Jaký je rozdíl ve schématech zapojení vinutí motoru do hvězdy a do trojúhelníku?

Systém třífázového elektrického proudu vyvinul na konci 19. století ruský vědec M. O. Dolivo-Dobrovolskij. Tři fáze s napětím vzájemně posunutým o 120 stupňů umožňují mimo jiné snadno vytvořit točivé magnetické pole. Toto pole unáší rotory nejběžnějších a nejjednodušších třífázových asynchronních elektromotorů.

Tři statorová vinutí těchto motorů jsou obvykle zapojena do hvězdy nebo trojúhelníku. V zahraniční literatuře se používají termíny "star" a "delta", zkráceně S a D. Běžnější mnemotechnické označení je D a Y, což může někdy vést k záměně - D lze použít jak pro označení "hvězdy", tak pro "delty".

Fázová a síťová napětí

Abychom pochopili rozdíly mezi vinutými spoji, je nejprve nutné porozumět pojmy fázových a síťových napětí.. Fázové napětí je napětí mezi začátkem a koncem jedné fáze. Lineární napětí je napětí mezi stejnými svorkami různých fází.

U třífázové sítě jsou síťová napětí napětími mezi fázemi, např. A a B, a fázová napětí jsou napětími mezi každou fází a nulovým vodičem.

Napětí Ua, Ub, Uc tedy budou fázová napětí a Uab, Ubc, Uca budou síťová napětí. Rozdíl mezi těmito napětími je jednonásobný. Pro domácí a průmyslovou síť 0,4 kV je tedy napětí na vedení 380 V a napětí na fázích 220 V.

Zapojení vinutí motoru do hvězdy

Při zapojení do hvězdy jsou tři vinutí spojena ve společném bodě svými hvězdicovými konci. Volné konce jsou připojeny každý k jiné fázi. V některých případech je společný bod připojen k nulové přípojnici napájecího systému.

Z obrázku je patrné, že při tomto zapojení je na každé vinutí přivedeno fázové napětí sítě (pro sítě 0,4 kV - 220 V).

Připojení vinutí elektromotoru v zapojení delta

V delta obvodu jsou konce vinutí zapojeny do série. Vzniká jakýsi kruh, ale v literatuře se pro něj vžilo označení "delta", protože se často používá jeho uspořádání. Nulový vodič v tomto provedení není kam připojit.

Napětí přivedené na každé vinutí bude samozřejmě lineární (380 V na vinutí).

Vzájemné porovnání schémat zapojení

Pro vzájemné porovnání obou obvodů je nutné vypočítat elektrický výkon vyvinutý elektromotorem pro jedno nebo druhé zapojení. Za tímto účelem uvažujte pojmy síťový proud (Ilin) a fázový proud (Iphase). Fázový proud je proud protékající fázovým vinutím. Vodičem připojeným ke svorce vinutí protéká lineární proud.

V sítích do 1000 V je zdrojem elektrické energie transformátorSekundár transformátoru, jehož vinutí je zapojeno do hvězdy (jinak by nebylo možné zajistit nulový vodič), nebo generátoru, jehož vinutí jsou zapojena stejným způsobem.

Z obrázku je patrné, že při zapojení do hvězdy jsou proudy ve vodičích a proudy ve vinutí motoru stejné. Proud ve fázi je určen fázovým napětím:

   

kde Z je odpor vinutí jedné fáze, lze předpokládat, že jsou stejné. Lze napsat, že

   

.

U delta zapojení jsou proudy odlišné - jsou určeny napětím v síti, které je přivedeno na odpor Z:

   

.

Proto v tomto případě .

Nyní můžeme porovnat celkový výkon (), které spotřebovávají motory různých obvodů.

• pro hvězdicové spojení je zdánlivý výkon ;
• pro delta zapojení je zdánlivý výkon .

Při zapojení do hvězdy tedy motor vyvíjí třikrát menší výkon než při zapojení do trojúhelníku. To má i další pozitivní účinky:

• snižují se rozběhové proudy;
• motor běží a startuje plynuleji;
• motor zvládne krátkodobé přetížení;
• se tepelné chování asynchronního motoru zmírní.

Odvrácenou stranou mince je, že motor s hvězdicovým vinutím nemůže vyvinout maximální výkon. V některých případech nemusí točivý moment stačit ani k roztočení rotoru.

