Как изменится ток двигателя при переключении с треугольника на звезду

Расчет мощности двигателя при схеме соединения звезда-треугольник

В этой статье я хотел бы рассказать как изменяется мощность двигателя при схеме соединения обмоток звезда – треугольник и наоборот.

В связи со спецификой своей работы я сталкиваюсь с ремонтов различных асинхронных двигателей и в большинстве случаев выход из строя двигателя происходит при неправильном переключении обмоток двигателя, так как люди не понимают, как изменяется мощность двигателя при переключении с треугольника на звезду и обратно, и как это может отразится на работоспособности самого двигателя.

Определение мощности при схеме соединения звезда

Известно [Л1. с. 34], что при соединении в звезду линейные токи Iл и фазные токи Iф равны между собой, при этом между фазным Uф и линейным напряжением Uл существует соотношение, где Uл = √3*Uф , в результате Uф = Uл/√3.

Исходя из этого, полная мощность определяется через линейные величины:

Определение мощности при схеме соединения треугольник

При схеме соединения в треугольник, фазные и линейные напряжения равны между собой Uл = Uф, при этом между токами существует соотношение: Iл = √3*Iф, в результате Iф = Iл/√3.

Исходя из этого, полная мощность определяется, как:

Для определения активной и реактивной мощности используются формулы:

Из-за того что формулы для схемы соединения звезды и треугольника имеют одинаковый вид, у мало опытных инженеров происходят недоразумения, будто вид соединения безразличен и ни на что не влияет.

Рассмотрим на примере, на сколько ошибочные данные утверждения. В данном примере будем рассматривать электродвигатель типа АИР90L2, который имеет две схемы подключения ∆/Y, технические характеристики двигателя:

  • коэффициент мощности cosφ = 0,84;
  • коэффициент полезного действия, η = 78,5%;

Определяем ток двигателя при напряжении 380 В и схеме соединения треугольник, мощность при таком соединении составляет 3 кВт:

Теперь соединим обмотки двигателя в звезду. В результате на фазную обмотку пришлось на 1,73 раза более низкое напряжение Uф = Uл/√3, соответственно и ток уменьшился в 1,73 раза, но так как при соединении в треугольник Uл = Uф, а линейный ток был в 1,73 раза больше фазного Iл = √3*Iф, то получается, что при соединении в звезду, мощность уменьшится в √3*√3 = 3 раза, соответственно и ток уменьшиться в 3 раза.

Из всего выше изложенного можно сделать, следующие выводы:

1. При переключении двигателя со звезды на треугольник, мощность двигателя увеличивается в 3 раза и наоборот. Использовать данные переключения, можно если схемы подключения двигателя позволяет выполнять переключения ∆/Y, в противном случае, двигатель может сгореть, когда Вы будете выполнять переключение со звезды на треугольник.

2. Как Вы уже поняли, используя схему переключения обмоток двигателя со звезды на треугольник, мы уменьшаем пусковые токи при пуске двигателя на пониженном напряжении, а затем его повышаем до номинального. Когда обмотки двигателя соединены в звезду, к каждой из них подводиться напряжение меньше номинального в 1,73 раза. В процессе пуска, двигатель увеличивает скорость вращения и ток снижается. В это время происходит переключение на треугольник.

Обращаю Ваше внимание, что двигатели, которые недогружены, работают с очень низким cosφ. Поэтому рекомендуется заменить недогруженный двигатель, на двигатель меньшей мощности. Если же у недогруженного двигателя, запас мощности велик, то cosφ можно поднять путем переключения обмоток с треугольника на звезду без риска перегреть двигатель.

Читайте также:  Дымный выхлоп дизельного двигателя при запуске

Как мы видим ничего сложного нету в определении мощности при схеме звезда и треугольник.

1. Звезда и треугольник. Е.А. Каминский, 1961 г.

Источник

Что такое «звезда» и «треугольник» в электродвигателе

Понятия «звезда» и «треугольник» неразрывно связаны с системами трёхфазного переменного тока, и начинающие электрики или люди далёкие от электричества не понимают значения этих слов и практического различия этих параметров. В этой статье мы поговорим о том, что такое звезда и треугольник в электродвигателе.

Теория и схемы

Чтобы избежать путаницы давайте рассматривать этот вопрос на примере трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором как самого распространенного из электрических машин в быту и на производстве. Как правило, у такого двигателя 3 обмотки, также встречаются многоскоростные двигатели и там количество обмоток больше трёх, но кратное этому числу.

У каждой обмотки есть начало и конец, а на схеме начало обмотки обычно обозначается точкой.

Но питающих провода в трёхфазной сети у нас 3 или 4. Отсюда возникает вопрос: «Как правильно соединить шесть концов обмоток с тремя питающими проводами?». Вот здесь как раз и всплывают эти «геометрические фигуры» — звезда и треугольник.

