Ποια είναι η διαφορά στα διαγράμματα συνδεσμολογίας των περιελίξεων του κινητήρα σε αστέρα και τρίγωνο;

Το σύστημα του τριφασικού ηλεκτρικού ρεύματος αναπτύχθηκε στα τέλη του XIX αιώνα από τον Ρώσο επιστήμονα M.O.Dolivo-Dobrovolsky. Τρεις φάσεις με τάσεις μετατοπισμένες κατά 120 μοίρες μεταξύ τους, μεταξύ άλλων πλεονεκτημάτων, καθιστούν εύκολη τη δημιουργία ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Το πεδίο αυτό παρασύρει τους δρομείς των πιο συνηθισμένων και απλούστερων τριφασικών ασύγχρονων κινητήρων.

Τα τρία τυλίγματα στάτη αυτών των κινητήρων συνδέονται γενικά σε σύνδεση αστέρα ή τρίγωνο. Οι όροι "αστέρι" και "δέλτα", συντομογραφημένοι ως S και D, χρησιμοποιούνται στην ξένη βιβλιογραφία. Η πιο συνηθισμένη μνημονική ονομασία είναι D και Y, η οποία μπορεί μερικές φορές να οδηγήσει σε σύγχυση - το D μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δηλώσει τόσο το "αστέρι" όσο και το "δέλτα".

Τάσεις φάσης και γραμμής

Για να κατανοήσουμε τις διαφορές μεταξύ των συνδέσεων περιέλιξης, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τις έννοιες των φασικών τάσεων και των τάσεων γραμμής. Η τάση φάσης είναι η τάση μεταξύ της αρχής και του τέλους μιας φάσης. Η γραμμική τάση είναι η τάση μεταξύ των ίδιων ακροδεκτών διαφορετικών φάσεων.

Για ένα τριφασικό δίκτυο, οι τάσεις γραμμής είναι οι τάσεις μεταξύ των φάσεων, π.χ. Α και Β, και οι φασικές τάσεις είναι οι τάσεις μεταξύ κάθε φάσης και του ουδέτερου αγωγού.

Έτσι, οι τάσεις Ua, Ub, Uc θα είναι φασικές τάσεις και οι Uab, Ubc, Uca θα είναι τάσεις γραμμής. Η διαφορά μεταξύ αυτών των τάσεων είναι μονοπλάσια. Έτσι, για ένα οικιακό και βιομηχανικό δίκτυο 0,4 kV, οι τάσεις γραμμής είναι 380 volt και οι φασικές τάσεις είναι 220 volt.

Σύνδεση των περιελίξεων του κινητήρα σε σύνδεση αστέρα

Σε μια σύνδεση αστέρα, οι τρεις περιελίξεις ενώνονται μεταξύ τους σε ένα κοινό σημείο με τα άκρα τους αστέρα. Τα ελεύθερα άκρα συνδέονται σε διαφορετική φάση. Σε ορισμένες περιπτώσεις το κοινό σημείο συνδέεται με τον ουδέτερο συλλέκτη του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας.

Το σχήμα δείχνει ότι για τη σύνδεση αυτή, η τάση φάσης του δικτύου εφαρμόζεται σε κάθε περιέλιξη (για δίκτυα 0,4kV - 220 βολτ).

Σύνδεση περιέλιξης ηλεκτρικού κινητήρα σε σύνδεση δέλτα

Στο κύκλωμα δέλτα, τα άκρα των τυλιγμάτων συνδέονται σε σειρά. Σχηματίζεται ένα είδος κύκλου, αλλά η ονομασία "δέλτα" υιοθετείται στη βιβλιογραφία λόγω της συχνά χρησιμοποιούμενης διάταξης. Το ουδέτερο καλώδιο σε αυτή την έκδοση δεν πρέπει να συνδεθεί πουθενά.

Προφανώς οι τάσεις που εφαρμόζονται σε κάθε περιέλιξη θα είναι γραμμικές (380 βολτ ανά περιέλιξη).

Σύγκριση των διαγραμμάτων καλωδίωσης μεταξύ τους

Για να συγκριθούν τα δύο κυκλώματα μεταξύ τους, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η ηλεκτρική ισχύς που αναπτύσσεται από τον ηλεκτροκινητήρα για τη μία ή την άλλη σύνδεση. Για να γίνει αυτό, εξετάστε τις έννοιες του ρεύματος γραμμής (Ilin) και του ρεύματος φάσης (Iphase). Το ρεύμα φάσης είναι το ρεύμα που διαρρέει το τύλιγμα φάσης. Γραμμικό ρεύμα ρέει μέσα από έναν αγωγό που είναι συνδεδεμένος στον ακροδέκτη περιέλιξης.