Způsoby přepínání obvodů hvězda-trojúhelník

Většina motorů je konstruována tak, aby bylo možné přepínat z jednoho připojení na druhé. Začátky a konce vinutí jsou umístěny na svorkovnici, takže hvězda může být zapojena do trojúhelníku pouhou změnou polohy podložek vinutí.

Majitel elektromotoru si může vybrat, zda chce měkký rozběh s nízkými rozběhovými proudy a plynulým chodem, nebo nejvyšší výkon motoru. Pokud je potřeba obojí, je možné spínat automaticky pomocí výkonných stykačů.

Po stisknutí startovacího tlačítka SB2 se motor zapne v hvězdicovém uspořádání. Stykač KM3 je pod napětím, jeho kontakty blokují vodiče vinutí motoru na jedné straně. Opačné vodiče jsou připojeny k síti, každý k jiné fázi, přes kontakty KM1. Po sepnutí tohoto stykače se na vinutí přivede třífázové napětí a rotor motoru je poháněn. Po uplynutí určitého času nastaveného na relé KT1 se přepne cívka KM3, ta je bez napětí, stykač KM2 je pod napětím a přepne vinutí do trojúhelníku.

Řazení probíhá po dosažení otáček motoru. Tento okamžik lze sledovat pomocí snímače otáček, ale v praxi je to jednodušší. Přepínání je řízeno časové relé - po 5-7 sekundách se předpokládá, že proces startování je ukončen a motor lze přepnout na maximální výkon. Dlouhodobý provoz při překročení zatížení hvězdy může vést k poškození pohonu.

Při provádění této operace je třeba mít na paměti následující:

1. Rozběhový moment motoru zapojeného do hvězdy je podstatně nižší než u motoru zapojeného do trojúhelníku, takže motor s obtížnými rozběhovými podmínkami nelze vždy rozběhnout tímto způsobem. Jednoduše se nespustí. Mezi takové případy patří elektricky poháněná čerpadla pracující s protitlakem atd. Tyto problémy lze vyřešit použitím motoru s fázovým rotorem plynulým zvyšováním budicího proudu při rozběhu. Úspěšné hvězdicové spouštění se používá u odstředivých čerpadel pracujících na zavřeném šoupátku, u zatížení ventilátoru na hřídeli motoru apod.
2. Vinutí elektromotoru musí být schopno odolat síťovému napětí. Je důležité nezaměňovat motory D/Y 220/380 V (obvykle asynchronní motory s nízkým výkonem do 4 kW) s motory D/Y 380/660 V (obvykle 4 kW a více). Síť 660 V se téměř nikdy nepoužívá, ale pro spínání hvězda-trojúhelník lze použít pouze elektromotory s tímto jmenovitým napětím. Třífázový pohon 220/380 lze přepínat pouze v zapojení do hvězdy. Nesmí se používat ve spínacím obvodu.
3. Mezi vypnutím stykače hvězdy a zapnutím stykače trojúhelníku musí být dodržena pauza, aby se zabránilo překrývání. Nesmí se však příliš zvýšit, aby se motor nezadřel. Pokud si obvod vyrobíte sami, bude možná nutné jej experimentálně upravit.

Používá se také reverzní spínání. To má smysl, pokud je výkonný motor dočasně v provozu s malou zátěží. Účiník je nízký, protože činný příkon je dán pracovním cyklem motoru. Jalový výkon je dán především indukčností vinutí, která nezávisí na zatížení hřídele. Pro zlepšení poměru činného a jalového výkonu lze vinutí přepnout do hvězdy. To lze provést také ručně nebo automaticky.

Spínací obvod lze sestavit z diskrétních prvků - časových relé, stykačů (spouštěčů) atd. Existují také hotová řešení, která integrují automatický spínací obvod do jediné skříně. Stačí připojit motor a třífázové napájení k výstupním svorkám. Taková zařízení mohou mít různé názvy, např. "startovací časové relé" apod.

Zapojení vinutí motoru podle různých schémat má své výhody i nevýhody. Znalost výhod a nevýhod je základem pro správnou obsluhu. Pak motor vydrží dlouho a přinese maximální efekt.

Související články: