузки уменьшается крутящий момент.
3. Высокие показатели пусковых токов.

Описание подключений

Схемы "звезда" и "треугольник" для электродвигателя имеют определенные различия в подключении. "Звезда" означает, что концы статорной обмотки оборудования собираются в одной точке. При этом напряжение сети в 380 В будет подаваться на начало каждой из обмоток. Обычно на всех схемах подключения такой способ обозначается как Y.

В случае использования схемы подключения "треугольник" статорные обмотки электродвигателя соединяются последовательно. То есть, конец первой обмотки соединяется с началом второй, она, в свою очередь, — с третьей. Последняя будет замыкать цепь, соединяясь с началом первой.

Отличия схем подключения

Схемы "звезда" и "треугольник" у электродвигателя — это единственные способы их подключения. Они отличаются между собой, обеспечивая разные режимы работы. Так, к примеру, подключение при помощи схемы Y обеспечивает более мягкую работу, если сравнивать с двигателями, соединенными в "треугольник". Данная разница играет ключевую роль при выборе мощности электрического устройства.

Более мощные двигатели эксплуатируются только на "треугольнике". Схема подключения электродвигателя "звезда-треугольник" отлично подходит для тех случаев, когда необходимо обеспечить плавный пуск. А в нужный момент переключиться между обмотками для получения максимальной мощности.

Здесь важно добавить: подключение Y гарантирует мягкую работу, но при этом двигатель не сможет набрать свою паспортную мощность.

С другой стороны, схема соединения электродвигателя "треугольник-звезда-звезда" обеспечит большую мощность, но вместе с этим значительно возрастет и значение пускового тока для оборудования.

Именно разница в мощности между подключением Y и треугольником является основным показателем. Электродвигатель со схемой звезды будет обладать мощностью примерно в 1,5 раза ниже, чем через треугольник, однако такое подключение поможет снизить значение пускового тока. Все соединения, которые имеют в своем составе два способа подключения, являются комбинированными. Обычно они применяются лишь в тех случаях, когда необходимо запустить в работу электрический двигатель с большой паспортной мощностью.

Схема пуска "звезда-треугольник" для электродвигателя отличается еще одним преимуществом. Включение осуществляется по схеме Y, что снижает значение пускового тока. Когда во время работы устройство набирает достаточные обороты, происходит переход на схему треугольника для достижения максимальной мощности.

Комбинированные подключения

Схема переключения "звезда-треугольник" электродвигателя достаточно часто применяется в случаях, когда нужно запустить двигатель с минимальным пусковым током. Но при этом всю работу осуществлять нужно на соединении "треугольник". Для создания такого переключения используются специальные контакторы на три фазы. Для обеспечения автоматического переключения между схемами необходимо выполнить два условия. Во-первых, обеспечить блокировку контактов от одновременного включения. Во-вторых, все работы обязательно должны выполняться с задержкой по времени.

Второй пункт необходим, чтобы со 100% вероятностью произошло полное отключение "звезды" перед включением "треугольника". Если этого не сделать, то во время переключения между фазами будет происходить короткое замыкание. Для выполнения нужных условий используется реле времени с задержкой от 50 до 100 миллисекунд.

Осуществление задержки времени

При использовании комбинированного метода подключения "звезда-треугольник" наличие реле времени для задержки переключения необходимо. Специалисты чаще всего выбирают один из трех способов:

1. Первый вариант осуществляется при помощи нормально-разомкнутого контакта реле времени. В таком случае РВ будет отключать схему подключения треугольником во время пуска, а за переключение будет отвечать токовое реле РТ.
2. Второй вариант предполагает применение современного реле времени с задержкой переключения от 6 до 10 секунд.
3. Третий способ — это управление контакторами электродвигателя автоматическими приборами или вручную.

Рассмотрение способа переключения

Использование классического варианта с применением реле времени для комбинированных схем "звезда-треугольник" ранее считалось наиболее оптимальным. У него имелся лишь один недостаток, который иногда становился достаточно существенным, — габариты самого РВ. Такие типы приспособления гарантировали задержку времени переключения при помощи намагничивания сердечника. Однако на обратный процесс требовалось время.

В настоящее время такие РВ и прочие приборы были вытеснены современными приборами — частотными преобразователями. Переключение схемы электродвигателя со схемой "звезда-треугольник" при помощи ПЧ обладает большими преимуществами. Сюда относят более стабильную работу, низкие пусковые токи.

Это оборудование имеет встроенный микропроцессор, отвечающий за изменение частоты. Если рассматривать суть ПЧ для электродвигателя, то его принцип работы следующий: преобразователь вырабатывает нужную частоту переменного тока. На сегодняшний день в промышленности используются специальные или универсальные модели ПЧ для подключения асинхронных двигателей.

Специальные модели разрабатываются и используются лишь с определенными типами двигателей. Универсальные могут применяться в комплекте с любыми устройствами.

Недостатки схемы

Несмотря на то что классическая схема подключения проста и надежна, она имеет свои определенные недостатки.

Во-первых, очень важно точно определить нагрузку на вал электродвигателя. В противном случае он будет слишком долго набирать обороты, что, в свою очередь, исключит возможность быстрого переключения на схему треугольника при помощи токового реле. В этом режиме нежелательно долго эксплуатировать электрическое устройство.

Во-вторых, при такой схеме подключения возможен перегрев обмоток, из-за чего специалисты рекомендуют установить в схему дополнительное тепловое реле.

В-третьих, при использовании современных временных реле необходимо точно соблюдать паспортную нагрузку на вал электрического двигателя.

Заключение

При использовании подключения схемы "звезда-треугольник" очень важно правильно рассчитать нагрузку на вал электродвигателя. Еще один неприятный факт кроется в том, что в момент переключения с Y на треугольник, когда двигатель еще не набрал нужных оборотов, происходит самоиндукция. В этот момент в сети появляется повышенное напряжение. Это грозит выходом из строя других приборов и устройств, подключенных к этой же сети.

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.

Различия между «звездой» и «треугольником»

Исходя из теории и практических знаний основ электротехники, способ подключения «звезда», позволяет электродвигателю работать плавнее и мягче. Но при этом данный способ не позволяет выйти двигателю на всю мощность, представленную в технических характеристиках.

Соединив фазные обмотки по схеме «треугольник», двигатель способен быстро выйти на максимальную рабочую мощность. Это позволяет использовать по полной КПД электродвигателя, согласно техпаспорта. Но у такой схемы соединения есть свой недостаток: большие пусковые токи. Для уменьшения значения токов применяют пусковой реостат, позволяя осуществить более плавный пуск двигателя.

Соединение «звездой» и его преимущества

Каждая из трех рабочих обмоток электродвигателя имеет два вывода – соответственно начало и конец. Концы всех трех обмоток соединяют в одну общую точку, так называемую нейтраль.

При наличии нейтрального провода в цепи схему называют 4-х проводной, в противном случае, она будет считаться 3-х проводной.

Начало выводов присоединяют к соответствующим фазам питающей сети. Приложенное напряжение на таких фазах составляет 380 В, реже 660 В.

Основные преимущества применения схемы «звезда»:

• Устойчивый и длительный режим безостановочной работы двигателя;
• Повышенная надежность и долговечность, за счет снижения мощности оборудования;
• Максимальная плавность пуска электрического привода;
• Возможность воздействия кратковременной перегрузки;
• В процессе эксплуатации корпус оборудования не перегревается.

Существует оборудование с внутренним соединением концов обмоток. На колодку такого оборудования будет выведено всего лишь три вывода, что не позволяет применить другие методы соединения. Выполненное в таком виде электрооборудование, для своего подключения не требует грамотных специалистов.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети по схеме звезда

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

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.

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.

Асинхронный 3-фазный двигатель представляет собой полезное устройство, которое применяется во многих сферах деятельности человека, начиная от бытовой жизни, заканчивая промышленностью. В различных шлифовальных машинах, на конвейерах, станочных агрегатах, системах вентиляции промышленного типа и другое. Электродвигатель имеет 3 вывода, поэтому может быть выполнено соединение звезда и треугольник к трехфазной сети переменного тока или трансформатору.

Конструкция двигателя

Обмотки располагаются на статоре, а ротор выполнен короткозамкнутым в виде беличьего колеса: алюминиевые или медные кольца по торцам соединены между собой параллельными перемычками. Статор намотан специальным образом с определенным количеством полюсов, что зависит от параметров мощности и питающей сети. Бытовые вентиляторы имеют всего 2 полюса, промышленные тяговые электродвигатели по 8 и более.

Преимущества использования асинхронных электродвигателей со схемой включения звезда или треугольник очевидны и заключаются в следующем:

• Повышенная выносливость – даже при превышающих номинальные нагрузки, двигатель будет работать без сбоев.
• Возможность работы в агрессивных средах. За счет отсутствия скользящих контактов в двигателе не может возникать искрения, а, следовательно, и проблем с ним связанных. При качественной изоляции электродвигатель может работать во влажной обстановке.
• Высокая продолжительность работы на высоких нагрузках. Двигатель способен на протяжении длительного промежутка времени работать под значительной нагрузкой на валу без перегрева и сгорания обмоток.

Способы подключения к сети

Сейчас попытаемся разобраться, что такое звезда и треугольник, в чем разница между ними. Асинхронный 3-фазный электродвигатель имеет 3 обмотки, которые, соединены определенным образом. Они могут подключаться как к сети 380 В, так и к переменному напряжению 220 В. Поэтому двигатель можно считать универсальным, но его качество работы напрямую зависит от способа подключения к сети или отдельному питающему трансформатору.

Например, в режиме разгона, когда тот подключается последовательно в цепь двигателя для снижения пускового напряжения. По такому принципу действует частотный преобразователь, регулируя начальный момент посредством изменения частоты, не допуская превышение потребления мощности более, чем на 10-20%. В обычном режиме запуска асинхронный двигатель потребляет до 600% от номинала, что может стать причиной автоматического выключения вводных автоматов.

Обычно при открытии клеммной коробки на моторе можно увидеть 3 вывода и дополнительную скрутку. Это говорит о типе подключения обмоток, которым в этом случае является звезда. Раскрутив общее соединение, вы получите 6 выводов, являющиеся концами и началами каждой из 3-х обмоток. Поэтому появляется возможность выполнить подключение по схеме треугольника.

Иногда в зависимости от способа управления и алгоритма образования управляющего напряжения в приводе требуется переключение со звезды на треугольник. И делать это можно в автоматическом режиме, например, при разгоне, чтобы электродвигатель сразу обеспечивал высокий крутящий момент. Это чаще всего используется в частотных системах управления, где требуется более жестко регулировать динамику двигателя и контролировать скорость вращения.

Когда и какую схему лучше использовать, зависит от требований, но каждый из способов имеет свои особенности. Например, они заключаются в развиваемой и потребляемой мощности, разнице линейных и фазных напряжений, а, соответственно, динамических и электрических показателях.

Основные формулы

Перед тем, как ознакомиться с особенностями, как соединить электродвигатель звезда-треугольник, стоит вспомнить основные формулы расчета мощности и соотношения напряжений и токов между ними. При расчете устройств с питанием от сети переменного напряжения или отдельного трансформатора используют понятие полная мощность. Она обозначается большой буквой S и находится как произведение действующего значения напряжения и тока U × I . Также, есть возможность расчета, исходя из ЭДС, при котором S = E × I .

Кроме полной, также различают:

В первом случае она обозначается буквой P = E × I × cos φ или P = U × I × cos φ . Во втором случае Q = E × I × sin φ или Q = U × I × sin φ . Где в формулах E – электродвижущая сила, I – ток, φ – угол между напряжением и током, создаваемым сдвигом фаз в обмотках.

Если обмотки двигателя одинаковы между собой по всем параметрам, то все виды мощностей определяются как произведение тока и напряжения, умноженного на 3.

Соединение двигателя в звезду

Наиболее часто используемым является именно соединение в звезду, потому что в таком режиме обеспечивается необходимая мощность и гарантируется хороший крутящий момент на валу. Но стоит понимать, что недогруженный двигатель в 3-фазной сети будет потреблять лишнюю мощность, поэтому лучше использовать менее мощный мотор или регулировать частоту питающего трансформатора или привода, в зависимости от источника напряжения.

А чтобы определить электрические параметры сети, необходимо использовать соотношение √3. Первоначально следует отметить, что при соединении в звезду линейные и фазные токи одинаковы, а напряжение определяется по формуле U = √3 × U ф. Найти из нее фазное напряжение несложно. Соответственно, мощности определяются с учетом этого соотношения:

Следует помнить, что если на трансформаторе кроме 3-х фаз имеется также и 4-ый вывод со средней точки, то он должен быть подключен к электродвигателю .

Особенности применения подключения в звезду

На предприятиях, да и во всех остальных сферах, основным типом соединения 3-фазных двигателей является именно звезда, а питаются они от общей подстанции или отдельного трансформатора, обеспечивая, таким образом, гальваническую развязку. Схема включения его обмоток особо не влияет на работу двигателя. Если они соединены в треугольник, то напряжение на выходе составит в 1.73 раза меньше и подключив двигатель к его обмоткам по схеме треугольника можно добиться примерного того же момента, что и в обычном режиме.

Фазные токи при соединении по схеме в звезду равны, а напряжение, подводимое к каждой из обмоток, в 1.73 раза меньше. Двигатель набирает свой момент за более длительное время, но при этом не перегревается. В таком режиме используются моторы на вентиляторах, помпах, шнеках и прочих агрегатах. Но, если необходимо увеличить момент и тяговую способность, то его кратковременно переключают в треугольник.

В таком случае к обмоткам подводится полное напряжение сети, а, следовательно, и увеличенный ток, что приводит к выделению дополнительной мощности на валу и нагреву мотора. Режим переключения на треугольник применяют для ускоренного запуска двигателя, а потому возвращают схему соединения в исходное состояние. Длительная работа в таком режиме приведет к скорому выходу из строя.