Питание асинхронного электродвигателя происходит от трехфазной сети с переменным напряжением. Таковой мотор, при обычный схеме подключения, обустроен 3-мя обмотками, расположенными на статоре. Любая обмотка имеет сдвиг друг относительно друга на угол 120 градусов. Сдвиг на таковой угол предназначен для сотворения вращения магнитного поля.
Концы фазных обмоток электродвигателя выведены на специальную «колодку». Выполнено это с целью удобства соединения. В электротехнике применяют главных 2 способа подключения асинхронных электродвигателей: способом соединения “треугольника” и способ “звезды”. При соединении концов используют специально созданные для этого перемычки.
Различия между «звездой» и «треугольником»
Исходя из теории и практических познаний основ электротехники, метод подключения «звезда», позволяет электродвигателю работать плавнее и мягче. Но при всем этом данный метод не позволяет выйти движку на всю мощность, представленную в технических свойствах.
Соединив фазные обмотки по схеме «треугольник», мотор способен стремительно выйти на наивысшую рабочую мощность. Это позволяет применять по полной КПД электродвигателя, согласно техпаспорта. Но у таковой схемы соединения есть свой недочет: огромные пусковые токи. Для уменьшения значения токов используют пусковой реостат, позволяя выполнить более плавный запуск мотора.
Соединение «звездой» и его достоинства
Реверсивная схема мотора 380 на 220 Вольт
Любая из 3-х рабочих обмоток электродвигателя имеет два вывода – соответственно начало и конец. Концы всех 3-х обмоток соединяют в одну общую точку, так именуемую нейтраль.
При наличии нейтрального провода в цепи схему именуют 4-х проводной, в неприятном случае, она будет считаться 3-х проводной.
Начало выводов присоединяют к подходящим фазам питающей сети. Приложенное напряжение на таких фазах составляет 380 В, пореже 660 В.
Главные достоинства использования схемы «звезда»:
- Устойчивый и долгий режим безостановочной работы мотора;
- Завышенная надежность и долговечность, за счет понижения мощности оборудования;
- Наибольшая плавность запуска электрического привода;
- Возможность воздействия краткосрочной перегрузки;
- В процессе использования корпус оборудования не перегревается.
Существует оборудование с внутренним соединением концов обмоток. На колодку такового оборудования будет выведено всего только три вывода, что не позволяет применить другие способы соединения. Выполненное в таком виде электрическое оборудование, для собственного подключения не просит грамотных профессионалов.
Подключение трехфазного мотора к однофазовой сети по схеме звезда
Соединение «треугольником» и его достоинства
Принцип соединения «треугольник» заключается в последовательном соединении конца обмотки фазы А с началом обмотки фазы В. И далее по аналогии – конец одной обмотки с началом другой. В конечном итоге конец обмотки фазы С замыкает электрическую цепь, создавая неразрывный контур. Данную схему можно именовать было кругом, если б не структура монтирования. Форму треугольника кидает эргономичное размещение соединения обмоток.
При соединении «треугольником» на каждой из обмоток, находится линейное напряжение равное 220В либо 380В.
Главные достоинства использования схемы «треугольник»:
- Повышение до наибольшего значения мощности электрического оборудования;
- Внедрение пускового реостата;
- Завышенный крутящийся момент;
- Огромные тяговые усилия.
Недочеты:
- Завышенный ток запуска;
- При долговременной работе мотор сильно нагревается.
Способ соединения обмоток мотора «треугольником» обширно применяется при работе с сильными механизмами и наличия больших пусковых нагрузок. Большой крутящий момент создается за счет роста характеристик ЭДС самоиндукции, вызванных протекающими большенными токами.
Подключение трехфазного мотора к однофазовой сети по схеме треугольник
Тип соединения «звезда-треугольник»
В сложных механизмах, часто применяется комбинированная схема «звезда-треугольник». При таком переключении резко растет мощность, и если мотор по техническим чертам не предназначен для работы по способу «треугольника», то он перегреется и сгорит.
Движки с завышенной мощностью владеют большенными пусковыми токами, и как следствие при пуске нередко вызывают перегорание предохранителей, отключению автоматов. Для понижения линейного напряжения в обмотках статора используют автотрансформаторы, универсальные дросселя, пусковые реостаты либо соединение типа «звезда».
Схемы подключения звездой и треугольником
В данном случае напряжение на соединении каждой обмотки будет в 1,73 раза меньше, поэтому, будет меньше и протекающий в этот период ток. Далее происходит повышение частоты и продолжение понижения показания тока. Тогда применяя релейно-контактную схему, произойдет переключение со «звезды» на «треугольник».
В конечном итоге, используя данную комбинацию, получим наивысшую надежность и эффективную продуктивность применяемого электрооборудования, не опасаясь вывести ее из строя.
Переключение «звезда-треугольник» допустимо для электродвигателей с облегченным режимом запуска. Этот способ неприменим, если нужно снизить ток запуска и сразу не снижать большой пусковой момент. В данном случае используют мотор с фазным ротором с пусковым реостатом.
Соединение звездой
Если фазные обмотки генератора либо потребителя соединить так, дабы концы обмоток были соединены в одну общую точку, а начала обмоток присоединены к линейным проводам, то такое соединение именуется соединением звездой и обозначается условным знаком Y. На рис. 1 обмотки генератора и потребителя соединены звездой. Точки, в каких соединены концы фазных обмоток генератора либо потребителя, именуются соответственно нулевыми точками генератора (0) и потребителя (0’). Обе точки 0 и 0’ соединены проводом, который именуется нулевым, либо нейтральным проводом. Другие три провода трехфазной системы, идущие от генератора к потребителю, именуются линейными проводами. Таким макаром, генератор соединен с потребителем 4-мя проводами. Потому эта система именуется четырехпроводной системой трехфазного тока.
Рис. 1. Соединение звездой
Сравнивая несвязанную и четырехпроводную системы трехфазного тока, лицезреем, что в первом случае роль оборотного провода делают три провода системы, а во 2-м – один нулевой провод. По нулевому проводу протекает ток, равный геометрической сумме токов:
I A , I B и I C , т. е. Ī 0 = Ī A + Ī B + Ī C .
Напряжения, измеренные между началами фаз генератора (либо потребителя) и нулевой точкой (либо нулевым проводом), именуются фазными напряжениями и обозначаются U A , U B и U C , либо в общем виде U ф . Нередко задаются величины э.д.с. фазных обмоток генератора. Они обозначаются Е A , Е B и Е C , либо Е ф . Если пренебречь сопротивлениями обмоток генератора, то можно записать:
Е A = U A , Е В = U В , Е C = U С .
Напряжения, измеренные между началами 2-ух фаз: А и В, В и С, С и А – генератора либо потребителя, именуются линейными напряжениями и обозначаются U АВ , U ВС , U СА , либо в общем виде U л . На рис. 1 стрелки демонстрируют выбранное положительное направление тока, которое в линейных проводах принято от генератора к потребителю, а в нулевом проводе – от потребителя к генератору.
Если присоединить зажимы вольтметра к точкам А и В, то он покажет линейное напряжение U АВ . Так как положительные направления фазных напряжений U A , U B и U C выбраны от начал фазных обмоток к их концам, то вектор линейного напряжения U АВ будет равен геометрической разности векторов фазных напряжений U A и U B :
Ū AВ =Ū A — Ū В .
Аналогично можно записать:
Ū ВС =Ū В — Ū С ;
Ū СА =Ū С — Ū А .
По другому можно сказать, что секундное значение линейного напряжения равно разности моментальных значений соответственных фазных напряжений. На рис. 2 вычитание векторов заменено сложением векторов:
U A и — U B ; U В и — U С ; U С и — U А .
Из векторной диаграммы видно, что векторы линейных напряжений составляют замкнутый треугольник.
Рис. 2. Фазные и линейные напряжения при соединении звездой
Зависимость между линейным и фазным напряжениями:
U BС =2U B cos30 o , так как cos30 o =√3/2, то U BС =√3U B ,
либо в общем виде U л =√3U ф .
Поэтому, при соединении звездой линейное напряжение в √3 раз больше фазного напряжения.
Ток, протекающий по фазной обмотке генератора либо потребителя, именуется фазным током и обозначается в общем виде I ф . Ток, протекающий по линейному проводу, именуется линейным током и обозначается в общем виде I л . На рис. 1 видно, что при соединении звездой линейный ток равен фазному току, т. е.
I л =I ф .
Разглядим случай, когда нагрузка в фазах потребителя одинакова как по величине, так и по нраву. Такая нагрузка именуется равномерной, либо симметричной. Это условие выражается равенством
z 1 = z 2 = z 3 .
Нагрузка не будет равномерной, если, к примеру, z 1 = r 1 =0,5ом; z 2 =ωL 2 =0,5ом и z 3 =1/ωC 3 =0,5ом, так как тут выполнено только одно условие – равенство сопротивлений фаз потребителя по величине, в то время как нрав сопротивлений различен (r 1 — активное сопротивление, ωL 2 — индуктивное сопротивление, 1/ωC 3 — емкостное сопротивление).
При симметричной нагрузке
I А =U А /z А ; I В =U В /z В ; I С =U С /z С ; I А =I В =I С .
Фазные коэффициенты мощности вследствие равенства сопротивлений и одинаковости их нрава будут одинаковы:
cosφ 1 =r А /z А ; cosφ 2 =r B /z B ; cosφ 3 =r C /z C ; cosφ 1 =cosφ 2 =cosφ 3 .
В нулевом проводе должна протекать геометрическая сумма токов всех 3-х фаз. Если поглядеть на кривые конфигурации токов при симметричной нагрузке трехфазной системы, то увидим, что наибольшие значения для всех 3-х синусоид тока одинаковы. Так как при симметричной нагрузке сумма моментальных значений токов трехфазной системы равна нулю, поэтому, ток в нулевом проводе будет равен нулю.
Отбрасывая нулевой провод в четырехпроводной системе, перебегаем к трехпроводной системе трехфазного тока. Если имеется симметричная нагрузка, как, к примеру, трехфазные движки переменного тока, трехфазного тока, трехфазные печи, трехфазные трансформаторы и т. п., то к таковой нагрузке подводятся только три провода. Потребители, включенные звездой с несимметричной нагрузкой фаз, нуждаются в нулевом проводе.
При симметричной нагрузке фазные напряжения отдельных фаз равны между собой. При несимметричной нагрузке трехфазной системы симметрия токов и напряжений нарушается. Но в четырехпроводных цепях нередко третируют малозначительной несимметрией фазных напряжений. В этих случаях между линейными и фазными напряжениями существует зависимость
U л =√3U ф .
§60. Схема соединения «звездой»
При соединении фазных обмоток источника трехфазного тока (к примеру, генератора) по схеме «звезда с нулевым проводом» концы его 3-х обмоток соединяют в общий узел 0, который именуется нулевой точкой, либо нейтралью источника (рис. 206).
Рис. 206. Схема «звезда с нулевым проводом», направление в ней линейных и фазных токов и напряжений
Приемники электроэнергии объединяют в три группы ZA, ZB и Zc (фазы нагрузки), концы которых также соединяют в общий узел 0′ (нулевая точка, либо нейтраль нагрузки). Обмотки источника соединяют с фазами нагрузки 4-мя проводами. Провода 1, 2 и 3, присоединенные к началам фазных обмоток (А, В, С), именуют линейными. Провод 4, соединяющий нулевые точки 0 и 0′, именуют нулевым, либо нейтральным.
Напряжения uА, uв и uс между началами и концами обмоток отдельных фаз источника либо фаз нагрузки ZA, ZB и Zc именуют фазными. Они равны также напряжениям между каждым из линейных проводов и нулевым проводом. При отсутствии утраты напряжения в обмотках источника (при холостом ходе) фазные напряжения равны подходящим э. д. с. в этих обмотках.
Фазными токами iA, iB, ic именуют токи, протекающие по обмоткам источника либо фазам нагрузки ZA, ZB и Zc. Напряжения uAB, uBC, uCA между линейными проводами и токи, проходящие по этим проводам, именуют линейными.
Примем условно за положительное направление токов iA, iB и ic в фазах источника — от конца соответственной фазы к ее началу,в фазах нагрузки — от начала к концу, а в линейных проводах — от источника к приемнику.
Будем считать положительными напряжения uА, uB и uC в фазах источника и нагрузки, если они ориентированы от начала фаз к концам, а линейные напряжения uАВ, uBC, uСА — если они ориентированы от предшествующей фазы к последующей.
Из рис. 206 следует, что в схеме «звезда» линейные токи равны фазным, т. е. Iл = Iф, так как при переходе от фазы источника либо нагрузки к линейному проводу нет каких-то ответвлений.
Секундные значения напряжений согласно второму закону Кирхгофа:
Переходя от моментальных значений напряжений к их векторам, имеем:
Поэтому, линейное напряжение равно разности векторов соответственных фазных напряжений.
По приобретенным векторным уравнениям можно выстроить векторную диаграмму (рис. 207, а), которую можно конвертировать в диаграмму (рис. 207,б). Из этой диаграммы видно, что в симметричной трехфазной системе векторы линейных напряжений →uAB, →uВС, →uСА образуют равносторонний треугольник ABC, снутри которого размещена симметричная трехлучевая звезда фазных напряжений →uА, →uВ, →uС.
В равнобедренных треугольниках АОВ, ВОС и СОА основание равно Uл две другие стороны — Uф и острый угол между этими сторонами и основанием составляет 30°.
Рис. 207. Векторные диаграммы напряжений для схемы «звезда с нулевым проводом»
Таким макаром, в трехфазной системе, соединенной по схеме «звезда с нулевым проводом», линейное напряжение больше фазного в √З раз. Величина √З = 1,73 положена в базу шкалы номинальных напряжений переменного тока: 127, 220, 380 и 660 В. В этом ряду каждое следующее значение напряжения больше предшествующего в 1,73 раза.
В нулевом проводе проходит ток i0, секундное значение которого равно алгебраической сумме моментальных значений токов, проходящих в отдельных фазах: i0 = iA+iB+iC.
Переходя от моментальных значений токов к их векторам, имеем:
Векторы токов →iА, →iВ и →iС смещены относительно векторов соответственных напряжений →uA, →uB, →uС на углы →iA, →iB, →iC (рис. 208, а). Значения этих углов зависят от соотношения между активным и реактивным сопротивлениями, включенными в данную фазу.
На этой же диаграмме показано сложение векторов →iА, →iВ и →iC для определения вектора тока →i0. Обычно ток →i0 меньше токов
Рис. 208. Векторные диаграммы напряжений и токов в отдельных фазах для схемы «звезда с нулевым проводом» при неравномерной (а) и равномерной (б) нагрузках фаз
IA, 1В и IC в линейных проводах, потому нулевой провод имеет площадь поперечного сечения, равную либо даже несколько наименьшую площади сечения линейных проводов.
В схеме «звезда с нулевым проводом» приемники электроэнергии можно включать на два напряжения: линейное Uл (при подключении к двум линейным проводам) и фазное UФ (при подключении к нулевому и одному из линейных проводов).
Схема «звезда без нулевого провода».
При равномерной либо симметричной нагрузке всех 3-х фаз, когда во всех фазах включены однообразные активные и реактивные сопротивления (RA =RB = RC и ХA=ХВ=ХС), фазные токи iA, iB и iC будут равны по величине и смещены от соответственных фазных напряжений на равные углы. В данном случае получаем симметричную систему токов, при которой токи iA, iB, iC будут смещены по фазе друг относительно друга на угол 120°, а ток i0 в нулевом проводе в хоть какой момент времени равен нулю (рис. 208,б).
Разумеется, что при равномерной нагрузке можно удалить нулевой провод и передавать электрическую энергию источника к приемнику по трем линейным проводам 1, 2 и 3 (рис. 209).
Рис. 209. Схема «звезда без нулевого провода»
Такая схема именуется «звезда без нулевого провода». При трехпроводной системе передачи электроэнергии в каждое мгновение ток по одному (либо двум) проводу проходит от источника трехфазного тока к приемнику, а по двум другим (либо одному) протекает назад от приемника к источнику (рис. 210).
Рис 210. Кривые конфигурации токов в линейных проводах (а) при трехпроводной системе и направление в них токов в разные моменты времени (б в, г)
Векторная диаграмма напряжений для схемы «звезда без нулевого провода» при равномерной нагрузке фаз будет такая же, как и для схемы «звезда с нулевым проводом» (см. рис. 207).
Такими же будут и соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями:
Необходимо подчеркнуть, что схема «звезда без нулевого провода» может быть использована только при равномерной нагрузке фаз. Фактически это имеет место только при подключении к источникам трехфазного тока электрических движков, так как каждый трехфазный электродвигатель обеспечен 3-мя одинаковыми обмотками, которые умеренно нагружают все три фазы.
При неравномерной нагрузке напряжения на отдельных фазах нагрузки будут разными. На некоторых фазах (с наименьшим сопротивлением) напряжение уменьшится, а на других возрастет по сопоставлению с обычным, что является недопустимым.
Фактически неравномерная нагрузка фаз появляется при питании трехфазным током электрических ламп, так как в данном случае рассредотачивание тока между всеми 3-мя фазами не может быть гарантировано (отдельные лампы могут врубаться и выключаться в личном порядке). В особенности небезопасны в схеме «звезда без нулевого провода» обрыв либо куцее замыкание в одной из фаз.
Можно показать методом построения соответственных векторных диаграмм, что при обрыве в одной из фаз напряжение в других 2-ух фазах миниатюризируется до половины линейного, вследствие чего лампы, включенные в эти фазы, будут пылать с недокалом.
При маленьком замыкании в одной из фаз напряжение в других фазах возрастает до линейного, т. е. в √З раз, и все лампы, включенные в этих фазах, перегорят. Потому при схеме «звезда с нулевым проводом» во избежание разрыва цепи нулевого провода в ней не устанавливают предохранители и выключатели.
