Jaka jest różnica w schematach połączeń uzwojeń silnika w gwiazdę i w trójkąt?

System trójfazowego prądu elektrycznego został opracowany pod koniec XIX wieku przez rosyjskiego naukowca M.O. Dolivo-Dobrovolsky'ego. Trzy fazy z napięciami przesuniętymi względem siebie o 120 stopni, oprócz innych zalet, ułatwiają wytworzenie wirującego pola magnetycznego. Pole to opływa wirniki najbardziej rozpowszechnionych i najprostszych trójfazowych asynchronicznych silników elektrycznych.

Trzy uzwojenia stojana tych silników są zazwyczaj połączone w gwiazdę lub trójkąt. W literaturze zagranicznej używane są terminy "star" i "delta", oznaczane skrótami S i D. Częściej stosowanym oznaczeniem mnemotechnicznym jest D i Y, co czasami może prowadzić do pomyłek - litera D może być używana zarówno do oznaczania "gwiazdy", jak i "delty".

Napięcia fazowe i liniowe

Aby zrozumieć różnice między połączeniami uzwojeń, należy najpierw zrozumieć pojęcia napięć fazowych i napięć sieciowych. Napięcie fazowe to napięcie między początkiem a końcem jednej fazy. Napięcie liniowe to napięcie między tymi samymi zaciskami różnych faz.

W sieci trójfazowej napięcia liniowe są napięciami między fazami, np. A i B, a napięcia fazowe są napięciami między każdą fazą a przewodem neutralnym.

Napięcia Ua, Ub, Uc będą więc napięciami fazowymi, a Uab, Ubc, Uca - napięciami liniowymi. Różnica między tymi napięciami jest jednokrotna. Tak więc w przypadku sieci domowej i przemysłowej 0,4 kV napięcie linii wynosi 380 V, a napięcie fazowe 220 V.

Podłączenie uzwojeń silnika w układzie gwiazdowym

W połączeniu gwiazdowym trzy uzwojenia są połączone we wspólnym punkcie końcami gwiazdowymi. Każdy z wolnych końców jest podłączony do innej fazy. W niektórych przypadkach punkt wspólny jest połączony z neutralną szyną zbiorczą systemu elektroenergetycznego.

Na rysunku pokazano, że w tym połączeniu do każdego uzwojenia przykłada się napięcie fazowe sieci (dla sieci 0,4kV - 220 V).

Połączenie uzwojeń silnika elektrycznego w trójkąt

W przypadku obwodu trójkątnego końce uzwojeń są połączone szeregowo. Powstaje coś w rodzaju koła, ale w literaturze przyjęła się nazwa "delta" ze względu na często stosowany układ. Przewód neutralny w tej wersji nie ma gdzie się podłączyć.

Oczywiście napięcia przyłożone do każdego uzwojenia będą liniowe (380 V na uzwojenie).

Porównanie schematów elektrycznych między sobą

Aby porównać te dwa obwody ze sobą, należy obliczyć moc elektryczną rozwijaną przez silnik elektryczny dla jednego lub drugiego połączenia. W tym celu należy rozważyć pojęcia prądu liniowego (Ilin) i prądu fazowego (Iphase). Prąd fazowy to prąd płynący przez uzwojenie fazowe. Przez przewodnik podłączony do zacisku uzwojenia płynie prąd liniowy.

W sieciach o napięciu do 1000 V źródłem energii elektrycznej jest transformatorUzwojenie wtórne transformatora, którego uzwojenie jest połączone w gwiazdę (w przeciwnym razie nie byłoby możliwe zapewnienie przewodu neutralnego), lub generatora, którego uzwojenia są połączone w ten sam sposób.

Na rysunku widać, że w połączeniu gwiazdowym prądy przewodnika i prądy uzwojenia silnika są równe. Prąd w danej fazie zależy od napięcia fazowego:

   

gdzie Z jest rezystancją uzwojenia jednej fazy, można przyjąć, że są one równe. Można napisać, że

   

.

W przypadku połączenia w trójkąt prądy są inne - określają je napięcia sieciowe przyłożone do rezystancji Z:

   

.

Dlatego w tym przypadku .

Teraz możemy porównać moc całkowitą () zużywanych przez silniki różnych obwodów.

• w przypadku połączenia w gwiazdę moc pozorna wynosi ;
• dla połączenia w trójkąt moc pozorna wynosi .

Dlatego przy połączeniu w gwiazdę silnik rozwija trzy razy mniejszą moc niż przy połączeniu w trójkąt. Ma to również inne pozytywne skutki:

• Prądy rozruchowe są zredukowane;
• silnik pracuje i uruchamia się bardziej płynnie;
• silnik jest w stanie poradzić sobie z krótkotrwałymi przeciążeniami;
• zachowanie termiczne silnika asynchronicznego staje się łagodniejsze.

Druga strona medalu jest taka, że silnik z uzwojeniem gwiaździstym nie może osiągnąć swojej maksymalnej mocy. W niektórych przypadkach moment obrotowy może nawet nie wystarczyć do obrócenia wirnika.

Sposoby przełączania obwodów gwiazda-trójkąt

Większość silników jest zaprojektowana w sposób umożliwiający przełączanie z jednego połączenia na drugie. Początki i końce uzwojeń są umieszczone na listwie zaciskowej, dzięki czemu gwiazdę można połączyć w trójkąt, po prostu zmieniając położenie podkładek pod uzwojenia.

Właściciel silnika elektrycznego może wybrać, czy zależy mu na łagodnym rozruchu z niskimi prądami rozruchowymi i płynną pracą, czy na najwyższej mocy rozwijanej przez silnik. Jeśli wymagane są obie te funkcje, możliwe jest automatyczne przełączanie za pomocą styczników dużej mocy.

Po naciśnięciu przycisku uruchamiania SB2 silnik jest włączany w układzie gwiazdy. Stycznik KM3 jest pod napięciem, jego styki blokują z jednej strony przewody uzwojenia silnika. Przeciwległe przewody są podłączone do sieci zasilającej, każdy do innej fazy, przez styki KM1. Gdy stycznik jest wzbudzony, do uzwojeń jest podawane napięcie trójfazowe, a wirnik silnika jest napędzany. Po upływie określonego czasu ustawionego na przekaźniku KT1 następuje przełączenie cewki KM3, która zostaje odłączona od napięcia, a stycznik KM2 zostaje załączony, przełączając uzwojenia w trójkąt.

Zmiana biegów następuje po osiągnięciu przez silnik obrotów. Moment ten można monitorować za pomocą czujnika prędkości, ale w praktyce jest to prostsze. Przełączanie jest sterowane przez przekaźnik czasowy - po 5-7 sekundach przyjmuje się, że proces rozruchu jest zakończony i można przełączyć silnik na maksymalną moc. Dłuższa praca z obciążeniem przekraczającym obciążenie gwiazdowe może spowodować uszkodzenie napędu.

Podczas wykonywania tej operacji należy pamiętać o następujących kwestiach:

1. Moment rozruchowy silnika połączonego w gwiazdę jest znacznie niższy niż silnika połączonego w trójkąt, dlatego silnik o trudnych warunkach rozruchu nie zawsze można uruchomić w ten sposób. Po prostu nie można go uruchomić. Do takich przypadków należą pompy o napędzie elektrycznym pracujące z przeciwciśnieniem itp. Takie problemy można rozwiązać, stosując silnik z wirnikiem fazowym poprzez płynne zwiększanie prądu wzbudzenia przy rozruchu. Udany rozruch gwiazdowy jest stosowany w przypadku pomp odśrodkowych pracujących na zamkniętej zasuwie, obciążenia wentylatora na wale silnika itp.
2. Uzwojenia silnika elektrycznego muszą być odporne na napięcie sieci zasilającej. Ważne jest, aby nie mylić silników D/Y 220/380 V (zazwyczaj silniki indukcyjne małej mocy do 4 kW) z silnikami D/Y 380/660 V (zazwyczaj 4 kW i więcej). Sieć o napięciu 660 V prawie nigdy nie jest używana, ale tylko silniki elektryczne o takim napięciu znamionowym mogą być używane do przełączania gwiazda-trójkąt. Przemiennik trójfazowy 220/380 może być przełączany tylko w układzie gwiazdowym. Nie wolno ich używać w układzie przełączającym.
3. Pomiędzy wyłączeniem stycznika gwiazdowego a włączeniem stycznika trójkątnego należy zachować przerwę, aby uniknąć nakładania się na siebie sygnałów. Nie można go jednak zbytnio zwiększać, aby nie dopuścić do zgaśnięcia silnika. W przypadku samodzielnego wykonania obwodu może zaistnieć konieczność jego eksperymentalnej regulacji.

Stosuje się również przełączanie odwrotne. Ma to sens, gdy silnik o dużej mocy pracuje chwilowo z niewielkim obciążeniem. W tym przypadku współczynnik mocy jest niski, ponieważ pobór mocy czynnej zależy od stopnia obciążenia silnika. Moc bierna zależy głównie od indukcyjności uzwojeń, która jest niezależna od obciążenia wału. Aby poprawić stosunek poboru mocy czynnej i biernej, uzwojenia można przełączyć w układ gwiazdowy. Można to zrobić ręcznie lub automatycznie.

Obwód łączeniowy może być zbudowany z elementów dyskretnych - przekaźników czasowych, styczników (rozruszników) itp. Istnieją również gotowe rozwiązania, które integrują obwód automatycznego przełączania w jednej obudowie. Wystarczy podłączyć silnik i zasilanie trójfazowe do zacisków wyjściowych. Takie urządzenia mogą mieć różne nazwy, np. "przekaźnik czasu startu" itp.

Przełączanie uzwojeń silnika w różnych obwodach ma swoje zalety i wady. Znajomość zalet i wad jest podstawą prawidłowej eksploatacji. Dzięki temu silnik będzie działał przez długi czas, zapewniając maksymalny efekt.

Powiązane artykuły: