Разница между подключением звездой и треугольником
Содержание:
В трехфазных цепях обычно применяется два типа соединения обмоток трансформаторов, электрических приёмников и генераторов. Одно из этих соединений носит название звезда, другое — треугольник. Рассмотрим подробнее, что это за соединения и чем они отличаются друг от друга.
Определение
Соединение в звезду подразумевает под собой такое соединение, в котором все рабочие концы фазных обмоток объединяются в один узел, называемый нулевой или нейтральной точкой и обозначается буквой O.
Соединение в треугольник представляет собой схему, при которой фазные обмотки генератора соединяются таким образом, что начало одной из них соединяется с концом другой.
Сравнение
Различие в указанных схемах состоит в соединении концов обмоток генератора электродвигателя. В схеме «звезда», все концы обмоток соединяются вместе, тогда как в схеме «треугольник» конец одной фазной обмотки монтируется с началом следующей.
Кроме принципиальной схемы сборки, электродвигатели с фазными обмотками, соединенными звездой, функционируют значительно мягче, чем двигатели, имеющие соединение фазных обмоток в треугольник. Но при соединении звездой электродвигатель не имеет возможности развивать свою полную паспортную мощность. Тогда как, при соединении фазных обмоток в треугольник двигатель всегда работает на полную заявленную мощность, которая почти в полтора раза выше, чем при соединении в звезду. Большим недостатком соединения треугольником являются очень большие величины пусковых токов.
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:
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.
Однако комбинированную схему нельзя использовать, если необходимо уменьшить показатель пускового тока, но одновременно требуется большой крутящий момент. В таком случае следует применять электромотор с фазным ротором, оснащенный реостатом.
Если говорить о преимуществах сочетания двух методов подключения, то можно отметить два:
- Благодаря плавному пуску увеличивается срок эксплуатации.
- Можно создать два уровня мощности агрегата.
Сегодня наиболее широко применяются электромоторы, рассчитанные на работу в сетях на 220 и 380 вольт. Именно от этого и зависит выбор схемы подключения. Таким образом, «треугольник» рекомендуется использовать при напряжении в 220 В, а «звезду» — при 380 В.
Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей переменного тока, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°).
Многопроводная (шестипроводная) трёхфазная система переменного тока изобретена Николой Теслой. Значительный вклад в развитие трёхфазных систем внёс М. О. Доливо-Добровольский , который впервые предложил трёх- и четырёхпроводную системы передачи переменного тока, выявил ряд преимуществ малопроводных трёхфазных систем по отношению к другим системам и провёл ряд экспериментов с асинхронным электродвигателем.
Содержание
Каждая из действующих ЭДС находится в своей фазе периодического процесса, поэтому часто называется просто «фазой». Также «фазами» называют проводники — носители этих ЭДС. В трёхфазных системах угол сдвига равен 120 градусам. Фазные проводники обозначаются в РФ латинскими буквами L с цифровым индексом 1…3, либо A, B и C [1] .
Распространённые обозначения фазных проводов:
| Россия, EC (выше 1000 В) | Россия, ЕС (ниже 1000 В) | Германия | Дания |
|---|---|---|---|
| А | L1 | L1 | R |
| B | L2 | L2 | S |
| C | L3 | L3 | T |
- Экономичность.
- Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
- Меньшая материалоёмкость 3-фазных трансформаторов.
- Меньшая материалоёмкость силовых кабелей, так как при одинаковой потребляемой мощности снижаются токи в фазах (по сравнению с однофазными цепями).
Благодаря этим преимуществам, трёхфазные системы наиболее распространены в современной электроэнергетике.
Звезда Править
Звездой называется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или нейтралью. Концы фаз обмоток потребителя (M) также соединяют в общую точку.
Провода, соединяющие начала фаз генератора и потребителя, называются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, называется нейтральным.
Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет — трёхпроводной.
Если сопротивления Za, Zb, Zc потребителя равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной.