Στα δίκτυα έως 1000 βολτ, η πηγή της ηλεκτρικής ενέργειας είναι έναν μετασχηματιστήΤο δευτερεύον ενός μετασχηματιστή του οποίου το τύλιγμα είναι συνδεδεμένο σε αστέρα (διαφορετικά δεν θα ήταν δυνατόν να προβλεφθεί ουδέτερος αγωγός) ή μιας γεννήτριας της οποίας τα τυλίγματα είναι συνδεδεμένα με τον ίδιο τρόπο.

Από το σχήμα φαίνεται ότι στη σύνδεση σε αστέρα τα ρεύματα του αγωγού και τα ρεύματα της περιέλιξης του κινητήρα είναι ίσα. Το ρεύμα σε μια φάση καθορίζεται από την τάση της φάσης:

   

όπου Ζ είναι η αντίσταση περιέλιξης μιας φάσης, μπορούν να θεωρηθούν ίσες. Μπορεί να γραφτεί ότι

   

.

Για σύνδεση σε τρίγωνο τα ρεύματα είναι διαφορετικά - καθορίζονται από τις τάσεις γραμμής που εφαρμόζονται στην αντίσταση Z:

   

.

Επομένως, στην περίπτωση αυτή .

Τώρα μπορούμε να συγκρίνουμε τη συνολική ισχύ () που καταναλώνουν οι κινητήρες διαφορετικών κυκλωμάτων.

• για μια σύνδεση αστέρα η φαινόμενη ισχύς είναι ;
• για σύνδεση δέλτα η φαινόμενη ισχύς είναι .

Έτσι, με σύνδεση αστέρα, ο κινητήρας αναπτύσσει τρεις φορές λιγότερη ισχύ από ό,τι με σύνδεση τρίγωνο. Αυτό έχει και άλλα θετικά αποτελέσματα:

• μειώνονται τα ρεύματα εισροής,
• ο κινητήρας λειτουργεί και εκκινείται πιο ομαλά,
• ο κινητήρας μπορεί να αντιμετωπίσει βραχυχρόνιες υπερφορτίσεις,
• η θερμική συμπεριφορά του ασύγχρονου κινητήρα γίνεται πιο ήπια.

Η άλλη πλευρά του νομίσματος είναι ότι ένας κινητήρας με περιέλιξη αστέρα δεν μπορεί να αναπτύξει τη μέγιστη ισχύ του. Σε ορισμένες περιπτώσεις η ροπή μπορεί να μην επαρκεί καν για την περιστροφή του ρότορα.

Τρόποι μεταγωγής κυκλωμάτων αστέρα-τριγώνου

Οι περισσότεροι κινητήρες είναι σχεδιασμένοι έτσι ώστε να είναι δυνατή η εναλλαγή από τη μία σύνδεση στην άλλη. Η αρχή και τα άκρα των περιελίξεων βρίσκονται στο μπλοκ ακροδεκτών έτσι ώστε το αστέρι να μπορεί να συνδεθεί σε τρίγωνο απλά αλλάζοντας τη θέση των μαξιλαριών των περιελίξεων.

Ο ιδιοκτήτης του ηλεκτροκινητήρα μπορεί να επιλέξει αν επιθυμεί ήπια εκκίνηση με χαμηλά ρεύματα εκκίνησης και ομαλή λειτουργία ή την υψηλότερη ισχύ που αναπτύσσει ο κινητήρας. Εάν απαιτούνται και τα δύο, είναι δυνατή η αυτόματη εναλλαγή με επαφείς υψηλής ισχύος.

Όταν πατηθεί το κουμπί εκκίνησης SB2, ο κινητήρας τίθεται σε λειτουργία σε διάταξη αστέρα. Ο επαφέας KM3 είναι ενεργοποιημένος, οι επαφές του μπλοκάρουν τα καλώδια περιέλιξης του κινητήρα από τη μία πλευρά. Τα αντίθετα καλώδια συνδέονται στο δίκτυο, το καθένα σε διαφορετική φάση, μέσω των επαφών του KM1. Όταν ενεργοποιείται αυτός ο επαφέας, εφαρμόζεται τριφασική τάση στα τυλίγματα και ο ρότορας του κινητήρα οδηγείται. Μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα που έχει ρυθμιστεί στο ρελέ KT1, το πηνίο KM3 ενεργοποιείται, απενεργοποιείται, ο επαφέας KM2 ενεργοποιείται, μετατρέποντας τα τυλίγματα σε τρίγωνο.

Η αλλαγή ταχυτήτων πραγματοποιείται αφού ο κινητήρας φτάσει σε στροφές. Αυτή η στιγμή μπορεί να παρακολουθείται μέσω του αισθητήρα ταχύτητας, αλλά στην πράξη είναι απλούστερο. Η εναλλαγή ελέγχεται από χρονική αναμετάδοση - μετά από 5-7 δευτερόλεπτα θεωρείται ότι η διαδικασία εκκίνησης έχει ολοκληρωθεί και ο κινητήρας μπορεί να τεθεί σε λειτουργία μέγιστης ισχύος. Η παρατεταμένη λειτουργία με φορτίο που υπερβαίνει το φορτίο αστέρος μπορεί να προκαλέσει βλάβη στη μονάδα.

