Подключение звезда и треугольник – в чем разница

Подключение звезда и треугольник – в чем разница?

Обмотки генераторов, трансформаторов, электродвигателей и других электрических приемников при их подключении к трехфазной сети соединяются двумя способами: звездой или треугольником. Эти схемы подключения сильно отличаются друг от друга и несут на себе разные токовые нагрузки. Поэтому есть необходимость разобраться в вопросе, как производится подключение звезда и треугольник – в чем разница?

Звезда и треугольник принцип подключения. Особенности и работа

Для увеличения мощности передачи без увеличения напряжения сети, снижения пульсаций напряжения в блоках питания, для уменьшения числа проводов при подключении нагрузки к питанию, применяют различные схемы соединения обмоток источников питания и потребителей (звезда и треугольник).

Схемы

Обмотки генераторов и приемников при работе с 3-фазными сетями могут соединяться с помощью двух схем: звезды и треугольника. Такие схемы имеют между собой несколько отличий, различаются также нагрузкой по току. Поэтому, перед подключением электрических машин необходимо выяснить разницу в этих двух схемах — звезда и треугольник.

Схема звезды

Соединение различных обмоток по схеме звезды предполагает их подключение в одной точке, которая называется нулевой (нейтральной), и имеет обозначение на схемах «О», либо х, у, z. Нулевая точка может иметь соединение с нулевой точкой источника питания, но не во всех случаях такое соединение имеется. Если такое соединение есть, то такая система считается 4-проводной, а если нет такого соединения, то 3-проводной.

Схема треугольника

При такой схеме концы обмоток не объединяются в одну точку, а соединяются с другой обмоткой. То есть, получается схема, похожая по виду на треугольник, и соединение обмоток в ней идет последовательно друг с другом. Нужно отметить отличие от схемы звезды в том, что в схеме треугольника система бывает только 3-проводной, так как общая точка отсутствует.

В схеме треугольника при отключенной нагрузке и симметричной ЭДС равно 0.

Фазные и линейные величины

В 3-фазных сетях питания имеется два вида тока и напряжения – это фазные и линейные. Фазное напряжение – это его величина между концом и началом фазы приемника. Фазный ток протекает в одной фазе приемника.

При применении схемы звезды фазными напряжениями являются Ua, Ub, Uc, а фазными токами являются I a, I b, I c. При применении схемы треугольника для обмоток нагрузки или генератора фазные напряжения — U, U, U, фазные токи – I ac, I , I .

Линейные значения напряжения измеряются между началами фаз или между линейных проводников. Линейный ток протекает в проводниках между источником питания и нагрузкой.

В случае схемы звезды линейные токи равны фазным, а линейные напряжения равны U ab, Ubc, U ca. В схеме треугольника получается все наоборот – фазные и линейные напряжения равны, а линейные токи равны I a, I b, I c.

Большое значение уделяется направлению ЭДС напряжений и токов при анализе и расчете 3-фазных цепей, так как его направление влияет на соотношение между векторами на диаграмме.

Особенности схем

Между этими схемами есть существенная разница. Давайте разберемся, для чего в различных электроустановках используют разные схемы, и в чем их особенности.

Во время пуска электрического мотора ток запуска имеет повышенную величину, которая больше его номинального значения в несколько раз. Если это механизм с низкой мощностью, то защита может и не сработать. При включении мощного электромотора защита обязательно сработает, отключит питание, что обусловит на некоторое время падение напряжения и перегорание предохранителей, или отключение электрических автоматов. Электродвигатель будет работать с малой скоростью, которая меньше номинальной.

Видно, что имеется немало проблем, возникающих из-за большого пускового тока. Необходимо каким-либо образом снижать его величину.

Для этого можно применить некоторые методы:
  • Подключить на запуск электродвигателя реостат, дроссель, либо трансформатор.
  • Изменить вид соединения обмоток ротора электродвигателя.

