Подключение двигателя звезда треугольник. Подключение двигателя звезда-треугольник: схемы, принципы работы и применение

Как работает асинхронный двигатель. Какие существуют схемы соединения обмоток. В чем преимущества и недостатки подключения звездой и треугольником. Как реализуется пуск двигателя по схеме звезда-треугольник. Почему важно правильно выбрать схему подключения.

Принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель является наиболее распространенным типом электродвигателя благодаря своей надежности, простоте конструкции и невысокой стоимости. Он может работать как от трехфазной, так и от однофазной сети.

Основные элементы конструкции асинхронного двигателя:

• Статор — неподвижный цилиндр из листов электротехнической стали
• Статорная обмотка, расположенная в пазах статора
• Ротор — вращающаяся часть из листов электротехнической стали
• Обмотка или стержни ротора
• Вал двигателя с подшипниками
• Подшипниковые щиты

Как работает асинхронный двигатель? При подаче напряжения на обмотку статора создается вращающееся магнитное поле. Оно пересекает обмотку ротора, индуцируя в ней ЭДС и ток. Взаимодействие магнитного поля статора с током ротора создает вращающий момент, приводящий ротор в движение.

Схемы соединения обмоток асинхронного двигателя

Существует два основных способа подключения обмоток трехфазного асинхронного двигателя:

Соединение звездой

При соединении звездой:

• Концы трех обмоток соединяются в общую нейтральную точку
• Начала обмоток подключаются к фазам сети
• Напряжение на фазах 380 В или 660 В
• Схема может быть трех- или четырехпроводной

Соединение треугольником

При соединении треугольником:

• Конец каждой обмотки соединяется с началом следующей
• Образуется замкнутый треугольник
• К точкам соединения обмоток подключаются фазы сети
• Линейное напряжение 220 В или 380 В
• Схема только трехпроводная

Преимущества и недостатки схем соединения

Каковы плюсы и минусы разных схем подключения асинхронного двигателя?

Соединение звездой

Преимущества:

• Плавный пуск двигателя
• Меньший нагрев корпуса
• Возможность кратковременной перегрузки
• Высокая надежность и безопасность
• Простота подключения

Недостатки:

• Невозможность достижения полной мощности (до 70% от номинальной)

Соединение треугольником

Преимущества:

• Работа на полной мощности двигателя
• Возможность использования пускового реостата
• Увеличенный крутящий момент

Недостатки:

• Большие пусковые токи
• Повышенный нагрев двигателя
• Сокращение срока службы

Комбинированная схема пуска звезда-треугольник

Для объединения преимуществ обеих схем применяется комбинированный пуск звезда-треугольник. Как он работает?

1. Запуск двигателя производится при соединении обмоток звездой
2. После выхода на 75-80% номинальной скорости происходит переключение на треугольник
3. Двигатель выходит на полную мощность

Такая схема позволяет:

• Снизить пусковые токи
• Обеспечить плавный разгон
• Достичь номинальной мощности
• Увеличить срок службы двигателя

Реализация пуска звезда-треугольник

Как на практике осуществляется пуск двигателя по схеме звезда-треугольник?

• С помощью магнитных пускателей
• Пусковых реле времени
• Пакетных переключателей (с ручным управлением)

Важные моменты при переключении:

• Необходима пауза между отключением звезды и включением треугольника
• Пауза не должна быть слишком длительной
• В момент переключения двигатель работает на выбеге

Выбор схемы подключения двигателя

От чего зависит выбор оптимальной схемы подключения асинхронного двигателя?

• Мощность двигателя
• Условия пуска и характер нагрузки
• Требования к пусковому току
• Необходимость регулирования скорости
• Особенности питающей сети

Правильный выбор схемы подключения позволяет:

• Обеспечить оптимальные условия пуска
• Достичь требуемых характеристик в работе
• Повысить энергоэффективность
• Увеличить срок службы двигателя

Применение схемы звезда-треугольник в промышленности

Где находит применение пуск двигателей по схеме звезда-треугольник?

• Насосные станции
• Компрессорные установки
• Вентиляторы и дымососы
• Конвейеры и транспортеры
• Подъемно-транспортные механизмы
• Станочное оборудование

Почему схема звезда-треугольник востребована в промышленности?

• Позволяет запускать мощные двигатели
• Снижает нагрузку на сеть при пуске
• Уменьшает механические нагрузки на привод
• Повышает надежность и долговечность оборудования

Особенности применения схемы звезда-треугольник на судах

Какие особенности имеет использование пуска звезда-треугольник в судовых электроустановках?

