Qual è la differenza negli schemi di cablaggio degli avvolgimenti del motore a stella e a triangolo?

Il sistema della corrente elettrica trifase è stato sviluppato alla fine del XIX secolo dallo scienziato russo M.O.Dolivo-Dobrovolsky. Tre fasi con tensioni spostate di 120 gradi l'una rispetto all'altra, tra gli altri vantaggi, facilitano la creazione di un campo magnetico rotante. Questo campo trascina i rotori dei più comuni e semplici motori asincroni trifase.

I tre avvolgimenti dello statore di questi motori sono generalmente collegati a stella o a delta. I termini "stella" e "delta", abbreviati in S e D, sono usati nella letteratura straniera. La designazione mnemonica più comune è D e Y, che a volte può portare a confusione - D può essere usato per indicare sia "stella" che "delta".

Contenuto

1 Tensioni di fase e di linea
2 Collegamento degli avvolgimenti del motore in collegamento a stella
3 Collegamento a triangolo degli avvolgimenti del motore
4 Confronti di schemi elettrici
5 Modi di commutazione dei circuiti stella-triangolo

Tensioni di fase e di linea

Per capire le differenze tra le connessioni di avvolgimento, è necessario prima capire i concetti di tensioni di fase e tensioni di linea. Una tensione di fase è la tensione tra l'inizio e la fine di una fase. La tensione lineare è la tensione tra gli stessi terminali di fasi diverse.

Per una rete trifase, le tensioni di linea sono le tensioni tra le fasi, ad esempio A e B, e le tensioni di fase sono le tensioni tra ogni fase e il conduttore neutro.

La differenza tra la tensione di fase e la tensione di linea.

Così le tensioni Ua, Ub, Uc saranno tensioni di fase e Uab, Ubc, Uca saranno tensioni di linea. La differenza tra queste tensioni è di uno a uno. Così, per una rete domestica e industriale di 0,4 kV, le tensioni di linea sono 380 volt e le tensioni di fase sono 220 volt.

Collegamento degli avvolgimenti del motore in collegamento a stella

Schema di cablaggio per avvolgimenti a stella.

In un collegamento a stella, i tre avvolgimenti sono uniti in un punto comune con le loro estremità a stella. Le estremità libere sono collegate ciascuna a una fase diversa. In alcuni casi il punto comune è collegato alla barra di neutro del sistema elettrico.

La figura mostra che per questo collegamento, la tensione di fase della rete è applicata a ciascun avvolgimento (per le reti 0,4kV - 220 volt).

Collegamento dell'avvolgimento del motore elettrico in connessione a delta

Schema di collegamento di un avvolgimento a delta.

Nel circuito a delta, le estremità dell'avvolgimento sono collegate in serie. Si forma una specie di cerchio, ma il nome "delta" è adottato in letteratura a causa del layout frequentemente utilizzato. Il filo neutro in questa versione non ha un posto dove essere collegato.

Ovviamente le tensioni applicate a ciascun avvolgimento saranno lineari (380 volt per avvolgimento).

Confronto degli schemi elettrici tra loro

Per confrontare i due circuiti tra loro, è necessario calcolare la potenza elettrica sviluppata dal motore elettrico per l'uno o l'altro collegamento. Per fare questo, considerate i concetti di corrente di linea (Ilin) e corrente di fase (Iphase). La corrente di fase è la corrente che scorre attraverso l'avvolgimento di fase. La corrente lineare scorre attraverso un conduttore collegato al terminale dell'avvolgimento.

Nelle reti fino a 1000 volt, la fonte di elettricità è un trasformatoreIl secondario di un trasformatore il cui avvolgimento è collegato a stella (altrimenti non sarebbe possibile fornire un conduttore neutro), o un generatore i cui avvolgimenti sono collegati nello stesso modo.

Nel collegamento a stella, le correnti nei conduttori e le correnti negli avvolgimenti del motore sono uguali.

Si può vedere dalla figura che nel collegamento a stella le correnti del conduttore e quelle dell'avvolgimento del motore sono uguali. La corrente in una fase è determinata dalla tensione di fase:

$I_faz=\frac{U_faz}{Z}$

dove Z è la resistenza dell'avvolgimento di una fase, si può assumere che siano uguali. Si può scrivere che

${\a6}[I_faz=I_lin]]$

Nel collegamento a triangolo le correnti nei conduttori e le correnti negli avvolgimenti del motore sono diverse.

Per il collegamento a triangolo le correnti sono diverse - sono determinate dalle tensioni di linea applicate alla resistenza Z:

$I_faz=\frac{U_lin}{Z}$

Quindi in questo caso $I_faz=sqrt{3}*I_lin$ .

Ora possiamo confrontare la potenza totale ( $S=3*I_faz*U_faz$ ) consumati dai motori di diversi circuiti.

per una connessione a stella la potenza apparente è $S_1=3*U_faz*I_faz=3*(U_lin/\sqrt{3})*I_lin=\sqrt{3}* U_lin* I_lin$ ;
per il collegamento a delta la potenza apparente è $S_2=3*U_faz*I_faz=3*U_lin*I_lin*\sqrt{3}$ .

Così, con il collegamento a stella, il motore sviluppa tre volte meno potenza che con il collegamento a delta. Questo ha anche altri effetti positivi:

le correnti di spunto sono ridotte;
il motore funziona e si avvia più dolcemente;
il motore può far fronte a sovraccarichi di breve durata;
il comportamento termico del motore asincrono diventa più dolce.

Il rovescio della medaglia è che un motore con un avvolgimento a stella non può sviluppare la sua potenza massima. In alcuni casi la coppia può anche non essere sufficiente a far girare il rotore.

Modi di commutazione dei circuiti stella-triangolo

La maggior parte dei motori sono progettati in modo da poter passare da un collegamento all'altro. Gli inizi e le estremità degli avvolgimenti sono situati sulla morsettiera in modo che la stella possa essere collegata a delta semplicemente cambiando la posizione delle pastiglie dell'avvolgimento.

Schema di cablaggio per avvolgimenti di motori a stella e a triangolo.

Il proprietario del motore elettrico può scegliere se vuole un avviamento morbido con basse correnti di avviamento e un funzionamento regolare o la massima potenza sviluppata dal motore. Se entrambi sono necessari, è possibile commutare automaticamente con contattori ad alta potenza.

Esempio di un circuito automatico stella-triangolo.

Quando il pulsante di avvio SB2 viene premuto, il motore si accende in una configurazione a stella. Il contattore KM3 è eccitato, i suoi contatti bloccano i cavi dell'avvolgimento del motore su un lato. I cavi opposti sono collegati alla rete, ciascuno ad una fase diversa, attraverso i contatti di KM1. Quando questo contattore è eccitato, la tensione trifase è applicata agli avvolgimenti e il rotore del motore è azionato. Dopo un certo tempo impostato sul relè KT1, la bobina KM3 viene commutata, viene diseccitata, il contattore KM2 viene eccitato, commutando gli avvolgimenti in un delta.

Il cambio avviene dopo che il motore ha raggiunto i giri. Questo momento può essere monitorato tramite il sensore di velocità, ma in pratica è più semplice. La commutazione è controllata da relè a tempo - dopo 5-7 secondi si presume che il processo di avviamento sia finito e che il motore possa essere portato alla massima potenza. Un funzionamento prolungato oltre il carico stellare può danneggiare l'unità.

Quando si esegue questa operazione si deve tenere conto di quanto segue:

La coppia di avviamento di un motore collegato a stella è notevolmente inferiore a quella di un motore collegato a triangolo, quindi un motore con condizioni di avviamento difficili non può sempre essere avviato in questo modo. Semplicemente non parte. Questi casi includono pompe elettriche che funzionano con contropressione, ecc. Tali problemi possono essere risolti utilizzando un motore con un rotore di fase, aumentando dolcemente la corrente di eccitazione all'avvio. L'avviamento a stella di successo è utilizzato con pompe centrifughe che funzionano su un cancello chiuso, carichi di ventilatori sull'albero del motore, ecc.
Gli avvolgimenti del motore elettrico devono essere in grado di resistere alla tensione di linea della rete. È importante non confondere i motori D/Y 220/380 volt (tipicamente motori a induzione di bassa potenza fino a 4kW) con i motori D/Y 380/660 volt (tipicamente 4kW e oltre). La rete da 660 volt non viene quasi mai utilizzata, ma solo i motori elettrici con questa tensione nominale possono essere utilizzati per la commutazione stella-triangolo. Un azionamento trifase 220/380 può essere commutato solo in collegamento a stella. Non devono essere utilizzati nel circuito di commutazione.
Si deve osservare una pausa tra lo spegnimento del contattore stella e l'accensione del contattore triangolo per evitare la sovrapposizione. Ma non deve essere aumentato troppo per evitare che il motore vada in stallo. Se fai il circuito da solo, potrebbe essere necessario regolarlo sperimentalmente.

Si usa anche la commutazione inversa. Ha senso se un motore potente funziona temporaneamente con un piccolo carico. Il fattore di potenza è basso perché il consumo di potenza attiva è determinato dal duty cycle del motore. La potenza reattiva è determinata principalmente dall'induttanza degli avvolgimenti che è indipendente dal carico sull'albero. Per migliorare il rapporto tra consumo di potenza attiva e reattiva, gli avvolgimenti possono essere commutati in una disposizione a stella. Questo può anche essere fatto manualmente o automaticamente.

Il circuito di commutazione può essere assemblato con elementi discreti - relè a tempo, contattori (avviatori), ecc. Ci sono anche soluzioni standard che integrano il circuito di commutazione automatica in un unico involucro. Tutto quello che dovete fare è collegare il motore e l'alimentazione trifase ai terminali di uscita. Tali dispositivi possono avere nomi diversi, ad esempio "relè del tempo di partenza", ecc.

Ci sono vantaggi e svantaggi nel collegare gli avvolgimenti del motore secondo schemi diversi. Conoscere i vantaggi e gli svantaggi è la base per un funzionamento corretto. Allora il motore durerà a lungo, portando il massimo effetto.