В промышленности в основном применяют второй способ, так как он наиболее простой и дает высокую эффективность. Здесь работает принцип переключения обмоток электромотора на такие схемы, как звезда и треугольник. То есть, при запуске мотора его обмотки имеют соединение «звезда», после набора эксплуатационных оборотов, схема соединения изменяется на «треугольник». Этот процесс переключения в промышленных условиях научились автоматизировать.

В электромоторах целесообразно применение сразу двух схем — звезда и треугольник. К нулевой точке необходимо подключить нейтраль источника питания, так как во время использования таких схем возникает повышенная вероятность перекоса фазных амплитуд. Нейтраль источника компенсирует эту асимметрию, которая возникает вследствие разных индуктивных сопротивлений обмоток статора.

Достоинства схем
Соединение по схеме звезды имеются важные преимущества:
  • Плавный пуск электрического мотора.
  • Позволяет функционировать электродвигателю с заявленной номинальной мощностью, соответствующей паспорту.
  • Электродвигатель будет иметь нормальный рабочий режим при различных ситуациях: при высоких кратковременных перегрузках, при длительных незначительных перегрузках.
  • При эксплуатации корпус электродвигателя не перегреется.

Основным достоинством схемы треугольника является получение от электродвигателя наибольшей возможной мощности работы. Целесообразно поддерживать режимы эксплуатации по паспорту двигателя. При исследовании электромоторов со схемой треугольника выяснилось, что его мощность повышается в 3 раза, по сравнению со схемой звезды.

При рассмотрении генераторов, схемы – звезда и треугольник по параметрам аналогичны при функционировании электродвигателей. Выходное напряжение генератора будет больше в схеме треугольника, чем в схеме звезды. Однако, при повышении напряжения снижается сила тока, так как по закону Ома эти параметры обратно пропорциональны друг другу.

Поэтому можно сделать вывод, что при разных соединениях концов обмоток генератора можно получить два разных номинала напряжения. В современных мощных электромоторах при запуске схемы – звезда и треугольник переключаются автоматически, так как это позволяет снизить нагрузку по току, возникающей при пуске мотора.

Процессы, происходящие при изменении схемы звезда и треугольник в разных случаях

Здесь, изменение схемы — имеется ввиду переключение на щитах и в клеммных коробках электрических устройств, при условии, что имеются выводы обмоток.

Обмотки генератора и трансформатора

При переходе со звезды в треугольник напряжение уменьшается с 380 до 220 вольт, мощность остается прежней, так как фазное напряжение не изменяется, хотя линейный ток увеличивается в 1,73 раза.

При обратном переключении возникают обратные явления: линейное напряжение увеличивается с 220 до 380 вольт, а фазные токи не изменяются, однако линейные токи снижаются в 1,73 раза. Поэтому можно сделать вывод, что если есть вывод всех концов обмоток, то вторичные обмотки трансформатора и генераторы можно применять на два типа напряжения, которые отличаются в 1,73 раза.

Лампы освещения

При переходе со звезды в треугольник лампы сгорят. Если переключение сделать обратное, при условии, что лампы при треугольнике горели нормально, то лампы будут гореть тусклым светом. Без нулевого провода лампы можно соединять звездой при условии, что их мощность одинакова, и распределяется равномерно между фазами. Такое подключение применяется в театральных люстрах.

Различия между «звездой» и «треугольником»

Двигатель попросту сгорит, так как при подключении обмоток в треугольник окажется запитанным повышенным напряжением: его рабочее фазное фазное напряжение составляет В, а линейное В. По сути, получается, что напряжение генератора при звезде, равное вольт, преобразуется в вольт, если провести переключение с одного варианта на другой.

Таким выглядит клеммник движка стандартной конфигурации. В трехфазной системе он равняется градусам.

Для удобства чтения, она разделена на две схемы: управления и силовой части. Электродвигатели могут подключаться и другими способами, когда применяется двойная или тройная звезда.

При подаче управляющего напряжения срабатывает магнитный пускатель K3 — цепь питания его катушки замыкается нормально замкнутыми контактами реле времени K1 и контактора K2. Соответственно, если нужно такой двигатель использовать в стране с более низким линейным напряжением, например, в США где линейной напряжение В, а фазное — В при частоте тока 60 Гц , то по-нормальному подключить такой двигатель в их однофазную сеть через конденсатор не получится.

При таком уменьшении напряжения снижается накаливание ламп, происходит снижение вращающего момента других электродвигателей, самопроизвольно отключаются и контакторы. Если перепутать конец и начало — подключаемая машина не будет работать. Техническая пластина на боковине корпуса движка. Это достигается благодаря возможности создания более простой и одновременно эффективной конструкции, что, в свою очередь, вытекает из показателей экономичности.

Читайте также  Высота бра над кроватью

Переключение режимов двигателя: звезда-треугольник


Соединение обмоток звездой и треугольником У всех трехфазных электродвигателей обмотки соединяются по схеме звезды или треугольника. Произошёл тут такой случай.

Для чего это необходимо делать? Одновременно с запуском КМ2 при помощи его дополнительного нормально разомкнутого контакта БКМ2 запускается реле времени, контакты которого переключаются, но срабатывания КМ1 не происходит, так как БКМ2 в цепи катушки КМ1 разомкнут. Реле времени, совмещенное с пускателем K1 в этой схеме, работает в цепи управления с небольшими токами, поэтому, может быть заменено обычным реле времени с тремя парами блок-контактов. В ином случае она будет трёхпроводной.

Следовательно, для России линейное напряжение В для такого двигателя надо использовать схему подключения звезда. Поэтому, применяются разные способы, с целью уменьшения пускового тока.
Подключение электродвигателя на 220В треугольником и звездой Демонстрация работы Какой вид лучше

Как узнать, подключать Звездой или Треугольником?

У трехфазных двигателей АИР есть два номинальных напряжения: 220/380 в и 380/660В, которое указано на шильде. Это основной критерий выбора типа соединения асинхронных двигателей.

Схема подключения электродвигателя Напряжение
Звезда 380 В 660 В
Треугольник 220 В 380 В
  • Электродвигатели 220/380 — современные модели до 112 габарита — 7,5 кВт. Ранее выпускались до 315 габарита — до 132 кВт. Подключение к сети 220В треугольником, к 380В звездой.
  • Электродвигатели 380/660 — встречается в моделях, мощностью от 4 кВт. Схема для 380В — треугольник, для 660В — звезда.

Звезда

«Звезда» предусматривает, что концы обмоток статора замыкаются в одной точке, называемой нулевой точкой или нейтралью, а начала подключаются своим фазам – L. Поэтому двигатели средней мощности принято запускать именно «звездой». Однако при этом невозможно достичь паспортной мощности электродвигателя.

Преимущества схемы подключения «Звезда»:

  • Плавный запуск
  • Более надежная работа двигателя
  • Допускается недлительная перегрузка

Треугольник

При подключении двигателя треугольником конец одной статорной обмотки последовательно соединяется с началом следующей. Однако подключение треугольником значительно увеличивает пусковые токи, что может привести к пробою изоляции; двигатель сильнее нагревается.

Преимущества схемы подключения «Треугольник»:

  • Рабочая мощность соответствует паспортной
  • Увеличенный крутящий момент
  • Улучшенное тяговое усилие

«Звезда-треугольник» (комбинированная)

В случае с мощными электромоторами (начиная с 5,5/3000) важно обеспечить плавный пуск без перегрузок и дальнейшую работу на максимальной мощности. Такие двигатели чаще соединяют по схеме звезда-треугольник. Она подходит только для моделей с пометкой (Δ/Y), которая свидетельствует о возможности соединения двумя способами.