• Применяется для двигателей большой мощности
• Используются автоматические переключатели
• Управление осуществляется реле времени
• Учитываются ограничения судовой электросети
• Важен плавный разгон для снижения динамических нагрузок

Применение схемы звезда-треугольник на судах позволяет:

• Снизить нагрузку на судовые генераторы при пуске мощных двигателей
• Обеспечить надежный пуск в условиях ограниченной мощности сети
• Уменьшить механические нагрузки на валопровод
• Повысить энергоэффективность судовых электроприводов

Принцип действия асинхронного двигателя и схемы соединения обмоток электродвигателя в звезду либо треугольника

В настоящее время самым распространённым электродвигателем считается трехфазный асинхронный двигатель, который отличается от других видов надёжностью, простотой изготовления и небольшой ценой. Он может работать как от трехфазной электрической цепи, так и от однофазной.

• Устройство механизма
  • Принцип работы асинхронного двигателя
• Схема соединения обмоток звездой и треугольником
  • Звезда
  • Треугольник
  • Комбинация звезда-треугольник

Устройство механизма

Асинхронный двигатель делят на две группы, которые зависят от метода исполнения обмотки ротора:

• Двигатели с фазной обмоткой. Имеют сложную конструкцию ротора, из-за чего производство прибора существенно дороже других типов двигателей. Их используют в тяжёлых пусковых условиях и при надобности плавной регулировки частоты вращения.
• Двигатели с короткозамкнутой обмоткой. Устройство имеет более низкую стоимость при производстве и его частота вращения меняется всего на 2- 3 процента при изменении нагрузки от 0 до минимальной частоты. Единственным недостатком является сложность плавной регулировки частоты вращения в больших пределах.

Прибор состоит из неподвижного цилиндра — статора, который состоит из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга техническим лаком и собранных при помощи скоб, для сокращения вихревых токов. В пазах статора находится статорная обмотка, соединяющаяся в комбинацию треугольника либо звезды. Устройство также состоит из вращающей части — ротора, собранного из листов электротехнической стали, где в пазы под давлением заливается алюминий или медь. А также вместе заливаются замыкающие кольца, на которых расположены лопатки. Они необходимы для охлаждения ротора.

Ротор закрепляется на валу двигателя, на котором фиксируются подшипники.

Вся эта конструкция располагается в подшипниковых щитах.

Принцип работы асинхронного двигателя

Если подать напряжение на статорную обмотку, то на ней начинает протекать переменный синусоидальный ток, создающий магнитное поле. Оно пересекает обмотку ротора, в котором индуцируется переменная электродвижущая сила. ЭДС образует переменный ток в обмотке ротора, а этот ток создаёт вращающее магнитное поле ротора.

Поле статора и ротора соединяются и образуют общее вращающее магнитное поле двигателя, которое взаимодействует с током в обмотке ротора и формирует усилие по правилу левой руки. Оно разворачивает ротор в сторону вращения магнитного поля.

Устройство называется асинхронным из-за того, что вращательная скорость магнитного поля в несколько раз больше скорости вращения ротора.

Схема соединения обмоток звездой и треугольником

На практике принято применять два главных подключения электродвигателей к сети. В зависимости от надёжности сети, мощности и инженерных параметров устройства, различают схемы соединения обмоток двигателя звездой и треугольником. Но также популярны и их совместные комбинации.

Звезда

Три обмотки двигателя имеют начальные и конечные выводы, которые совмещают в одну нейтральную точку. Её ещё называют нейтральной. При отсутствии нейтрального провода в цепи, схему считают трехпроводной, если он имеется — четырёхпроводной.

Начало выводов прикрепляют к определённым фазам электросети. На фазах напряжение бывает либо 380 В, либо 660 В.

Схема обладает рядом преимуществ:

1. В режиме работ корпус устройства не перегревается;
2. Возможность использования временной перегрузки;
3. Долговечность использования, безопасность и надёжность;
4. Беспрерывное применение электродвигателя длительное время.

При использовании подобного подключения не требуется специализированная работа мастера.

Треугольник

В таком подключении концы не соединяются в одну нейтральную точку, а сливаются с другой обмоткой. Она представляет собой треугольник, в котором соединение обмоток последовательно. Отличие заключается в том, что треугольная система существует только трёхпроводная, так как не имеет общей точки.

Линейное напряжение на обмотках равно 220 В или 380 В.

Схема обладает рядом преимуществ:

• способность использовать электрооборудование на полную мощность;
• применение пускового реостата;
• увеличение момента вращения.

