Princip spojení hvězda a trojúhelník. Vlastnosti a provoz

O výhodách asynchronních motorů není třeba polemizovat. Odborníci zdůrazňují zejména:

• vysoká produktivita; spolehlivost;
• skromnost; jednoduchost designu;
• mírné náklady na opravy a údržbu atd.

Indukční motor se skládá ze dvou hlavních prvků: statoru a rotoru. Mají vodivá vinutí, jejichž začátky a konce jsou vyvedeny do rozvodné skříně a upevněny ve dvou řadách. Označují se buď písmeny C (C1, C2, C3 – začátek vinutí, C4, C5, C6 – jejich konce), nebo podle nového značení: U1, V1, W1 – začátek, U2, V2 , W2 – konce.

Lidé, kteří se s motory tohoto typu zabývají poprvé, mají velmi často otázku: jaký je nejlepší způsob, jak je připojit? Existují tři schémata připojení:

• „Trojúhelník“;
• „hvězda“;
• kombinované („hvězda-trojúhelník“).

Jak je tedy zapojen motor do hvězdy a trojúhelníku?

Hvězdné spojení

V tomto případě jsou konce statorových vinutí spojeny dohromady v jednom bodě pomocí speciální propojky. Do jejich začátků je přiváděno třífázové napětí. Napětí na fázovém vinutí bude tedy 220 V a lineární napětí mezi dvěma zbývajícími fázovými vinutími bude 380 V.

Připojení třífázových motorů s napájecím napětím 220/127V do standardních jednofázových sítí se provádí pouze do hvězdy, jinak se jednotka rychle stane nepoužitelnou. Podle tohoto schématu jsou také připojeny všechny elektromotory 380V ruské výroby.

Obecně platí, že hvězdicové zapojení poskytuje měkčí start motoru a hladší provoz a také poskytuje možnost restartu. Proto je obvyklé startovat středně výkonné motory podle tohoto schématu. Je však třeba poznamenat, že v tomto případě nebude třífázový motor schopen pracovat na plný výkon.

Delta připojení

Vinutí jsou zapojena sériově do uzavřené buňky, tzn. konec jednoho z nich je spojen se začátkem dalšího atd. Řady kontaktů se svorkami jsou uspořádány tak, že jsou vůči sobě přesazeny (tj. C6 (U2) je umístěn proti svorce C1 (W1) atd.). Připojovací body by měly být připojeny k odpovídajícím fázím napájecího napětí. Síťové napětí sítě a napětí na fázovém vinutí se rovná 220V

Zapojení do trojúhelníku zaručuje dosažení maximálního výkonu asynchronního elektromotoru (tedy plného jmenovitého výkonu, což je jedenapůlkrát více než u zapojení do hvězdy), ale zároveň podléhá většímu zahřívání a má vyšší startovací proudy. To je způsobeno konstrukčními vlastnostmi motorů tohoto typu: rotor je poměrně masivní a má velkou setrvačnost, takže když se roztočí, motor pracuje v režimu přetížení. V souladu s tím může motor rychle selhat. Pokud však potřebujete k síti připojit elektromotor evropské výroby a určený pro jmenovité napětí 400/690, pak je to jediná správná možnost.

Kombinované připojení

Tato funkce se používá pouze u motorů s odpovídající značkou (Δ/Y), která označuje, že jsou možné obě možnosti připojení. Startování se provádí při zapojení do hvězdy pro snížení startovacího proudu, poté po dosažení jmenovitých otáček dojde automaticky k přepnutí do trojúhelníku. Tímto způsobem získáme maximální možný výstupní výkon.

Použití této metody je spojeno s proudovými rázy. Při přepínání mezi okruhy dochází k následujícímu: přívod proudu se zastaví, otáčky rotoru se sníží (někdy dost prudce), poté se obnoví původní rychlost otáčení.

Start relé

Pro spouštění elektromotoru podle obvodu hvězda-trojúhelník bylo vyvinuto speciální zařízení. Názvy se mohou lišit: relé „Start-trojúhelník“, „Spouštěcí časová relé“ atd., ale schéma jejich činnosti je vždy stejné: po přivedení napětí na relé začíná čas zrychlení, startér hvězda je zapnuto, poté na konci Během zrychlování se kontakty otevřou, startér se vypne a kontakty, které zapínají startér do trojúhelníku, se uzavřou.

Obdobná relé se vyrábí v ČR (CRM-2T, TRS2D), Rakousku (RVP-3, D6DS, VL-32M1), Ukrajině (VL-163), Itálii (řada 80, Finder). Mohou být modulární, programovatelné, odnímatelné, jedno- nebo multifunkční, mechanické nebo digitální, denní, týdenní – výběr je poměrně široký.

Takže otázka: jak připojit elektromotor s hvězdou nebo trojúhelníkem je vyřešena docela jednoduše. Pečlivě si přečtěte pokyny dodané s jednotkou a věnujte zvláštní pozornost značkám na štítku motoru.

V elektrotechnice se schémata zapojení vinutí nazývaná „hvězda a trojúhelník“ vztahují k třífázovým sítím, které dodávají energii elektrárnám jednoho či druhého typu. Pod druhými se rozumí elektrická zařízení obsahující motorové jednotky, třífázové transformátory, topné články atd.

Vlastnosti zapínání vinutí třífázových zařízení

Vlastnosti schémat zapojení „hvězda a trojúhelník“ se nejsnadněji zvažují na příkladu motoru se zkratovaným rotorem, tzv. „klec veverky“. Elektrické stroje této třídy obsahují tři nezávislé cívky, z nichž každá tvoří magnetické pole s pevným vektorem elektromagnetické intenzity. V reálných jednotkách je počet takových vinutí výrazně větší, ale jejich celkový počet je nutně násobkem počtu fází (tj. tři).

Je důležité si uvědomit, že každá z těchto cívek má konec a začátek, což je na schématu znázorněno tučnou tečkou. Vzhledem k tomu, že v silových obvodech je ještě jeden napájecí vodič (tři fáze a jeden nulový), je otázka jejich správného spínání při konstrukci pracovních obvodů přirozená.

Při výběru metod zapojení vinutí generátorů 380 V se tradičně používá možnost zapojení podle hvězdicových a trojúhelníkových schémat. Tato řešení jsou použitelná i pro většinu třífázových zátěží, jako jsou například výkonové transformátory nebo elektrické pece.

Hvězdné zapojení

Při zapojení cívek do hvězdicového schématu se fázové sběrnice připojují k počátečním bodům každé z nich. Na schématu jsou označeny (A.B.C.). Konce těchto cívek jsou spojeny v jednom bodě (nazývaném „neutrální“ (N)). Nulový vodič se k němu obvykle připojuje, pokud to vyžadují provozní podmínky napájecího systému.

Trojúhelníkový diagram

Při tomto způsobu spínání jsou začátek každého následujícího a konec předchozího vinutí vzájemně propojeny a tvoří uzavřený trojúhelníkový útvar. Má tři spojovací body, ke kterým jsou připojeny fázové vodiče (A.B.C.). V tomto případě se při uspořádání a provozu napájecího vedení obejdou bez nulového nebo neutrálního vodiče.

Typy připojení

Hvězda a trojúhelník jsou základní schémata zapojení, která mají několik konstrukčních možností za provozních podmínek třífázových zdrojů napětí a spotřebičů. Liší se nejen kombinací schémat, ale také absencí nebo přítomností neutrálního vodiče ve vedení.

Obecně jsou možné následující kombinace řešení obvodů pro zdroj generující 380 V a spotřebič:

• Hvězda – hvězda s nulovým jádrem.
• Totéž, ale bez nulového vodiče.
• Trojúhelník je trojúhelník.
• Hvězda – trojúhelník.
• Trojúhelník je hvězda.

Při navrhování třífázových obvodů se směr proudů v lineárních sběrnicích volí od generátoru k činné nebo reaktivní zátěži. V neutrálním nebo nulovém vodiči (pokud existuje) se mění na opačný – od spotřebiče ke generátoru.

Způsoby zapínání a elektrické parametry obvodů

Uvedené schémata zapojení (hvězda a trojúhelník) se používají pro všechna energetická zařízení pracující v třífázových sítích. Proto je tak důležité zvážit povahu rozložení proudů a napětí při připojování zátěží tím či oním způsobem. V elektrických silových obvodech se rozlišují dva typy napětí. Jsou to fázové 220 V a lineární, rovné 380 V. Druhé co do velikosti je 1,73krát větší než první, což odpovídá hodnotě druhé odmocniny ze 3.

Například v sekundárních vinutích výkonových transformátorů nebo elektromotorů (EM) zapojených do hvězdy působí mezi fázovou sběrnicí a nulovým vodičem 220 V. A mezi každou ze tří fází přístroj při měření ukazuje 380 V. Proudy v silových obvodech a zátěžích se také dělí na fázové a lineární. V uvažovaném obvodu mají stejnou velikost: Iл=Iф.

Při zapojení do „trojúhelníkového“ schématu se rozložení hlavních indikátorů změní na opačné. V tomto případě jsou napětí různých typů stejně velká a proudy, které jim odpovídají, jsou vztaženy vzorcem: Iл=1,73Iф.

Indikátory výkonu pro každý z uvažovaných obvodů budou mít stejnou velikost a rovny budou:

• Celkem S = 3*Sф = 3*(Uл/√3)*I = √3*Uл*I.
• Aktivní složka P = √3*Uл*I*cos φ.
• Jalový výkon Q = √3*Uл*I*sin φ.

Všechny tyto hodnoty se používají k výpočtu výkonových obvodů při provozu na zátěž odpovídajícího typu.

Praktické použití obvodů zapojení do hvězdy a trojúhelníku

Profesionální elektrikáři se obvykle zabývají elektrickými obvody, které fungují na 220/380 V. To je nutí předem se rozhodnout, který obvod bude vhodný pro připojení motoru například ke konkrétní elektrické síti. Zároveň se nutně bere v úvahu jedna důležitá vlastnost elektrických pohonů.

ED se podle způsobu připojení k elektrické síti dělí na jednotky, u kterých je možné měnit pořadí spínání vinutí, a na ty, u kterých tato možnost není zajištěna. V prvním případě je na svorkovnici elektromotoru šest kontaktních bodů, pomocí kterých je možné zvolit požadované schéma zapojení. Jeho volba závisí na napětí působícím v dané elektrické síti.

Spínaná vinutí tvoří požadovaný obvod pomocí malých měděných sběrnic umístěných na svorkovnici:

Na něm je pomocí ikon C1, C2, C3, C4, C5 a C6 vyznačena korespondence počátečních a koncových bodů s polohami propojek pro dvě možnosti spínání (hvězda a trojúhelník). Někdy je umístění kontaktů a jejich korespondence s konci a začátky vinutí vyznačena na krytu svorkovnice.

Pokud jsou k němu vyvedeny pouze tři kontaktní body, znamená to, že vinutí jsou již připojena uvnitř skříně motoru. Pro provedení plánovaných komutací pak budete muset otevřít mechanismus a najít jejich konce. Poté je třeba je otevřít a zapojit podle požadovaného schématu (hvězda nebo trojúhelník).

Výběr požadovaného schématu

Volba nastává v následujících situacích:

• Pokud je nutné připojit třífázový elektromotor k jednofázové síti. (Při připojování elektromotoru 3 V k jednofázové síti se používá obvod „trojúhelník“).
• V případě potřeby jej připojte k obvodům s různým napájecím napětím (220/380 V).
• Pokud provozní podmínky vyžadují připojení motoru k frekvenčnímu měniči.

Před připojením vinutí k sítím 220 nebo 380 V byste měli zvolit obvod, který odpovídá provoznímu napětí elektromotoru. Na typovém štítku jednotky je uvedeno konvenčním označením, například „Δ/Y 220/380“.

To znamená, že při 220 V je vybrána možnost připojení „trojúhelník“ a při 380 V „hvězda“. V případě, že má být zátěž připojena k jednofázové síti s předřadníkovým kondenzátorem, je také vybrána možnost „trojúhelník“. Pokud štítek uvádí pouze jedno napětí se specifickým označením obvodu, není v tomto produktu k dispozici možnost volby a změny způsobu připojení.

Při spouštění elektromotoru má rozběhový proud zvýšenou hodnotu, která je několikanásobně větší než jeho jmenovitá hodnota. Pokud se jedná o mechanismus s nízkou spotřebou, ochrana nemusí fungovat. Při zapnutí silného elektromotoru určitě zafunguje ochrana, která vypne napájení, což způsobí pokles napětí na nějakou dobu a spálené pojistky nebo vypnutí jističů. Elektromotor bude pracovat při nízké rychlosti, která je nižší než jmenovitá rychlost.

Je vidět, že v důsledku vysokého zapínacího proudu vzniká mnoho problémů. Je potřeba nějak snížit jeho hodnotu.

Chcete-li to provést, můžete použít několik metod:

• Připojte reostat, induktor nebo transformátor pro spuštění elektromotoru.
• Změňte typ připojení vinutí rotoru elektromotoru.

V průmyslu se používá hlavně druhá metoda, protože je nejjednodušší a poskytuje vysokou účinnost. Funguje zde princip přepínání vinutí elektromotoru na obvody jako hvězda a trojúhelník. To znamená, že když je motor spuštěn, jeho vinutí mají „hvězdové“ zapojení, po sadě provozních rychlostí se schéma zapojení změní na „trojúhelník“. Naučili se automatizovat tento proces přepínání v průmyslovém prostředí.

V elektromotorech je vhodné použít dva okruhy najednou – hvězdu a trojúhelník. Neutrál zdroje energie je nutné připojit k nulovému bodu, protože při použití takových obvodů existuje zvýšená pravděpodobnost zkreslení fázové amplitudy. Neutrál zdroje kompenzuje tuto asymetrii, která vzniká v důsledku rozdílných indukčních odporů vinutí statoru.

Důsledky nesprávného připojení

Pro pochopení důsledků nesprávné volby schématu zapojení vinutí pomůže srovnání výkonu rozptýleného v třífázových zátěžích. Podle uvedených vzorců se tento ukazatel dělí na plnou, aktivní a reaktivní složku.

Předpokládejme, že ve standardní třífázové síti 3 V se jako zátěž používají tři žárovky s napětím 380 V. Poté odhadneme, co se s nimi stane, pokud změníme schéma zapojení (zapojíme je do trojúhelníku místo do hvězdy).

Při zapojení do hvězdy dostává každá žárovka napětí přibližně 190 V. Výkon, který se na nich rozptýlí při jmenovitém proudu, bude také v přijatelných mezích. S tímto zapojením budou žárovky fungovat normálně po celou dobu životnosti.

Při zvažování možnosti zapojení lamp v trojúhelníku je okamžitě zřejmé, že každá z nich v třífázové síti má 380 V. I při pevné hodnotě proudu bude zátěž uvolňovat výkon 1,73krát větší než jmenovitý. Je zřejmé, že v tomto režimu žárovky nebudou fungovat příliš dlouho (jejich spirály se rychle vyhoří).

Při zapnutí jalového zatížení (například tři vinutí asynchronního elektromotoru na 220 V) se pozoruje přibližně stejný obraz. Při zapnutí do hvězdy bude elektromotor pracovat v normálním režimu a vydrží poměrně dlouho (v rámci záruční doby). Při omylem zapnutí do trojúhelníku se na každou z cívek místo vypočítaných 220 přivede 380 V, což povede k jejich rychlému vyhoření.

Související témata:

• Sériové a paralelní zapojení. Použití a schémata
• Kontrola vinutí motoru. Poruchy a zkušební metody
• Schémata zapojení třífázového motoru. Do 3 a 1fázové sítě