Комбинированная схема подключения обезопасит мотор от высоких пусковых токов и обеспечит паспортную мощность двигателя. Практически выглядит так: электромотор запускается по схеме звезда, а набрав обороты переключается на схему треугольник, либо автоматически, либо с помощью дополнительных устройств. При этом возможны скачки тока.

Запуск по схеме «звезда / треугольник» подходит для моторов с большими маховыми массами, у которых при номинальной скорости сразу набрасывается нагрузка.

Подключение двигателя к однофазной сети 220В через конденсатор

Для использования асинхронного электродвигателя от бытовой электрической сети 220В применяют фазосдвигающий конденсатор. Таким образом достигается мягкий запуск агрегата. Методы подключения конденсаторов к бытовой сети 220В:

  • с выключателем
  • напрямую, без выключателя
  • параллельное включение двух электролитов

Конденсатор для двигателя должен превышать его по напряжению как минимум в 1,5 раза. В противном случае возникнут скачки напряжения, что чревато поломками.

Расчет конденсатора для трехфазной сети

Правильный подбор конденсатора для подключения трехфазного двигателя к однофазной сети предполагает расчет емкости. Ее значение зависит от схемы подключения обмоток и других параметров.

Формула расчета емкости конденсатора для схемы «Треугольник»

Где Емк — емкость рабочего конденсатора в мкФ, I — ток в А, U — напряжение сети в В.

Схема подключения обмоток электродвигателя звездой

Вот так выглядит борно электродвигателя и здесь обмотки соединены звездой. Т.е. концы обмоток соединены в одной точке.

Мои коллеги-инженеры сталкивались с такими случаями, когда перемычки кидали на начало обмоток, куда подключался питающий кабель. Сразу возникало короткое замыкание.

Фазное и линейное напряжение при соединении обмоток в звезду разное, а ток одинаковый.

А теперь давайте найдём полную мощность, развиваемую электродвигателем.

Полная мощность в трёхфазной системе равна сумме полных мощностей трёх фаз:

И теперь формула полной мощности будет выглядеть вот так:

А чтобы найти активную мощность применим следующую формулу:

где cosф- коэффициент мощности, n- КПД

Из формулы активной мощности выразим ток:

Звезда и треугольник: принцип подключения

Рассмотрим основные принципы реализации самых популярных видов подключений обмоток устройств, работающихот трехфазной электрической сети.

Соединения типа звезда

Устройство, предназначенное для работы с трехфазной сетью, всегда имеет три независимых друг от друга рабочих обмотки. Каждая из последних, в свою очередь, имеет два вывода (своеобразные начало и конец обмотки). Подключение по типу звезды предполагает коммутацию концов всех обмоточных элементов в единый узел, именуемый нулевой точкой.

Начальные выводы каждой из обмоток соединяются с фазными проводниками электрической сети, к которой осуществляется подключение. Иными словами, начало каждой обмотки подключается к одной из фаз – A, B, C (L1, L2, L3). Между началами любой пары обмоток наличествует фазное напряжение питающей сети – 380 вольт.

Соединение типа треугольник

Суть подключения обмоточной части трехфазного устройства по принципу треугольной схемы заключается в коммутации конца одной обмотки с началом другой. Иными словами, конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй – с началом третьей, конец третьей – с началом первой. Таким образом создается электрический контур и замыкается цепь.

При таком типе соединения обмоток между началами каждой пары из них наличествует линейное (однофазное) напряжение, равное 220 вольт. Обычно соединение обмоток треугольником реализуется посредством специальных металлических перемычек, как правило, входящих в комплектацию оборудования.

Объединение в одной общей точке: подключение звезда

Концы обмоток статора соединены вместе в одном пункте. Трехфазное напряжение поступает на начало обмоток. Значение пусковых токов при соединении треугольник более мощное. Соединение звезда означает сводку концов обмотки статора. Напряжение поступает на начала каждой обмотки.