Подобную модель чаще всего используют при работе с мощными устройствами и если существуют большие пусковые нагрузки.

Комбинация звезда-треугольник

Подобную модель применяют при сложных механизмах. При пуске звезда-треугольник быстро вырастает мощность и если двигатель не предназначен для схемы треугольник, то он быстро перегреется и, скорее всего, сгорит.

Для предотвращения сгорания предохранителей, применяют автотрансформаторы.

Тогда напряжение становится гораздо меньше и возникающий ток, соответственно, тоже. Далее, осуществляется увеличение частоты и уменьшение показателей тока.

Схема соединения звезда треугольник — это максимальная надёжность и эффективность применяемого электрооборудования.

Схема звезда — треугольник обладает следующими преимуществами:

• возможность применения двух уровней мощности;
• повышение срока службы.

Схемы соединения электродвигателя в звезду и треугольник: достоинства и недостатки

Пример HTML-страницы

В промышленности и быту широко распространены асинхронные двигатели, которые питаются напрямую от трехфазной сети с переменным напряжением. В статоре подобного мотора расположены три обмотки, смещенные друг относительно друга на 120 градусов – это сделано для того, чтобы создавать одинаковое магнитное поле в любой точке окружности вокруг статора. Для подключения таких электродвигателей применяется две основные схемы: подключение звездой и треугольником. Давайте подробнее рассмотрим каждый из этих видов подключения. Для наглядности, обозначим начало каждой из трех обмоток U1 , V1 , W1, а их концы – U2 , V2 , W2 соответственно.

Чтобы реализовать подключение мотора по схеме «звезда», необходимо соединить все концы обмоток U2 , V2 , W2 в одной точке, а на входы каждой из обмоток подавать по одной фазе из трехфазной сети.

Для того чтобы подключить двигатель по схеме «треугольник», необходимо к началу первой обмотки U1 присоединить конец второй V2, к началу второй обмотки V1 – конец третьей обмотки W2, а начало третьей обмотки W1 к концу первой U2. К местам, где соединяются обмотки, подключаются фазы питающей сети.

Посмотрите видео о способах подключения электродвигателей:

Важно правильно выбрать схему подключения для конкретного двигателя, иначе можно не получить от него необходимой мощности, а в отдельных случаях — даже вывести мотор из строя.

Каждая из этих схем подключения асинхронного электродвигателя к сети имеет как свои плюсы, так и недостатки. К примеру, мотор, подключенный звездой, запускается очень плавно, и может работать с небольшой перегрузкой без вреда для самого двигателя.

Однако максимальная паспортная мощность электропривода в таком случае недостижима – двигатель будет выдавать до 70% от своей номинальной мощности.

Подключение треугольником позволяет достигать паспортной мощности, однако при такой схеме подключения пусковые токи достигают значительных величин. К тому же замечено, что при подключении треугольником электродвигатель греется при работе, что уменьшает срок его службы.

Чтобы минимизировать минусы и полностью реализовать плюсы каждой из схем, была придумана система автоматической смены схемы подключения. То есть, асинхронный электродвигатель запускается по схеме «звезда», а при выходе на свою номинальную частоту вращения, переключается на схему «треугольник», и выходит на свою паспортную мощность. Реализуется такая смена схем подключения при помощи магнитных пускателей или пусковых реле времени. Также это можно сделать при помощи пакетного переключателя, но в этом случае нужно внимательно следить за работой мотора, чтобы переключить его в нужный момент.

Ещё одно интересное видео, о способе подключения электродвигателя:

Как работает стартер звезда-треугольник?

Пускатель звезда-треугольник представляет собой электрическое пусковое устройство, обычно используемое в двигателях больших размеров для преодоления высоких токов двигателя во время пуска. Звезда и треугольник означают здесь 2 отдельных состояния работы двигателя, сначала соединение звездой, а затем соединение треугольником.

Пусковой ток любого тяжелого электродвигателя может более чем в 4 раза превышать нормальный ток нагрузки, который он потребляет, когда он набирает скорость и достигает нормального рабочего состояния. Чтобы преодолеть эту первоначальную проблему зачарования сильного тока, такая схема требует соединения «звезда» во время пуска, и если соединение «звезда» имеет достаточный крутящий момент для работы на скорости от 75% до 80% от полной нагрузки, тогда двигатель может быть подключен в режиме «треугольник».

Когда двигатель подключен к конфигурации треугольника, фазное напряжение увеличивается на 173 %, а фазные токи увеличиваются в той же пропорции. Линейный ток увеличивается в три раза по сравнению со значением при соединении звездой.

