Трехфазный переменный ток соединение звездой и треугольником. Трехфазный ток: соединение звездой и треугольником — особенности и преимущества

Что такое трехфазная система переменного тока. Как работает соединение звездой. Чем отличается соединение треугольником. Какие преимущества дает каждый тип соединения. Как рассчитать мощность трехфазной системы.

Трехфазная система переменного тока: основные понятия

Трехфазная система переменного тока является одной из самых распространенных в современной энергетике. Но что она собой представляет? Трехфазная система состоит из трех однофазных переменных напряжений, которые:

• Изменяются с одинаковой частотой
• Сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120 градусов
• Имеют одинаковую амплитуду

Такая система называется симметричной. В комплексной форме ее можно представить следующим образом:

• U_A = U_Ф
• U_B = U_Фe^-j120° = U_Ф(-1/2-j√3/2)
• U_C = U_Фe^j120° = U_Ф(-1/2+j√3/2)

где U_Ф — фазное напряжение.

Важной особенностью трехфазной системы является то, что сумма трех фазных напряжений в любой момент времени равна нулю: U

A + U_B + U_C = 0.

Соединение звездой: схема и основные характеристики

Соединение звездой является одним из двух основных способов соединения обмоток трехфазного генератора или нагрузки. При таком соединении концы всех трех фаз объединяются в одну точку, называемую нулевой или нейтральной. Как выглядит схема соединения звездой?

• Начала обмоток (A, B, C) подключаются к линейным проводам
• Концы обмоток (X, Y, Z) соединяются в общую нулевую точку
• При необходимости от нулевой точки отводится нейтральный провод

Каковы основные характеристики соединения звездой?

• Линейный ток равен фазному току: I_л = I_ф
• Линейное напряжение в √3 раз больше фазного: U_л = √3 * U_ф
• Мощность трехфазной системы: P = √3 * I
  л * U_л * cosφ

Соединение треугольником: особенности и преимущества

Соединение треугольником — второй основной способ соединения в трехфазных системах. При таком соединении конец каждой фазы соединяется с началом следующей, образуя замкнутый треугольник. Чем характеризуется соединение треугольником?

• Фазное напряжение равно линейному: U_ф = U_л
• Линейный ток в √3 раз больше фазного: I_л = √3 * I_ф
• Мощность рассчитывается так же, как при соединении звездой

Каковы преимущества соединения треугольником?

• Возможность получить большие токи при том же напряжении
• Отсутствие нейтрального провода
• Сохранение работоспособности при обрыве одной фазы

Сравнение соединений звездой и треугольником

Какой тип соединения выбрать — звезду или треугольник? Это зависит от конкретной задачи. Давайте сравним их основные характеристики:

Параметр	Звезда	Треугольник
Линейное напряжение	√3 * Uф	Uф
Линейный ток	Iф	√3 * Iф
Нейтральный провод	Есть	Нет
Мощность	√3 * Uл * Iл * cosφ

Как видим, при одинаковых фазных параметрах соединение треугольником позволяет получить большие токи, а соединение звездой — большие напряжения.

Расчет мощности в трехфазных цепях

Как рассчитать мощность трехфазной системы? Существует несколько формул в зависимости от известных параметров:

• Активная мощность: P = √3 * U_л * I_л * cosφ
• Реактивная мощность: Q = √3 * U_л * I_л * sinφ
• Полная мощность: S = √3 * U
  л * I_л

где U_л — линейное напряжение, I_л — линейный ток, cosφ — коэффициент мощности.

При расчетах важно помнить о соотношениях между линейными и фазными величинами для разных типов соединений.

Неисправности в трехфазных системах

Какие неисправности могут возникнуть в трехфазных системах? Наиболее распространенные проблемы:

• Обрыв фазы
• Короткое замыкание между фазами
• Асимметрия напряжений
• Перегрузка

Как влияют эти неисправности на работу системы? Рассмотрим на примере обрыва фазы:

• При соединении звездой: снижение мощности до 1/3 от номинальной
• При соединении треугольником: снижение мощности до 2/3 от номинальной

Это показывает, что соединение треугольником более устойчиво к обрыву фазы.