Линейные и фазные величины Править
Напряжение между фазным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя фазными проводами (UAB, UBC, UCA) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:
Несложно показать, что линейное напряжение сдвинуто по фазе на π / 6 <displaystyle pi /6>относительно фазных:
Мощность трёхфазного тока Править
Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, мощность трёхфазной сети равна P = 3 U F I F c o s φ = 3 U L 3 I L c o s φ = 3 U L I L c o s φ <displaystyle P=3U_
Последствия отгорания (обрыва) нулевого провода в трёхфазных сетях Править
При симметричной нагрузке в трёхфазной системе питание потребителя линейным напряжением возможно даже при отсутствии нейтрального провода. Несмотря на это, при питании нагрузки фазным напряжением, когда нагрузка на фазы не является строго симметричной, наличие нейтрального провода обязательно. При его обрыве или значительном увеличении сопротивления (плохом контакте) происходит так называемый перекос фаз, в результате которого подключенная нагрузка, рассчитанная на фазное напряжение, может оказаться под произвольным напряжением в диапазоне от нуля до линейного (конкретное значение зависит от распределения нагрузки по фазам в момент обрыва нулевого провода). Это зачастую является причиной выхода из строя бытовой электроники в квартирных домах, который может приводить к пожарам. Пониженное напряжение также может послужить причиной выхода из строя техники.
Проблема гармоник, кратных третьей Править
Современная техника всё чаще оснащается импульсными сетевыми источниками питания. Импульсный источник без корректора коэффициента мощности потребляет ток узкими импульсами вблизи пиков синусоиды питающего напряжения на интервалах зарядки конденсатора входного выпрямителя. Большое количество таких источников питания в сети создаёт повышенный ток третьей гармоники питающего напряжения. Токи гармоник, кратных третьей, вместо взаимной компенсации, математически суммируются в нейтральном проводнике (даже при симметричном распределении нагрузки) и могут привести к его перегрузке даже без превышения допустимой мощности потребления по фазам. Такая проблема существует, в частности, в офисных зданиях с большим количеством одновременно работающей оргтехники. Решением проблемы третьей гармоники является применение корректора коэффициента мощности (пассивного или активного) в составе схемы производимых импульсных источников питания. Требования стандарта IEC 1000-3-2 накладывают ограничения на гармонические составляющие тока нагрузки устройств мощностью от 50 Вт. В России количество гармонических составляющих тока нагрузки нормируется стандартами ГОСТ Р 54149-2010, ГОСТ 32144-2013 (с 1.07.2014), ОСТ 45.188-2001.
Треугольник Править
Треугольник — такое соединение, когда конец первой фазы соединяется с началом второй фазы, конец второй фазы с началом третьей, а конец третьей фазы соединяется с началом первой.
Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями Править
Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:
Мощность трёхфазного тока при соединении треугольником Править
Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, мощность трёхфазного тока равна:
Распространённые стандарты напряжений Править
| Страна | Частота, Гц | Напряжение (фазное/линейное), Вольт |
|---|---|---|
| Россия | 50 | 220/230 [2] (бытовые сети) 380/660, 400/690, 380, 400, 220/380, 3000, 6000, 10000 (промышленные сети) [ источник не указан 371 день ] |
| Страны ЕС | 50 | 230/400, 400/690 (промышленные сети) |
277/480
240 (только треугольник)
Проводники, принадлежащие разным фазам, маркируют разными цветами. Разными цветами маркируют также нейтральный и защитный проводники. Это делается для обеспечения надлежащей защиты от поражения электрическим током, а также для удобства обслуживания, монтажа и ремонта электрических установок и электрического оборудования — фазировка (чередование фаз, то есть очерёдность протекания токов по фазам) принципиальна, так как от неё зависит направление вращения трёхфазных двигателей, правильная работа управляемых трёхфазных выпрямителей и некоторых других устройств. В разных странах маркировка проводников имеет свои различия, однако многие страны придерживаются общих принципов цветовой маркировки проводников, изложенных в стандарте Международной Электротехнической Комиссии МЭК 60445:2010.
Цвета фаз Править
Каждая фаза в трёхфазной системе имеет свой цвет. Он меняется в зависимости от страны. Используются цвета международного стандарта IEC 60446 (IEC 60445).
Отправить ответ