Для увеличения мощности передачи без увеличения напряжения сети, снижения пульсаций напряжения в блоках питания, для уменьшения числа проводов при подключении нагрузки к питанию, применяют различные схемы соединения обмоток источников питания и потребителей (звезда и треугольник).

Схемы

Обмотки генераторов и приемников при работе с 3-фазными сетями могут соединяться с помощью двух схем: звезды и треугольника. Такие схемы имеют между собой несколько отличий, различаются также нагрузкой по току. Поэтому, перед подключением электрических машин необходимо выяснить разницу в этих двух схемах — звезда и треугольник.

Схема звезды

Соединение различных обмоток по схеме звезды предполагает их подключение в одной точке, которая называется нулевой (нейтральной), и имеет обозначение на схемах «О», либо х, у, z. Нулевая точка может иметь соединение с нулевой точкой источника питания, но не во всех случаях такое соединение имеется. Если такое соединение есть, то такая система считается 4-проводной, а если нет такого соединения, то 3-проводной.

Схема треугольника

При такой схеме концы обмоток не объединяются в одну точку, а соединяются с другой обмоткой. То есть, получается схема, похожая по виду на треугольник, и соединение обмоток в ней идет последовательно друг с другом. Нужно отметить отличие от схемы звезды в том, что в схеме треугольника система бывает только 3-проводной, так как общая точка отсутствует.

В схеме треугольника при отключенной нагрузке и симметричной ЭДС равно 0.

Фазные и линейные величины

В 3-фазных сетях питания имеется два вида тока и напряжения – это фазные и линейные. Фазное напряжение – это его величина между концом и началом фазы приемника. Фазный ток протекает в одной фазе приемника.

При применении схемы звезды фазными напряжениями являются U a , U b, U c , а фазными токами являются I a , I b , I c . При применении схемы треугольника для обмоток нагрузки или генератора фазные напряжения — U aв, U bс, U cа , фазные токи – I ac , I bс, I cа .

Линейные значения напряжения измеряются между началами фаз или между линейных проводников. Линейный ток протекает в проводниках между источником питания и нагрузкой.

В случае схемы звезды линейные токи равны фазным, а линейные напряжения равны U ab , U bc, U ca . В схеме треугольника получается все наоборот – фазные и линейные напряжения равны, а линейные токи равны I a , I b , I c .

Большое значение уделяется направлению ЭДС напряжений и токов при анализе и расчете 3-фазных цепей, так как его направление влияет на соотношение между векторами на диаграмме.

Особенности схем

Между этими схемами есть существенная разница. Давайте разберемся, для чего в различных электроустановках используют разные схемы, и в чем их особенности.

Во время пуска электрического мотора ток запуска имеет повышенную величину, которая больше его номинального значения в несколько раз. Если это механизм с низкой мощностью, то защита может и не сработать. При включении мощного электромотора защита обязательно сработает, отключит питание, что обусловит на некоторое время падение напряжения и перегорание предохранителей, или отключение электрических автоматов. Электродвигатель будет работать с малой скоростью, которая меньше номинальной.

Видно, что имеется немало проблем, возникающих из-за большого пускового тока. Необходимо каким-либо образом снижать его величину.

Для этого можно применить некоторые методы:

• Подключить на запуск электродвигателя , дроссель, либо .
• Изменить вид соединения обмоток ротора электродвигателя.

В промышленности в основном применяют второй способ, так как он наиболее простой и дает высокую эффективность. Здесь работает принцип переключения обмоток электромотора на такие схемы, как звезда и треугольник. То есть, при запуске мотора его обмотки имеют соединение «звезда», после набора эксплуатационных оборотов, схема соединения изменяется на «треугольник». Этот процесс переключения в промышленных условиях научились автоматизировать.

В целесообразно применение сразу двух схем — звезда и треугольник. К нулевой точке необходимо подключить нейтраль источника питания, так как во время использования таких схем возникает повышенная вероятность перекоса фазных амплитуд. Нейтраль источника компенсирует эту асимметрию, которая возникает вследствие разных индуктивных сопротивлений обмоток статора.

Достоинства схем

Соединение по схеме звезды имеются важные преимущества:

• Плавный пуск электрического мотора.
• Позволяет функционировать электродвигателю с заявленной номинальной мощностью, соответствующей паспорту.
• Электродвигатель будет иметь нормальный рабочий режим при различных ситуациях: при высоких кратковременных перегрузках, при длительных незначительных перегрузках.
• При эксплуатации корпус электродвигателя не перегреется.

Основным достоинством схемы треугольника является получение от электродвигателя наибольшей возможной мощности работы. Целесообразно поддерживать режимы эксплуатации по паспорту двигателя. При исследовании электромоторов со схемой треугольника выяснилось, что его мощность повышается в 3 раза, по сравнению со схемой звезды.

При рассмотрении генераторов, схемы – звезда и треугольник по параметрам аналогичны при функционировании электродвигателей. Выходное напряжение генератора будет больше в схеме треугольника, чем в схеме звезды. Однако, при повышении напряжения снижается сила тока, так как по закону Ома эти параметры обратно пропорциональны друг другу.

Поэтому можно сделать вывод, что при разных соединениях концов обмоток генератора можно получить два разных номинала напряжения. В современных мощных электромоторах при запуске схемы – звезда и треугольник переключаются автоматически, так как это позволяет снизить нагрузку по току, возникающей при пуске мотора.

Процессы, происходящие при изменении схемы звезда и треугольник в разных случаях

Здесь, изменение схемы — имеется ввиду переключение на щитах и в клеммных коробках электрических устройств, при условии, что имеются выводы обмоток.

Обмотки генератора и трансформатора

При переходе со звезды в треугольник напряжение уменьшается с 380 до 220 вольт, мощность остается прежней, так как фазное напряжение не изменяется, хотя линейный ток увеличивается в 1,73 раза.

При обратном переключении возникают обратные явления: линейное напряжение увеличивается с 220 до 380 вольт, а фазные токи не изменяются, однако линейные токи снижаются в 1,73 раза. Поэтому можно сделать вывод, что если есть вывод всех концов обмоток, то вторичные обмотки трансформатора и генераторы можно применять на два типа напряжения, которые отличаются в 1,73 раза.

Лампы освещения

При переходе со звезды в треугольник лампы сгорят. Если переключение сделать обратное, при условии, что лампы при треугольнике горели нормально, то лампы будут гореть тусклым светом. Без нулевого провода лампы можно соединять звездой при условии, что их мощность одинакова, и распределяется равномерно между фазами. Такое подключение применяется в театральных люстрах.

Для включения асинхронного электродвигателя в сеть его статорная обмотка должна быть соединена звездой или треугольником.

Чтобы электродвигатель включить в сеть по схеме "звезда", нужно все концы фаз (С4, С5, С6) соединить электрически в одну точку, а все начала фаз (C1, С2, С3) присоединить к фазам сети. Правильное соединение концов фаз электродвигателя по схеме "звезда" показано на рис. 1, а.

Для включения электродвигателя по схеме "треугольник" начало первой фазы соединяют с конном второй и начало второй - с концом третьей, а начало третьей - с концом первой. Места соединений обмоток подключают к трем фазам сети. Правильное соединение концов фаз электродвигателя по схеме "треугольник" показано рис. 1, б.

Рис. 1. Схемы включения трехфазного асинхронного электродвигателя в сеть: а - фазы соединены звездой, б - фазы соединены треугольником

Соединение фаз двигателя по схеме "звезда"

Соединение фаз двигателя по схеме "треугольник"

Дли выбора схемы соединения фаз трехфазного асинхронного электродвигателя можно использовать данные таблицы 1.

Таблица 1. Выбор схемы соединения обмоток

Из таблицы видно, что при подключении асинхронного двигателя с рабочим напряжением 380/220 В к сети с линейным напряжением 380 В соединять его обмотки можно только звездой! Соединять концы фаз такого электродвигателя по схеме "треугольник" нельзя. Неправильный выбор схемы соединения обмоток электродвигателя может привести к выходу его из строя во время работы.

Вариант соединения обмоток треугольником предусмотрен для подключения двигателей 660/380 В к сети . В этом случае обмотки двигателя могут соединяться по схеме, как "звезда", так и "треугольник".

Такие двигатели могут включаться в сеть при помощи переключателя схем со звезды на треугольник (рис. 2). Это техническое решение позволяет уменьшить пусковой ток трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя большой мощности. При этом сначала обмотки электродвигателя соединяют по схеме "звезда" (при нижнем положении ножей переключателя), потом, когда ротор двигателя наберет номинальную частоту вращения, его обмотки переключают в схему "треугольник" (верхнее положение ножей переключателя).

Рис. 2. Схема включения трехфазного электродвигателя в есть при помощи переключателя фаз со звезды на треугольник

Снижение пускового тока при переключении его обмоток со звезды на треугольник происходит потому, что вместо предназначенной для данного напряжения сети схемы "треугольник" (660В) каждая обмотка двигателя включается на напряжение в √3 раза меньше (380В). При этом потребляемый ток снижается в 3 раза. Снижается также в 3 раза и мощность, развиваемая электродвигателем при пуске.

Но, в связи со всем вышесказанным, такие схемные решения можно использовать только для двигателей с номинальным напряжением 660/380 В и включении их в сеть с таким же напряжением. При попытке включения электродвигателя с номинальным напряжением 380/220 В по такой схеме он выйдет из строя, т.к. его фазы нельзя включать в сеть "треугольником".

Номинальное напряжение электрического двигателя можно посмотреть на его корпусе, где в в виде металлической пластинки размещается его технический паспорт.

Для изменения направления вращения электродвигателя достаточно поменять местами две любые фазы сети независимо от схемы его включения. Для изменения направления вращения асинхронного электродвигателя применяют электрические аппараты ручного управления (реверсивные рубильники, пакетные переключатели) или аппараты дистанционного управления (реверсивные электромагнитные пускатели). Схема включения трехфазного асинхронного электродвигателя в сеть реверсивным рубильником показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема включения трехфазного электродвигателя в сеть реверсивным рубильником

Питание асинхронных двигателей производится от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 вольт. В самом двигателе присутствуют три обмотки из медной проволоки, которые расположены относительно друг друга на 120 градусов. Основная цель такого расположения – создать вращающееся магнитное поле. Все это были прописные истины, о которых знает каждый электрик. Нас же в этой статье будет интересовать схема подключения электродвигателя. И таких схем всего две: звезда и треугольник. Итак, давайте рассмотрим, как можно провести подключение электродвигателя звездой и треугольником.

Выводы обмоток

Начнем статью опять-таки с самого простого и известного. У каждой обмотки есть два конца: начало и конец. То есть, в общем их должно быть шесть. У каждого конца свое буквенное и числовое обозначение. Обратите внимание на рисунок ниже, где показано старое и новое обозначение выводов обмоток электродвигателя.

На фото все четко распределено, но где начало, а где конец, непонятно. Поэтому начало обмоток в старом обозначение это C1, C2 и C3, в новом обозначении U1, V1 и W1. Остальные, соответственно, это концы обмоток.

Все концы обмоток выводятся в клеммную коробку, которая может располагаться сверху двигателя или сбоку. Внутри клеммника концы проводов выводятся таким образом, чтобы их можно было бы соединить любой схемой без перекрещивания. Для чего используются специальные металлические перемычки.

Обратите внимание, что в клеммную коробку может быть выведено или три конца. Или сразу шесть. Если перед вами двигатель с тремя выведенными проводами, то это значит, то внутри мотора в заводских условиях уже сделано подключение звездой. Это первое. Второе – если выведены сразу шесть проводов, то электродвигатель можно подключать и к сети 380 вольт, и к сети напряжением 220 вольт. Кстати, на шильдике так и обозначается: 220/380 V. Но это еще не все. Такая надпись говорит о том, что при подключении к трехфазной сети 380В, соединение концов обмотки надо проводить только схемой звезда.

Подключение звездой

Как правильно провести подключение двигателя звездой? Здесь все просто, главное, ничего не перепутать. Итак, сначала необходимо соединить перемычками все концы фазных обмоток: U2, V2 и W2. А вот к началам обмоток необходимо подать напряжение, то есть, соединить их с проводами трех фаз. Это хорошо видно на фотографии снизу:

Подключение треугольником

Это более сложный тип подключения, поэтому стоит внимательно изучить то, что будет написано ниже. Но перед этим скажем, что в том случае если линейное напряжение в сети составляет 220 вольт, то именно в этом случае оптимальный вариант – провести соединение обмоток электродвигателя треугольником.

• Соединяются между собой U2 и V Понятно, что таким образом соединяются две обмотки двух разных фаз последовательно.
• Далее, соединяются V2 и W Опять соединяются последовательно две разные фазы.
• То же самое, но только с U1 и W

Обратите внимание, что все точки соединения, о которых было сказано выше, являются точками подключения к трехфазной сети. Покажем еще одну фотографию, где электродвигатель подключен треугольников с использованием металлических перемычек.

Подведем итог

Подводя итого статьи – способы подключения электродвигателя: звездой и треугольником, хотелось бы отметить некоторые позиции, которые основаны на опыте эксплуатации электрических моторов.

1. Пуск двигателя, обмотки которого соединены звездой, более плавный, да и его работа мягче, что ли. К тому же подключенный такой схемой двигатель легко переносит небольшие перегрузы кратковременного действия.
2. Соединенный треугольником электродвигатель обладает большей мощностью и высоким КПД. Но пусковые токи у него обладают максимальными значением. К тому же агрегат сильно нагревается в процессе работы.

Поэтому электродвигатели асинхронного типа со средней и большой мощностью чаще всего подключают по схеме звезда. Сегодня производители предлагают уже готовые агрегаты, пуск которых производится через звезду, а работа происходит через треугольник. При этом сам переход от одной схему к другой происходит в автоматическом режиме. То есть, набрал мотор необходимую скорость вращения вала, тут же переходит от звезды на треугольник.

Различают несколько типов электродвигателей – трехфазные и однофазные. Главное отличие трехфазных электродвигателей от однофазных заключается в том, что они более производительные. Если у вас дома есть розетка на 380 В, то лучше всего купить оборудование с трехфазным электродвигателем.

Использование такого типа двигателя позволит вам сэкономить на электроэнергии и получить прирост мощности. Также вам не придется использовать различные устройства для запуска двигателя, так как благодаря напряжению в 380 В вращающее магнитное поле появляется сразу после подключения в электросеть.

Схемы подключения электродвигателя на 380 вольт

Электродвигатели на 380 В устроены таким образом, что в статоре у них есть три обмотки, которые соединяются по типу треугольника или звезды и уже к их вершинам осуществляется подключение трех различных фаз.

Нужно помнить, что, используя подключение по типу звезды, ваш электродвигатель не будет работать на полную мощность, но зато его запуск будет плавным. При использовании схемы треугольник вы получите прирост мощности по сравнению со звездой в полтора раза, но при таком подключении возрастает шанс повредить обмотку при запуске.

Перед использованием электродвигателя нужно в первую очередь ознакомиться с его характеристиками. Все необходимые сведения можно найти в техпаспорте и на шильдике двигателя. Особое внимание следует обратить на трех фазные двигатели западноевропейского образца, так как они предназначены для работы от напряжения в 400 или 690 вольт. Для того, чтобы подключить такой электродвигатель к отечественным сетям, необходимо использовать только подключение по типу треугольник.

Если вы хотите сделать схему треугольник, то вам необходимо соединить обмотки последовательно. Нужно соединить конец одной обмотки с началом следующей и затем к трем местам соединений нужно подключить три фазы электросети.
Подключение схемы звезда-треугольник.

Благодаря этой схеме мы можем получить максимальную мощность, но у нас не будет возможности изменить направление вращения. Для того, чтобы схема заработала будут нужны три пускателя. На первый (К1) с одной стороны подключается питание, а с другой подключаются концы обмоток. К К2 и к К3 подключаются их начала. С пускателя К2 начала обмоток присоединяются на другие фазы по типу соединения треугольник. Когда К3 включается, то все три фазы закорачиваются и, в итоге, электродвигатель работает по схеме звезда.

Важно, чтобы К2 и К3 не запускались одновременно, так ка это может привести к аварийному отключению. Данная схема работает следующим образом. При запуске К1 реле временно включает К3 и запуск двигателя происходит по типу звезда. После запуска двигателя отключается К3 и запускается К2. И электромотор начинает работать по схеме треугольник. Прекращение работы происходит путем отключения К1.

Асинхронный двигатель питается от трехфазной сети переменного тока. Для работы может использоваться соединение треугольником и звездой. Для того чтобы все смогло стабильно работать, необходимо применять созданные для этого специальные перемычки, будь то соединение звездой или треугольником. Это наиболее удобные варианты для соединения и, соответственно, имеющие высокую степень надежности.

Отличия соединений

Для начала следует выяснить, в чем разница звезды и треугольника. Если подойти к подобному вопросу с точки зрения электротехники, то первый вариант дает возможность двигателю работать более плавно и мягко. Но есть один момент : двигатель не сможет выйти на полную мощность, которая представлена в характеристиках технического плана.

Соединение треугольником дает возможность двигателю в скором времени достичь максимальной мощности. Следовательно, на полную мощность применяется КПД устройства. Однако, есть серьезный недостаток, который заключается в больших пусковых токах.

Борьба с такими явлениями, как высокие показатели пусковых токов, состоит в подключении к схеме реостата пуска. Это дает возможность осуществить гораздо более плавный пуск двигателя и улучшить его рабочие характеристики.

Подключение звездой

Соединение звездой заключается в том, что концы всех 3 обмоток воссоединяются в общую точку под названием нейтраль. Если в наличии имеется нейтральный провод, то такая схема считается четырехпроводной, при его отсутствии - она трехпроводная.

Начало у выводов закрепляется к определенным фазам сети питания. Напряжение, которое приложено к этим фазам, равняется 380 вольтам или 660 вольтам. К основным плюсам такой схемы следует отнести:

• Безостановочная работа двигателя на протяжении длительного времени и с устойчивостью.
• Благодаря понижению мощности оборудования повышаются надежность и время эксплуатации для схемы звезда.
• Пуск привода электрического типа благодаря такому соединению обладает повышенной плавностью.
• Есть возможность для влияния на параметры кратковременной перегрузкой.
• При работе корпус у оборудования не станет доступен для перегрева.

Имеется оборудование с соединением обмоток внутри. Поскольку на колодку подобного оборудования ставят только три вывода, то прочие методы соединения не могут быть применимы. Такое исполнение не требует наличия квалифицированных специалистов.

Схема треугольником

Вместо схемы звезда можно использовать соединение треугольником, суть которого в соединении концов и начал обмоток последовательным образом. Конец у обмотки фазы С замыкает цепь и создает целый контур. За счет такой формы получающаяся схема будет более эргономичной.

На каждой из обмоток имеется линейное напряжение 220 или 380 вольт. Из основных достоинств схемы имеются :

1. Мощность электрических двигателей достигает наивысшего значения.
2. Применение соответствующего реостата для более плавного пуска.
3. Значительно увеличенный момент вращения.
4. Высокие показатели тяговых усилий.

Применяют треугольник в таких механизмах, где требуются весомые пусковые нагрузки и энергия для мощных механизмов. Значительный момент вращения достигается ростом показателей ЭДС самоиндукции. Вызвано такое явление большими токами протекания.

Комбинация из звезды и треугольника

Если конструкция сложного типа, то используют комбинированный метод звезды и треугольника. Использование подобного способа ведет к тому, что сильно возрастает мощность. Но в случае, когда двигатель не может подойти по техническим характеристикам, все будет перегреваться и сгорит.

Чтобы снизить линейное напряжение в обмотках статора, следует применить схему звезда. После снижения протекающего тока начнется увеличение частоты. Схема релейно-контактного типа помогает переключить треугольник на звезду.

Именно эта комбинация выдает наибольшую надежность и значительную продуктивность применяемого оборудования без опасений в плане выхода из строя. Эта схема эффективна для двигателей, где задействована облегченная схема пуска. Но при понижении пускового тока и неизменном моменте ее применять не стоит. Альтернативой служит фазный ротор с реостатом для пуска.

Ток во время пуска двигателя в 7 раз превосходит рабочий ток. Мощность в полтора раза выше при соединении треугольником, пуск с высокой плавностью при этом получается с помощью проводов частотного типа.

Метод воссоединения звездой требует учета того момента, что нужно исправлять перекосы фаз, иначе есть риск выхода оборудования из строя.

Линейные и фазные напряжения при треугольнике равняются между собой. Если требуется включить двигатель в бытовую сеть, то нужен фазосдвигающего вида конденсатор. Таким образом, использование схемы треугольником или звездой зависит от конструкции двигателя и требований бытовой сети. Потому следует внимательно смотреть на показатели двигателя и необходимые параметры, которые требуется увеличить для более эффективной работы конструкции.