Применение трехфазных систем

Где используются трехфазные системы переменного тока? Их применение чрезвычайно широко:

• Промышленные электроприводы
• Системы электроснабжения
• Электротранспорт
• Бытовые электроприборы большой мощности

Почему трехфазные системы так популярны? Они обладают рядом преимуществ:

• Высокая эффективность передачи энергии
• Возможность получения разных напряжений
• Создание вращающегося магнитного поля
• Равномерная нагрузка на сеть

Выбор типа соединения для конкретных задач

Как выбрать оптимальный тип соединения для конкретной задачи? Рассмотрим несколько примеров:

1. Электродвигатели:
   • Малой мощности — обычно звезда
   • Средней и большой мощности — треугольник
2. Трансформаторы:
   • Первичная обмотка — чаще треугольник
   • Вторичная обмотка — чаще звезда
3. Генераторы:
   • Малой мощности — звезда
   • Большой мощности — треугольник

При выборе типа соединения следует учитывать требуемые напряжения и токи, наличие нейтрали, условия эксплуатации и другие факторы.

Трехфазный ток. Соединение звездой и треугольником

До сих пор мы изучали переменный ток, который создавался одной э. д. с. Такой ток называется однофазным переменным током. Система из трех однофазных токов, создаваемых тремя э. д. с. одной частоты, но сдвинутых один относительно другого на одну треть периода (120°), называется трехфазным током.

Трехфазный ток вырабатывают трехфазные генераторы. На рис. 1 схематически показан трехфазный генератор, на неподвижной части которого, называемой статором, расположены три отдельные обмотки.

Подвижная часть генератора, называемая ротором, представляет собой электромагнит. При вращении ротора в катушках обмотки статора индуктируется э. д. с.

Так как обмотки смещены одна относительно другой на 120°, то в них индуктируются э. д. с., у которых амплитуды смещены по фазе также на 120°, т. е. в трех обмотках индуктируются э. д. е., угол сдвига фаз между которыми ф = 120° (каждую обмотку обычно называют фазой).

Рис. 2

Рис. 3

Начала обмоток обозначаются буквами А, В и С, концы соответственно x, у и z.
К кольцам 1 и 2 присоединены концы обмотки электромагнита. Щетки 3, 4 служат для ввода постоянного тока.

Графики э. д. с. в трех обмотках трехфазного генератора представлены на рис. 2.

В трехфазном генераторе как бы имеются три однофазных генератора с общей магнитной системой. Представим, что генератор трехфазного тока подключен к нагрузке так, как показано на рис. 3.

Через А₁, А₂, А₃ обозначены обмотки (фазы) генератора, а через А₁^,, А₂

^,, А₃^, — фазы потребителей (электрические лампы).

Три провода B₁ — B₁^,; B₂ — B₂^,; B₃ — B₃^, можно соединить вместе в один провод (рис. 4) ОО^,, называемый нулевым или нейтральным.

Так как алгебраическая сумма трех равных, сдвинутых друг относительно друга на 120°, синусоидальных токов в любой момент времени равна нулю, то при равномерной нагрузке фаз этот провод не нужен, так как ток в нем в этом случае равен нулю. Точка О, в которой соединяются все три фазы обмотки машины и нулевой провод, называется нулевой или нейтральной.

Рис. 4

Рис. 5

Соединение фаз генератора трехфазного тока, показанное на рис. 4, называется соединением звездой. Аналогичное соединение цепей нагрузки называется включением нагрузки звездой.

Напряжение между началом и концом фазы называется фазовым напряжением и обозначается Uф.

Напряжение между концами фаз или проводами линий называется линейным напряжением и обозначается Uл. Соответственно и величина тока называется фазовой (Iф) или линейной (Iл). Очевидно, что при соединении звездой Iл  = Iф , так как фаза генератора и соответствующая линия соединены последовательно.

Величина линейного напряжения при соединении фаз звездой равна

в чем можно легко убедиться, измеряя напряжение между двумя линейными проводами и сравнивая его с напряжением между нулевым проводом и линейным.

Другое соединение фаз генератора трехфазного тока и его потребителей — соединение треугольником — показано на рис. 5. При соединении треугольником фазы включены последовательно: конец одной соединен с началом другой и т. д., сумма э. д. с. трех фаз в каждый момент времени равна нулю. Поэтому при отключении внешней цепи ток в фазах будет равен нулю. При соединении треугольником фазовое напряжение равно линейному Uф = Uл, а сила тока в линии при равномерной нагрузке фаз равна

Трехфазный переменный ток.

Схема устройства генератора трехфазного тока.

e_A=E_A sint

e_B=E_B sin(t-120)

e_C=E_B sin(t-240)= E_C sin(t+120)

f=p*n/60 , где p-число пар полюсов для 3^х обмоток.

n= 3000 об/мин. n=об./мин.

Трехфазной системой переменного тока называется система трех однофазных переменных напряжений, изменяющихся с одинаковой частотой и отличающихся нач. фазами.

Если разность фаз равна 120 или 2/3, то такая система называется симметричной.

В комплексной форме: E_A=E_B=E_C=U_Ф

U_a=U_Ф U_b=U_Ф e^-j120= U_Ф^{(-1/2-j3/2)}  U_C=U_Фe^{j 120}=U_Ф(^-1/2+j3/2) 

Векторная диаграмма э.д.с. трехфазной системы.

E_A+E_B+E_C=0

Соединение обмоток генератора звездой (соединение 0).

A, B, С — начала обмоток

X, Y, Z — концы обмоток

Фазным напряжением называется напряжение между началом и концом обмотки или это напряжение между линейным и нулевым проводом.

U_AO=U_BO=U_CO=U₀

Напряжения между началами обмоток или напряжения между линейными проводами называют линейными напряжениями.

Ток в фазе называют фазным током.

Ток в линии называют линейным током.

При соединении :

I_л.=I_ф.

Соединение звездой равносильно встречному соединению источников , поэтому U_AB=U_AO+U_BO

U_BC=U_BO-U_CO (*)

U_CA=U_CO-U_AO

Таким образом, векторное напряжение равно векторной разности фазных напряжений.

Пусть система симметричная. Рисунок:

U_л=3*U_Ф

При соединении звездой линейный ток всегда равен фазному, а линейное напряжение в 3 раза больше фазного напряжения, если система симметричная. Если система несимметричная, то соотношение между линейным и фазным напряжением определяется формулой ().

Нулевой провод всегда дает симметрию трехфазной системы.

Соединение обмоток генератора треугольником.

Конец одной обмотки соединяем с началом другой.I_AB, I_BC, I_СА — фазные токи

I_A, I_B, I_C — линейные токи

U_ax, U_by, U_cz— фазные напряжения

U_AB, U_BC, U_CA— линейные напряжения

При соединении :

U_л=U_Ф

Из 1 закона Кирхгофа записываем:

I_AB-I_CA-I_A=0

I_A=I_AB-I_CA

I_B=I_BC-I_AB (*)(*) линейный ток равен векторной разности фазных токов

I_C=I_CA-I_BC

Нагрузка называется симметричной, если она равна по величине и по виду.

I_AB=I_BC=I_CA -I_Ф.— фазные токи

I_A=I_B=I_C -I_Л.— линейные токи

Рисунок:

Нагрузка активно-индуктивная:

1/2I_Л.=I_Фcos 30

При соединении  фазные напряжения всегда равны линейным напряжениям. Линейный ток в 3 больше фазного, если нагрузка симметричная. Если нагрузка несимметричная , то соотношения между линейным и фазным током определяем формулами (*)(*).

Мощность трехфазной системы.

P=3I_фU_Фcos — мощность трехфазной системы Вт

соединение : P=3I_ЛU_Л/3cos=3 I_ЛU_Л cos

соединение : P=3I_Л/3U_Л cos=3 I_ЛU_Л cos

Q=3I_ФU_Фsin  ВАр

Q=3I_ЛU_Л sin 

S=3I_ФU_Ф ВА

S=3 I_ЛU_Л

Устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

Трансформатор — это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования напряжения, тока без изменения частоты.

Трансформатор состоит из сердечника. Сердечник набирается из листовой электротехнической стали. Сердечник делается из листов, чтобы уменьшить потери на вихревые токи. Эл чтобы уменьшить потери на гистерезис. На стержни наматываются обмотки.

Обмотка низшего напряжения, которая имеет меньшее количество витков и делается из провода большего сечения.

Обмотка высшего напряжения — большее количество витков.

Материал — медный провод. Njr

U₂U₁ — повышающий трансформатор

U₂U₁ -понижающий трансформатор

U₂IФЕ2U2

Трехфазная неисправность — Потеря фазы

Трехфазная неисправность — потеря фазы — неисправность из-за сгоревшего резистора

Присмотритесь к звездной связи

Неисправность 3-х фаз — Соединение звездой с потерей одной фазы

Неисправность 3-х фаз — Соединение звездой с потерей 2-х из 3-х фаз

Неисправность 3-х фаз — соединение звездой с обрывом фазы и обрывом нейтральной линии

Присмотритесь к соединению Delta

3-фазная ошибка — соединение треугольником — выход из строя резистора

Обрыв фазы — соединение треугольником — обрыв фазы с неисправным резистором, подключенным к

Неисправность 3-х фаз — соединение треугольником — отказ одной фазы

3 Обрыв фазы — соединение треугольником — обрыв фазы с неисправным резистором, подключенным к

3 Обрыв фазы — соединение треугольником — обрыв фазы с неисправным резистором, не подключенным к

В трехфазной системе часто возникает следующий вопрос: Что произойдет в случае перегорания предохранителя, обрыва провода, износа контакта или перегорания резистора из-за тепловой перегрузки?

Мы рассматриваем эти возможные ошибки при соединении по схеме «звезда» и «треугольник» при обычном напряжении сети 480 В. Все резисторы цепочки имеют одинаковый номинал — таким образом, подключенная нагрузка симметрична. Чтобы не усложнять расчеты, все цепочные резисторы имеют номинал 10 Ом.

Трехфазное замыкание – обрыв фазы или выход из строя резистора цепочки

Обратите внимание на соединение звездой

перегорает нагрузка (строка) или предохранитель в питающей линии — следствие такое же, т.к. при соединении звездой ток в линии равен току через резистор (Line current I _Line = ток резистора I _{Загрузить} ).

---

3 Обрыв фазы — Соединение звездой с потерей одной фазы

3 Обрыв фазы — Обрыв фазы при соединении звездой с нейтралью

Если вы перерисуете соединение звездой, вы увидите, что это в основном параллельное соединение двух резисторы, каждый из которых подключен к 480 В/√3 = 277 В.

В случае обрыва фазы новая мощность уменьшается до: оставшиеся 2 тока больше не компенсируют друг друга в точке звезды, теперь нагрузка становится асимметричной, т. е. ток течет через нейтральный проводник.

---

3-фазная ошибка — соединение по схеме «звезда» с потерей 2 из 3 фаз

3-фазная ошибка — потеря 2 из 3 фаз при соединении по схеме «звезда» с нейтралью

Теперь, когда два из трех резисторов исчезли, остается только Остается 1/3 первоначальной мощности. Нейтральный провод теперь несет тот же ток, что и оставшаяся фаза.

P _neu = 1/3  P _{оригинал}

---

3 Неисправность фазы — соединение звездой с обрывом фазы и обрывом нейтрали

3 Замыкание фазы — Потеря фазы и потеря нейтрали при соединении звездой

Из эквивалентной схемы видно, что теперь схема изменилась на последовательное соединение двух резисторов, которые подключены к общему напряжению 480 V. Полная мощность рассчитывается следующим образом:

P _{исходный} = 3 × (480 В) ² / 10 Ом = 23,04 кВт

P _новый = V ² / R

7 tot = () ² / 20 Ом = 11,52 кВт

Таким образом:     P _новый = 0,5 P _{исходный}

---

Обратите внимание на соединение треугольником

При соединении треугольником напряжение равно линейному резистору. Нейтральный провод не используется для соединения треугольником. Считаем возможные ошибки:

3 Замыкание фазы — соединение треугольником — выход из строя резистора

3 замыкание фазы — соединение треугольником — выход из строя резистора

Нагрузочные резисторы не зависят друг от друга, т.е. не затрагиваются.

Таким образом, применяется следующее:    P _новый = 2/3 P _{исходный}

---

Обрыв фазы — соединение треугольником — обрыв фазы с неисправным резистором, подключенным к

3 Обрыв фазы — соединение треугольником — обрыв фазы с неисправный резистор подключен к

Оставшийся резистор все еще подключен к сети 480 В. Это означает, что ток через этот резистор также остается прежним.

Таким образом, применяется следующее:    P _новый = 1/3 P _{оригинальный}

---

3 Ошибка фазы — соединение треугольником — отказ одной фазы

3 ошибка фазы — соединение треугольником — отказ одной фазы

Эквивалентная схема показывает, что резистор сеть из трех резисторов подключена к фазному напряжению, здесь 480 В. Рассчитываем:

R _tot = (R1 + R2) II R3 = 20 Ом x 10 Ом / (20 Ом + 10 Ом) = 6,67 Ом

Таким образом, общее мощность: P = В ² /R _до = (480 В) ² / 6,67 Ом = 34,54 кВт

Исходная мощность: Исходная = 3 x В ² /R = 3 x (480 В) ² / 10 Ом = 69,12 кВт

3 9 Таким образом1 P _новый = 1/2 P _{оригинальный}

---

3 Обрыв фазы — соединение треугольником — обрыв фазы с неисправным резистором, подключенным к

3 Обрыв фазы — соединение треугольником — обрыв фазы с неисправным резистором, подключенным к

Как и Эквивалентная схема показывает, что имеется только один токоведущий резистор, который подключен к линейному напряжению. Это дает новую силу:

P _neu = 1/3 P _{оригинал}

---

3 Обрыв фазы — соединение треугольником — обрыв фазы с неподключенным резистором неисправности к

3 Обрыв фазы — соединение треугольником — обрыв фазы с не подключенным резистором неисправности к

Два последовательно соединенных резистора подключены к внешнему проводнику напряжением 400 В. В результате получается общая мощность:0088 2 /20 Ом = 11,52 кВт

R _Новый = R ₁ + R ₂ = 10 Ом + 10 Ом

=> P _NEU = 10034 _NEU = 10034 _NEU = 10034 = P => P => P . _original

RS PRO Пускатель звезда-треугольник, 11 кВт, 230 В перем. Корзина

Цена за штуку

£345.87

(exc. ​​VAT)

£415.04

(inc. VAT)

Units	Per unit
1 +	£345. 87

RS Stock No.:

725-5572

Brand:

RS PRO

COO (Country of Origin):

IT

Technical Reference

• docPdfDimensional Drawing
• docPdfSelection Guide
• docPdfRS Pro Datasheet
• docPdfWiring Diagram

Legislation and Compliance

COO (Country of Origin):

IT

---

Product Details

RS PRO 3-Phase Star Delta Starter , 230 В перем.

тока, 11 кВт, IP65

Хотите защитить двигатель во время запуска? Этот пускатель RS PRO по схеме «звезда-треугольник» позволяет запускать двигатель по трем фазам с более низким пусковым током для предотвращения повреждений. В начальной фазе используется соединение по схеме «звезда» с асинхронным двигателем, затем происходит переход на соединение по схеме «треугольник», когда он достигает 80% скорости нагрузки.

Корпус изготовлен из формованного пластика, что делает его очень прочным и ударопрочным. Это устройство подходит для использования в различных сложных условиях внутри и вне помещений, поскольку оно имеет класс защиты IP65 для защиты от водяных брызг, пыли и мелких частиц.

Такой стартер часто используется в насосах и конвейерах. Поскольку его можно использовать до 30 раз в час, это хороший выбор для приложений, в которых двигатель необходимо часто останавливать и запускать.

Features and Benefits

• Disconnect switch not included


• Current rating of 9 A to 14 A


• Enclosure


• IP65 rated


• Star delta motor starter


• Depth of 170 mm


• Длина 220 мм


• Ширина 280 мм


• Трехфазный


• Трехполюсный


• Номинальная мощность 11 кВт


• Соответствует IEC 6/EN 6/EN47-1, IEC/EN 60947-4-1 и ROHS (ограничение опасных веществ)


• Рейтинг напряжения 230 В.