Какая проблема с запуском двигателя без звезды-треугольника?

Мы уже знаем, что если бы двигатель запускался просто при соединении треугольником, то пусковой ток был бы огромным и только для того, чтобы можно было запустить двигатель, а не до рабочего состояния.

Для этого потребуется –

• Автоматические выключатели большой мощности, пропускающие пусковой импульсный ток без немедленного отключения двигателя.
• Трехфазные силовые кабели больших размеров требуются только для запуска, но обычное время работы не требуется.
• Большие размеры катушек и контактов на реле или подрядчиках нужны для управления двигателем, но для нормального времени работы нужны меньшие их размеры.

Иногда коммунальное предприятие также не разрешает пуск большого двигателя без пускателя звезда-треугольник из-за нестабильности системы из-за переходного процесса переключения.

Что важно в период перехода звезда-треугольник?

Важно, чтобы разрыв между контактором «звезда» находился в положении «ВЫКЛ» и контактор «треугольник» находился в положении «ВКЛ», поскольку контактор «звезда» должен быть надежно погашен до того, как контактор «треугольник» будет активирован. Во время переходного периода переключения двигатель должен работать в свободном режиме с небольшим замедлением. Также важно, чтобы пауза переключения не была слишком длинной, она может генерировать собственное напряжение, которое может добавить или уменьшить приложенное линейное напряжение.

Пускатель «звезда-треугольник»

Пускатель «звезда-треугольник» является очень распространенным типом пускателя и широко используется по сравнению с другими типами пуска асинхронного двигателя. Звезда-треугольник используется для двигателя с короткозамкнутым ротором, предназначенного для нормальной работы на обмотке статора, соединенной треугольником. Подключение трехфазного асинхронного двигателя с пускателем звезда-треугольник показано на рисунке ниже.

Когда переключатель S находится в положении ПУСК, обмотки статора соединяются в звезду, как показано ниже.

Когда двигатель набирает скорость, составляющую примерно 80% от номинальной скорости, переключатель S немедленно устанавливается в положение РАБОТА. В результате обмотка статора, которая была соединена звездой, теперь заменена на соединение треугольником. Соединение треугольником обмотки статора показано на рисунке ниже.

Сначала обмотка статора соединяется в звезду, а затем в треугольник, так что пусковой линейный ток двигателя уменьшается на треть по сравнению с пусковым током при соединении обмоток в треугольник. При пуске асинхронного двигателя, когда обмотки статора соединены звездой, на каждую фазу статора подается напряжение VL/√3 . Здесь VL — линейное напряжение.

Поскольку развиваемый крутящий момент пропорционален квадрату напряжения, подаваемого на асинхронный двигатель. Пускатель звезда-треугольник снижает пусковой момент до одной трети по сравнению с прямым пуском треугольником.

Все о пуске судовых двигателей звездой – треугольником

При пуске двигателя с прямым пуском от сети при пуске обмотки статора звездой потребляется только одна треть пускового тока, который потребовался бы, если бы обмотки были соединение треугольником . Пусковой ток двигателя, предназначенного для работы по схеме «треугольник», можно уменьшить с помощью пускателей по схеме «звезда-треугольник». Для небольших двигателей можно управлять ручным переключателем.

Для двигателей большой мощности на корабле фазные обмотки автоматически переключаются с помощью контакторов, управляемых реле времени u .
Доступны реле задержки времени, действие которых регулируется тепловыми, пневматическими, механическими или электронными устройствами управления.

В момент пуска, когда питание только что было включено, а двигатель еще не начал вращаться, механического выхода двигателя нет. Единственными факторами, определяющими ток, потребляемый двигателем, являются напряжение питания (V) и полное сопротивление фазных обмоток двигателя (Zph).

Это показывает, что пусковой ток двигателя , соединенного треугольником , может быть уменьшен на одну треть , если двигатель соединен звездой для пуска.
Крутящий момент на валу также снижается на одну треть , что снижает ускорение вала и увеличивает время разгона привода, но обычно это не проблема.

Асинхронный двигатель в судовой электрической системе

Когда асинхронный двигатель работает под нагрузкой, он преобразует входную электрическую энергию в выходную механическую энергию. Входной ток теперь определяется нагрузкой на вал двигателя.
Асинхронный двигатель будет работать с той же скоростью, когда он соединен звездой и треугольником, потому что скорость потока одинакова в обоих случаях, задаваемая частотой сети.