Итак, звезда и треугольник – это названия схем соединения потребителей в трёхфазной электросети как обмоток электродвигателей, трансформаторов, так и любой другой нагрузки.

«Звезда»

При соединении обмоток звездой к началам обмоток присоединяют питающие провода (на схемах обозначены цветами), а концы обмоток соединяют между собой в одну точку , при этом подключение нулевого проводника в точку соединения концов обмоток необязательно так как это симметричная нагрузка. В свою очередь, точка соединения концов обмоток также называется нейтралью.

Есть два варианта представления этого соединения на электрических схемах, как в наглядном виде, действительно напоминающем трёхлучевую звезду (А), так и в более классическом для схем представлении (Б). Вас не должно смущать это отличие, когда вы читаете схему.

«Треугольник»

По схеме треугольника начало следующей и конец предыдущей обмотки соединяются между собой, то есть: конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй обмотки соединяется с началом третьей, а конец третьей с началом первой обмотки, а питающие провода подключаются к точкам соединения обмоток.

Итого у нас получается три точки соединения начал и концов обмоток и, соответственно, возможно подключение только трёх питающих фазных проводов без нулевого.

На схеме такое соединение также может быть нарисовано по-разному — наглядным и похожим на треугольник, или в горизонтальном или вертикальном исполнении.

Если говорить о подключении другой нагрузки, не относящейся к трансформаторам и электроприводу, то понятия «начало» и «конец» там нет, поэтому провода подключаются произвольно, но с сохранением логики соединения этих схем.

Мощность, ток и напряжение

Всем известно, что в электросети есть два напряжения: фазное — 220В и линейное — 380В. Здесь линейное напряжение больше фазного в 1.73 раза (корень квадратный из 3). Дело в том, что вторичная обмотка питающего трансформатора соединяется звездой и между фазой и нейтралью получаются те самые 220В, а между двумя разноименными фазами — 380В.

Но это справедливо не только для питающей сети, но и при распределении напряжения между потребителями. Поэтому давайте рассмотрим подробнее схему соединения обмоток звездой — как в ней распределяются токи и напряжения.

Как мы уже отметили выше в «звезде» есть два напряжения — фазное (Uф) и линейное (Uл), и при этом они соотносятся следующим образом:

Читайте также:  Схема смазки двигателя опель омега

Токи также бывают фазными и линейными, и в схеме звезды они равны .

В «треугольнике» дела обстоят подобным образом, но здесь, наоборот — линейное (Uл) и фазное (Uф) напряжения равны, но при этом линейный ток превышает фазный в 1,73 раза.

На рисунке выше важно выделить, что при соединении обмоток звездой на каждую обмотку приходится напряжение в 1.73 раза меньше линейного напряжения в питающей сети, то есть для 380В – 220, для 220В – 127, для 660 — 380 вольт. Запомните это, чуть позже мы вернемся к этому вопросу.

Формулы мощности для цепей соединенной по схеме звезды и по схеме треугольника не отличаются.

· полная S = 3*Sф = 3*(Uл/√3)*I = √3*Uл*I;

· активная P = √3*Uл*I*cos φ;

· реактивная Q = √3*Uл*I*sin φ.

Практика – для чего нужны эти схемы

Большинство электриков работают с электрическими сетями напряжением 220/380 вольт, поэтому давай рассмотрим, какую схему соединения обмоток выбрать для подключения электродвигателя к такой электросети.

Трёхфазные асинхронные двигатели по способу подключения к электросети условно можно разделить на 2 больших группы: с возможностью изменения схемы соединения обмоток и без неё.

В первом случае на клеммник в брно электродвигателя выведено 6 проводов, и вы можете, в зависимости от напряжения в электросети, к которой подключаете выбрать нужную схему соединения обмоток.

При этом обмотки соединяются в ту или иную схему с помощью медных шинок (или перемычек из провода, если шины потеряли), клеммы расположены таким образом, что с помощью всего трёх перемычек может быть собрана нужная схема (см. рисунок ниже).

Хоть и это должен помнить и знать каждый электрик, тем не менее производители зачастую отливают либо же клеят этикетку с указанием положения перемычек для каждой из схем на крышке брно.

Если же в брно выведено всего 3 провода, то обмотки двигателя уже соединены по какой-то схеме внутри его корпуса, и для переключения звезды и треугольника нужно вскрывать корпус, искать концы обмоток, разъединять их и соединять так, как вам нужно. Но это скорее процедура из «народного хозяйства», нежели часто встречающаяся производственная необходимость.

Какую схему выбрать и какая лучше?

Итак, как соединить обмотки звездой и треугольником мы разобрались, но здесь как раз и начинается «все самые интересные вопросы», причем эти вопросы у людей возникают чаще всего либо при подключении трёхфазного двигателя к однофазной сети, либо при подключении двигателя к частотному преобразователю с однофазным входом и линейными 220В на выходе и в других ситуациях.

Возможность изменения схемы соединения обмоток нужна для того, чтобы один и тот же двигатель мог эксплуатироваться в электросетях с различным напряжением.

Какую схему лучше выбрать? Вопрос не корректный, нужно соединять обмотки в ту схему, номинальное напряжение которой соответствует напряжению в электросети. Эта информация указана на шильдике электродвигателя.

Если на шильдике вашего двигателя указано как на фото выше «Δ/Y 220/380» — это значит что если линейное напряжение в питающей сети 220В – нужно соединять обмотки треугольником, если 380В – звездой. Если вы будете его подключать к однофазной сети 220В с конденсаторами – обмотки также соединяются треугольником.

Если на шильдике указано только одно напряжение и значок схемы (см. рисунок ниже), то возможности изменить схему соединения нет, и в брно, скорее всего, выведено будет 3 провода.

Встречаются и двигатели, которые в сети 380В работают, соединенными по схеме треугольника, схема звезды в этом случае рассчитана на работу в сети 660В, что вы можете наблюдать на следующей фотографии.

Читайте также:  Как заводился двигатель ме 109

Но зачастую такие двигатели используются для пуска с переключением со звезды на треугольник, это делают для понижения пусковых токов.

660В – это линейное напряжение в схеме звезды, а 380В – фазное, то есть каждая из обмоток такого двигателя рассчитана на 380В. Это наглядно показано на рисунке «Распределение токов и напряжений между элементами цепи схемах звезды и треугольника» приведенного в первой половине статьи.

В этом случае напряжение 380В подаётся сначала на обмотки соединенные по схеме звезды, так как номинальное напряжение для этой схемы 660В двигатель в момент пуска питается от пониженного напряжения и к каждой из обмоток прикладывается всего по 220В.

Когда обороты двигателя возрастают, происходит переключение на треугольник. И уже к каждой обмотке прикладываются их номинальные 380В.

Схема подключения электродвигателя с переходом со звезды на треугольник при пуске

Что будет если перепутать звезду и треугольник?

Чтобы ответить на этот вопрос вспомним формулы мощности трёхфазной нагрузки:

Для упрощения представим, что у нас есть сеть с каким-то определенным напряжением, пусть это будет 220/380 вольт, а также есть 3 лампы накаливания с номинальным напряжением 220В. И еще раз посмотрим на рисунок с распределением напряжений и токов в звезде и треугольнике.

Так как линейное напряжение у нас 380В, а в «звезде» фазное в 1.73 раза ниже линейного, то делаем вывод, что для работы в номинальном режиме нужно подключить эти лампочки звездой, тогда к каждой из них будет приложено 220В.

Теперь соединим их в треугольник, и что получится? Первое что бросается в глаза – к каждой лампе приложено уже 380В вместо 220В номинальных.

Несложно догадаться, что в этом случае наши лампочки просто сгорят, то же самое произойдет и с обмоткой двигателя.

Что при этом происходит с мощностью?

Если питающее напряжение и нагрузка неизменны, то при переключении со звезды на треугольник мощность, выделяемая на этой самой нагрузке, возрастёт в 3 раза. Это происходит потому, что напряжение на каждой лампе увеличилось в 1.73 раза, за ним настолько же вырос и ток.

Формулы для вычисления мощности в обоих случаях одинаковые, но цифры в них различаются, давайте проведем 1 расчет для примера.

Допустим, ток нагрузки в схеме звезды у нас был 1А, тогда полная мощность в звезде равна:

При этом мощность одной лампы в этом случае равна 220 ВА.

В треугольнике к каждой лампе приложено напряжение в 1.73 раза выше – 380В, соответственно и ток через лампу (фазный ток) возрастет на столько же. При этом не забывайте, что линейный ток в звезде и так будет в 1.73 раза больше, чем фазный. Найдем полную мощность по трём фазам:

S=√3*Uл*Iл=1.73*380В*(1.73А*1.73) = 1.73*380В*3А=1972 ВА

А на одной лампе выделится мощность равная:

Но это не значит, что при соединении по схеме треугольника двигатель будет выдавать в 3 раза большую мощность, при питании от номинального для этой схемы напряжения двигатель будет выдавать свою номинальную мощность.

Небольшое отступление от автора — я неоднократно сталкивался с фразами на форумах типа «на треугольнике двигатель работает мягче», «на звезде лучше тянет» или подобные. Однако эти фразы не несут за собой подкрепления какими-либо техническими или научными комментариями. И мне так и не удалось найти, откуда это пошло и почему, никто объяснить так и не смог (если вы можете аргументировано ответить о причинах таких высказываний – пишите об этом в комментариях, интересно почитать).

Источник

Adblock
detector