Обмотки соединяются последовательно замкнутой ячейкой, образуют треугольное соединение. Ряды контактов с клеммами расположены параллельно по отношению друг к другу. Например, начало вывода 1 находится напротив конца 1. Питание сети подаётся на статорные обмотки, создавая вращения магнитного поля, приводящее к движению ротора. Крутящийся момент, возникающий после подключения трехфазного электродвигателя, является недостаточным для пуска. Увеличение вращающего элемента достигается при помощи использования дополнительного элемента. Например, трехфазного частотника, подключенного к асинхронному двигателю на рисунке ниже.

Чертеж подсоединения классического частотного преобразователя звездой

По данной схеме подсоединяются отечественные моторы 380 вольт.

Разница между соединением обмотки в треугольник и звезду

Основная разница заключается в том, что, используя одну питающую сеть, можно достигать разных параметров электрического напряжения и тока в приборе или аппарате. Конечно, данные способы соединения отличаются реализацией, но важна именно физическая составляющая отличия.

Применение способа соединения треугольник, зачастую используется в случаях мощных механизмов и больших пусковых нагрузок. Имея большие показатели тока, протекающего по обмотки, двигатель получает большие показатели ЕДС самоиндукции, что в свою очередь гарантирует больший вращающий момент. Имея большие пусковые нагрузки и одновременно используя схему соединения звезда, можно нанести урон двигателю. Это связано с тем, что двигатель имеет меньшие значение тока, что приводит к меньшим показателям величины вращающегося момента.

Момент пуска такого двигателя и выход его на номинальные параметры может быть продолжительным, что может привести к тепловому воздействию тока, которые во время коммутации может превышать номиналы тока в 7-10 раз.

Как снизить пусковые токи электродвигателя?

Явление значительного повышения пусковых токов при запуске высокомощных устройств, подсоединенных по схеме Δ, приводит в сетях с перегрузкой к кратковременному падению напряжения ниже допустимого значения. Все это объясняется особой конструкцией асинхронного электродвигателя, у которого ротор с большой массой обладает высокой инерционностью. Поэтому на начальном этапе работы мотор перегружается, особенно это актуально для роторов центробежных насосов, турбинных компрессоров, вентиляторов, станочного оборудования.

Чтобы снизить влияние всех этих электротехнических процессов, используют подключение электродвигателя «звездой» и «треугольником». Когда двигатель набирает обороты, ножи специального переключателя (пускателя с несколькими трехфазными контакторами) переводит обмотки статора со схемы Y на Δ.

Для реализации смены режимов кроме пускателя нужно специальное реле времени, благодаря которому происходит временная задержка 50-100 мс при переключении и защита от трехфазного короткого замыкания.

Сама процедура использования комбинированной схемы Y/ Δ эффективно помогает уменьшить пусковые токи мощных трехфазных агрегатов. Происходит это следующим образом:

При подаче напряжения 660 В по схеме «треугольник», каждая обмотка статора получает 380 В (√3 раза меньше), а, следовательно, по закону Ома, в 3 раза уменьшается сила тока. Поэтому при запуске в свою очередь в 3 раза снижается мощность.

Но такие переключения возможны только для моторов с номинальным напряжением 660/380 В при включении их в сеть с такими же значениями напряжения.

Опасно подключать электродвигатель с номинальным напряжением 380/220 В в сеть 660/380 В, его обмотки могут быстро перегореть.

И также помните, что вышеописанные переключения недопустимо применять для электромоторов, у которых на валу размещена нагрузка без инерции, к примеру, вес лебедки или сопротивление поршневого компрессора.

Для такого оборудования устанавливают специальные трехфазные электрические двигатели с фазным ротором, где реостаты уменьшают значение токов при пуске.

Чтобы изменить направление вращения электромотора, необходимо сменить местами две любые фазы сети при любом типе подключения.

Для этих целей при эксплуатации асинхронного электродвигателя применяют специальные электроаппараты ручного управления, к которым относятся реверсивные рубильники и пакетные переключатели или более модернизированные приборы дистанционного управления — реверсивные электромагнитные пускатели (рубильники).