Das System des dreiphasigen elektrischen Stroms wurde Ende des XIX. Jahrhunderts von dem russischen Wissenschaftler M.O.Dolivo-Dobrovolsky entwickelt. Drei Phasen, deren Spannungen um 120 Grad zueinander versetzt sind, haben unter anderem den Vorteil, dass sich leicht ein magnetisches Drehfeld erzeugen lässt. Dieses Feld treibt die Rotoren der gängigsten und einfachsten Drehstrom-Asynchronmotoren an.
Die drei Statorwicklungen dieser Motoren werden im Allgemeinen in Stern- oder Dreieckschaltung angeschlossen. In der ausländischen Literatur werden die Begriffe "Stern" und "Delta", abgekürzt S und D, verwendet. Die gebräuchlichere mnemonische Bezeichnung ist D und Y, was manchmal zu Verwechslungen führen kann - D kann sowohl für "Stern" als auch für "Delta" verwendet werden.
Inhalt
Phasen- und Netzspannungen
Um die Unterschiede zwischen den Wickelverbindungen zu verstehen, muss man zunächst Folgendes wissen die Konzepte der Phasenspannungen und der Netzspannungen. Eine Phasenspannung ist die Spannung zwischen dem Anfang und dem Ende einer Phase. Die lineare Spannung ist die Spannung zwischen den gleichen Klemmen der verschiedenen Phasen.
Bei einem Dreiphasennetz sind die Leiterspannungen die Spannungen zwischen den Phasen, z. B. A und B, und die Phasenspannungen sind die Spannungen zwischen jeder Phase und dem Neutralleiter.
Die Spannungen Ua, Ub, Uc sind also Phasenspannungen und Uab, Ubc, Uca sind Netzspannungen. Der Unterschied zwischen diesen Spannungen beträgt das Doppelte. Bei einem 0,4-kV-Haushalts- und Industrienetz betragen die Netzspannungen also 380 Volt und die Phasenspannungen 220 Volt.
Anschluss der Motorwicklungen in Sternschaltung
Bei einer Sternschaltung werden die drei Wicklungen mit ihren Sternenden an einem gemeinsamen Punkt zusammengeführt. Die freien Enden sind jeweils mit einer anderen Phase verbunden. In einigen Fällen ist der gemeinsame Punkt mit der neutralen Sammelschiene des Stromnetzes verbunden.
Die Abbildung zeigt, dass bei diesem Anschluss die Netzphasenspannung an jeder Wicklung anliegt (für 0,4-kV-Netze - 220 Volt).
Wicklungsanschluss eines Elektromotors in Dreieckschaltung
Bei der Dreieckschaltung sind die Wicklungsenden in Reihe geschaltet. Es wird eine Art Kreis gebildet, aber in der Literatur wird der Name "Delta" wegen des häufig verwendeten Layouts verwendet. Der Nullleiter muss bei dieser Version nirgends angeschlossen werden.
Die an den einzelnen Wicklungen anliegenden Spannungen sind natürlich linear (380 Volt pro Wicklung).
Vergleich von Stromlaufplänen untereinander
Um die beiden Stromkreise miteinander zu vergleichen, muss die elektrische Leistung des Elektromotors für den einen oder den anderen Anschluss berechnet werden. Zu diesem Zweck werden die Begriffe Leitungsstrom (Ilin) und Phasenstrom (Iphase) verwendet. Der Phasenstrom ist der Strom, der durch die Phasenwicklung fließt. Durch einen an die Wicklungsklemme angeschlossenen Leiter fließt ein linearer Strom.
In Netzen mit einer Spannung von bis zu 1000 Volt ist die Quelle der Elektrizität einen TransformatorDie Sekundärseite eines Transformators, dessen Wicklungen im Stern geschaltet sind (andernfalls wäre es nicht möglich, einen Nullleiter vorzusehen), oder eines Generators, dessen Wicklungen auf die gleiche Weise angeschlossen sind.
Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass bei der Sternschaltung die Leiterströme und die Ströme der Motorwicklung gleich sind. Der Strom in einer Phase wird durch die Phasenspannung bestimmt:
![\[I_faz=\frac{U_faz}{Z}\]](https://electros.tomathouse.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f4518d61a0fe68758ecd5221efdc8d3a_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
wobei Z der Wicklungswiderstand einer Phase ist, kann man davon ausgehen, dass sie gleich sind. Es kann geschrieben werden, dass
![(I_faz=I_lin\)]](https://electros.tomathouse.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-be70a1b78bb7c7fd8a17275f34f188ee_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
Bei Dreieckschaltung sind die Ströme anders - sie werden durch die an den Widerstand Z angelegten Netzspannungen bestimmt:
![\[I_faz=\frac{U_lin}{Z}\]](https://electros.tomathouse.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-04741f4af117efbb0661c26c4ee10334_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
In diesem Fall bedeutet dies 
.
Jetzt können wir die Gesamtleistung vergleichen (
), die von den Motoren der verschiedenen Stromkreise verbraucht werden.
- Bei einer Sternschaltung beträgt die Scheinleistung
; - bei Dreieckschaltung ist die Scheinleistung
.
So entwickelt der Motor bei Sternschaltung dreimal weniger Leistung als bei Dreieckschaltung. Dies hat auch andere positive Auswirkungen:
- Einschaltströme werden reduziert;
- der Motor läuft und startet sanfter;
- der Motor kann kurzzeitig überlastet werden;
- das thermische Verhalten des Asynchronmotors wird sanfter.
Die Kehrseite der Medaille ist, dass ein Motor mit einer Sternwicklung nicht seine maximale Leistung entfalten kann. In manchen Fällen kann das Drehmoment nicht einmal ausreichen, um den Rotor zu drehen.
Möglichkeiten der Schaltung von Stern-Dreieck-Schaltungen
Die meisten Motoren sind so konstruiert, dass ein Umschalten von einem Anschluss auf einen anderen möglich ist. Die Wicklungsanfänge und -enden befinden sich auf dem Klemmenblock, so dass der Stern durch einfaches Umstecken der Wicklungspads in Dreieck geschaltet werden kann.
Der Besitzer des Elektromotors kann wählen, ob er einen Sanftanlauf mit niedrigem Anlaufstrom und sanftem Betrieb oder die höchste vom Motor entwickelte Leistung wünscht. Wenn beides erforderlich ist, kann man mit Hochleistungsschützen automatisch schalten.
Wenn die Starttaste SB2 gedrückt wird, wird der Motor sternförmig eingeschaltet. Das Schütz KM3 wird erregt, seine Kontakte verriegeln die Leitungen der Motorwicklung auf einer Seite. Die gegenüberliegenden Leitungen werden über die Kontakte von KM1 an das Netz angeschlossen, jede an eine andere Phase. Wenn dieses Schütz erregt wird, liegt an den Wicklungen eine Dreiphasenspannung an und der Motorrotor wird angetrieben. Nach einer bestimmten am Relais KT1 eingestellten Zeit wird die Spule KM3 umgeschaltet, sie wird stromlos, das Schütz KM2 zieht an und schaltet die Wicklungen in ein Dreieck.
Das Schalten erfolgt, nachdem der Motor seine Drehzahl erreicht hat. Dieses Moment kann über den Geschwindigkeitssensor überwacht werden, aber in der Praxis ist es einfacher. Die Umschaltung wird gesteuert durch Zeitrelais - nach 5-7 Sekunden wird davon ausgegangen, dass der Startvorgang abgeschlossen ist und der Motor auf maximale Leistung geschaltet werden kann. Längerer Betrieb über die Sternlast hinaus kann den Antrieb beschädigen.
Bei der Durchführung dieses Vorgangs muss Folgendes beachtet werden:
- Das Anlaufmoment eines Motors in Sternschaltung ist wesentlich geringer als das eines Motors in Dreieckschaltung, so dass ein Motor mit schwierigen Anlaufbedingungen nicht immer auf diese Weise gestartet werden kann. Er lässt sich einfach nicht starten. Dazu gehören elektrisch angetriebene Pumpen, die mit Gegendruck arbeiten, usw. Solche Probleme können durch die Verwendung eines Motors mit Phasenläufer gelöst werden, indem der Erregerstrom beim Anfahren sanft erhöht wird. Der erfolgreiche Sternanlauf wird bei Kreiselpumpen eingesetzt, die auf einen geschlossenen Schieber laufen, bei Ventilatorlasten auf der Motorwelle usw.
- Die Wicklungen des Elektromotors müssen der Netzspannung standhalten können. Es ist wichtig, D/Y-Motoren mit 220/380 Volt (typischerweise Induktionsmotoren mit geringer Leistung bis 4 kW) nicht mit D/Y-Motoren mit 380/660 Volt (typischerweise 4 kW und mehr) zu verwechseln. Das 660-Volt-Netz wird fast nie genutzt, aber nur Elektromotoren mit dieser Nennspannung können für die Stern-Dreieck-Schaltung verwendet werden. Ein 220/380-Drehstromantrieb kann nur in Sternschaltung geschaltet werden. Sie dürfen nicht im Schaltkreis verwendet werden.
- Zwischen dem Ausschalten des Sternschützes und dem Einschalten des Dreieckschützes muss eine Pause eingehalten werden, um Überschneidungen zu vermeiden. Sie darf jedoch nicht zu stark erhöht werden, um ein Abwürgen des Motors zu verhindern. Wenn Sie die Schaltung selbst herstellen, muss sie möglicherweise experimentell angepasst werden.
Auch die umgekehrte Schaltung wird verwendet. Es ist sinnvoll, wenn ein starker Motor vorübergehend mit einer geringen Last läuft. Der Leistungsfaktor ist niedrig, da die Wirkleistungsaufnahme durch die Einschaltdauer des Motors bestimmt wird. Die Blindleistung wird hauptsächlich durch die Induktivität der Wicklungen bestimmt, die von der Belastung der Welle unabhängig ist. Um das Verhältnis von Wirk- und Blindleistungsaufnahme zu verbessern, können die Wicklungen sternförmig angeordnet werden. Dies kann auch manuell oder automatisch geschehen.
Der Schaltkreis kann aus einzelnen Elementen zusammengesetzt werden - Zeitrelais, Schütze (Anlasser) usw. Es gibt auch Lösungen von der Stange, die den automatischen Schaltkreis in ein einziges Gehäuse integrieren. Sie müssen nur noch den Motor und die Drehstromversorgung an die Ausgangsklemmen anschließen. Solche Geräte können unterschiedliche Bezeichnungen haben, z. B. "Startzeitrelais" usw.
Der Anschluss der Motorwicklungen nach verschiedenen Schemata hat Vor- und Nachteile. Die Kenntnis der Vor- und Nachteile ist die Grundlage für einen korrekten Betrieb. Dann wird der Motor lange halten und die maximale Wirkung entfalten.
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