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?
- Запуск двигателя производится при соединении обмоток звездой
- После выхода на 75-80% номинальной скорости происходит переключение на треугольник
- 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.
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:
- В режиме работ корпус устройства не перегревается;
- Возможность использования временной перегрузки;
- Долговечность использования, безопасность и надёжность;
- 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.
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-страницыВ 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.