Κατά την εκτέλεση αυτής της λειτουργίας πρέπει να έχετε υπόψη σας τα ακόλουθα:

1. Η ροπή εκκίνησης ενός κινητήρα με σύνδεση αστέρα είναι σημαντικά μικρότερη από εκείνη ενός κινητήρα με σύνδεση τριγώνου, οπότε ένας κινητήρας με δύσκολες συνθήκες εκκίνησης δεν μπορεί πάντα να εκκινείται με αυτόν τον τρόπο. Απλώς δεν ξεκινάει. Τέτοιες περιπτώσεις περιλαμβάνουν ηλεκτροκίνητες αντλίες που λειτουργούν με αντίθλιψη κ.λπ. Τέτοια προβλήματα μπορούν να επιλυθούν με τη χρήση ενός κινητήρα με φάση-δρομέα αυξάνοντας ομαλά το ρεύμα διέγερσης κατά την εκκίνηση. Η επιτυχής εκκίνηση με αστέρα χρησιμοποιείται με φυγοκεντρικές αντλίες που λειτουργούν σε κλειστή πύλη, φορτία ανεμιστήρα στον άξονα του κινητήρα κ.λπ.
2. Τα τυλίγματα του ηλεκτροκινητήρα πρέπει να μπορούν να αντέξουν την τάση δικτύου. Είναι σημαντικό να μην συγχέονται οι κινητήρες D/Y 220/380 volt (συνήθως ασύγχρονοι κινητήρες χαμηλής ισχύος έως 4kW) με τους κινητήρες D/Y 380/660 volt (συνήθως 4kW και άνω). Το δίκτυο των 660 βολτ δεν χρησιμοποιείται σχεδόν ποτέ, αλλά μόνο οι ηλεκτροκινητήρες με αυτή την ονομαστική τάση μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταγωγή αστέρα-τριγώνου. Ένας τριφασικός κινητήρας 220/380 μπορεί να ενεργοποιηθεί μόνο σε σύνδεση αστέρα. Δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται στο κύκλωμα μεταγωγής.
3. Πρέπει να τηρείται μια παύση μεταξύ της απενεργοποίησης του επαφέα αστέρα και της ενεργοποίησης του επαφέα τριγώνου για να αποφευχθεί η επικάλυψη. Δεν πρέπει όμως να αυξηθεί υπερβολικά για να αποφευχθεί το σβήσιμο του κινητήρα. Εάν κατασκευάσετε το κύκλωμα μόνοι σας, μπορεί να χρειαστεί να το ρυθμίσετε πειραματικά.

Χρησιμοποιείται επίσης αντίστροφη μεταγωγή. Είναι λογικό αν ένας ισχυρός κινητήρας λειτουργεί προσωρινά με μικρό φορτίο. Ο συντελεστής ισχύος του είναι χαμηλός επειδή η κατανάλωση ενεργού ισχύος καθορίζεται από τον κύκλο λειτουργίας του κινητήρα. Η άεργος ισχύς καθορίζεται κυρίως από την αυτεπαγωγή των τυλιγμάτων, η οποία είναι ανεξάρτητη από το φορτίο του άξονα. Προκειμένου να βελτιωθεί η αναλογία κατανάλωσης ενεργού και άεργου ισχύος, τα τυλίγματα μπορούν να μετατραπούν σε διάταξη αστέρα. Αυτό μπορεί επίσης να γίνει χειροκίνητα ή αυτόματα.

Το κύκλωμα μεταγωγής μπορεί να συναρμολογηθεί με διακριτά στοιχεία - χρονικά ρελέ, επαφείς (εκκινητές) κ.λπ. Υπάρχουν επίσης έτοιμες λύσεις που ενσωματώνουν το κύκλωμα αυτόματης μεταγωγής σε ένα ενιαίο περίβλημα. Το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να συνδέσετε τον κινητήρα και την τριφασική τροφοδοσία στους ακροδέκτες εξόδου. Οι συσκευές αυτές μπορεί να έχουν διαφορετικές ονομασίες, π.χ. "ρελέ χρόνου εκκίνησης" κ.λπ.

Υπάρχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα στη σύνδεση των περιελίξεων του κινητήρα σύμφωνα με διαφορετικά σχήματα. Η γνώση των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων αποτελεί τη βάση για τη σωστή λειτουργία. Τότε ο κινητήρας θα διαρκέσει πολύ καιρό, φέρνοντας το μέγιστο αποτέλεσμα.

Σχετικά άρθρα: