Підключення зірки. Асинхронні електродвигуни - з'єднання «зіркою» та «трикутником

З'єднання обмоток генератора зіркою або трикутником дозволяє зменшити кількість проводів, що з'єднують генератор з приймачем, з шести при незв'язаній системі до чотирьох або трьох.

Рисунок 12.4 З'єднання обмоток генератора зіркою

При з'єднанні зіркою (рис. 12.4) до початку обмоток генератора А, В, Сприєднують три лінійні дроти (жовтий, зелений, червоний), що йдуть до приймача. Кінці обмоток X, У, Zоб'єднують у вузол, званий нейтраллю генератора або його нейтральною точкою N. У чотирипровідній системі до нейтралі генератора приєднується нейтральний провід(Синій). У трипровідній системі він відсутній.

Струми, що протікають по лінійних дротах, називаються лінійними струмами I л. Так як у схемі з'єднання зіркою лінійний провід включений послідовно з фазою лінійний струмдорівнюватиме фазному.

Напруги між лінійними та нейтральними проводаминазиваються фазним напруженням : u A , u B та u C . Фазна напруга відрізняється від фазної ЕРС на падіння напруги в обмотці генератора.

Надалі вважатимемо, що падіннями напруги у фазах генератора можна знехтувати тобто. прийняти u A = e A , u B = e B та u C = e C або вважати що задані напруги u A , u B та u C . Напруги між лінійними проводами називаються лінійними : u AB , u BC та u CA . Позитивний напрямок напруги вказується порядком запису індексів, наприклад, позитивний напрямок напруги u AB від точки А до точки B (рис. 12.4).

Миттєві значення фазної напруги рівні різницям миттєвих значень потенціалів початку і кінців відповідних обмоток:

u A = φ A - φ X , u B = φ B - φ Y , u C = φ C - φ Z

Миттєві значення лінійної напруги рівні різницям миттєвих значень потенціалів почав відповідних обмоток, тобто.

u AB = φ A - φ B , u BC = φ B - φ C , u CA = φ C - φ A(12.5)

Кінці обмоток з'єднані у вузол, тому їх потенціали однакові φ x = φ y = φ z .

Миттєве значення лінійної напруги між проводами A та B

За аналогією для двох інших лінійних напруг можемо написати

u BC = u B - u C; u CA = u C - u A .

Рис. 12.5 Векторна діаграма фазної та лінійної напруги при з'єднанні обмоток генератора зіркою

Отже, можна стверджувати, що миттєве значення будь-якої лінійної напруги дорівнює алгебраїчної різниці миттєвих значень відповідних фазних напруг. Аналогічно за символічного запису будь-яке комплексне лінійна напругаі різниці відповідних фазних комплексних напруг, тобто.

На векторній діаграмі (рис. 12.5) зображено три вектори фазної напруги

Вектор будь-якої лінійної напруги дорівнює різниці відповідних векторів фазної напруги. З векторної діаграми(рис. 12.5) видно, що вектори двох суміжних фазних напруг і вектор відповідної лінійної напруги, наприклад, вектори утворюють замкнутий трикутник. При симетричній системінапруг діючі значення фазної напруги рівні одне одному, тобто. U A = U B = U C = U Ф, і значення лінійних напруг, що діють, однакові, тобто. U AB = U BC = U CA = U Л. Тому трикутник рівнобедрений і має кути 30, 30 та 120 градусів. З трикутника знаходимо, що

тобто. лінійна напруга у √З разів більша за фазну напругу. Крім того, із рис. 12.5 слід, що зірка векторів лінійної напруги повернена на 30° у бік обертання векторів щодо зірки векторів фазної напруги.

Алгебраїчна сума лінійної напруги завжди дорівнює нулю. Справді, взявши до уваги вираз 12.5, можна написати

У симетричній трифазної системидорівнює нулю та сума фазних напруг:

як і сума фазних ЕРС (рис. 12.2)

У цьому можна переконатися, склавши відповідні вектори, як це показано для фазної напруги на рис. 12.5.

Трифазна система з'єднана в зірку набула найбільшого поширення, тому що в ній можна отримати на навантаженні одночасно дві напруги лінійне (√З * фазне, наприклад 220* √З = 380 в) іфазне (наприклад 220 в). При цьому навантаження може бути як трифазним так і однофазним, симетричним і не симетричним.

При з'єднанні обмоток зіркою кінці обмоток X, Y, Z з'єднуються в одну точку, яку називають нульовою точкою або нейтраллю генератора (рис. 7-5). У чотирипровідній системі до нейтралі приєднується нейтральний або нульовий провід. До початків обмоток генератора приєднуються три лінійні дроти.

Напруги між початками і кінцями фаз, або, що те ж, напруги між кожним з лінійних проводів і нульовим називаються фазними напругами і позначаються або в загальному вигляді

Нехтуючи падінням напруги в обмотках генератора, можна вважати фазні напруги рівними відповідним е. д. с., індукованим в обмотках генератора.

Напруги між початками обмоток, або, що те саме, між лінійними проводами, називаються лінійними напругами і позначаються або в загальному вигляді

Встановимо співвідношення між лінійними та фазними напругами при з'єднанні обмоток генератора зіркою.

Рис. 7-5. Схема з'єднання обмоток генератора зіркою.

Рис. 7-6. Векторна діаграма напруги трифазного ланцюга.

Так як кінець першої фази X з'єднаний не з початком другої фази, а з кінцем її Y, що аналогічно до зустрічного з'єднання двох джерел е. д. с. при постійному струмі, то миттєве значення лінійної напруги між проводами А і буде дорівнює різниці відповідних фазних напруг, тобто.

аналогічно миттєві значення інших лінійних напруг

Таким чином, миттєве значення лінійної напруги дорівнює алгебраїчної різниці миттєвих значень відповідних фазних напруг.

Так як змінюються за синусоїдальним законом і мають однакову частоту, то і лінійні напруги будуть змінюватися синусоїдально, причому діючі значення лінійних напруг можна визначити з векторної діаграми (рис. 7-6):

Зі сказаного слід, що вектор лінійної напруги дорівнює різниці векторів відповідних фазних напруг.

Фазна напруга зсунута одна від одної на 120°. Для визначення вектора лінійної напруги з вектора напруги потрібно геометрично відняти вектор , або, що те, додати рівний за величиною і зворотний за знаком вектор - .

Аналогічно вектор лінійної напруги отримаємо як різницю векторів напруг і вектор лінійної напруги як різницю векторів та ОА.

Опускаючи перпендикуляр з кінця довільно взятого вектора фазної напруги, наприклад на вектор лінійної напруги отримаємо прямокутний трикутник ОНМ, з якого випливає, що

Рис. 7-7. Векторна діаграма напруги при з'єднанні обмоток генератора зіркою.

З векторної діаграми (рис. 7-6) і останньої формули випливає, що значення лінійної напруги, що діє, в раз більше чинного значенняфазної напруги і що лінійна напруга на 30° випереджає фазну напругу; на такий же кут лінійна напруга випереджає фазну напругу та напругу - фазну напругу

Сумежні, лінійні напруги зсунуті один щодо одного на такі ж кути (120°), як і суміжні фазні напруги. Зірка векторів лінійної напруги повернута в позитивний бікщодо зірки векторів фазної напруги на кут 30°.

Необхідно звернути увагу на те, що отримані співвідношення між лінійними та фазними напругами мають місце лише за симетричної системи напруг.

Так як вектори лінійних напруг визначаються як різниці векторів фазної напруги, то, з'єднавши кінці векторів фазної напруги, що утворюють зірку, отримаємо трикутник векторів лінійних напруг (рис. 7-7).

Приклад 7-1. Визначити лінійну напругу генератора, якщо фазна напруга його 127 та 220 В.

Якщо фазна напруга 220 В, то

У промисловості та побуті широко поширені асинхронні двигуни, які живляться безпосередньо від трифазної мережі зі змінною напругою. У статорі подібного двигуна розташовані три обмотки, зміщені один щодо одного на 120 градусів - це зроблено для того, щоб створювати однакове магнітне поле в будь-якій точці кола навколо статора. Для підключення таких електродвигунів використовується дві основні схеми: підключення зіркою та трикутником. Давайте докладніше розглянемо кожен із цих видів підключення. Для наочності, позначимо початок кожної з трьох обмоток U1, V1, W1, які кінці – U2, V2, W2 відповідно.

Щоб реалізувати підключення мотора за схемою «зірка», необхідно з'єднати всі кінці обмоток U2, V2, W2 в одній точці, а на входи кожної з обмоток подавати по одній фазі трифазної мережі.

Щоб підключити двигун за схемою «трикутник», необхідно до початку першої обмотки U1 приєднати кінець другої V2, до початку другої обмотки V1 – кінець третьої обмотки W2, а початок третьої обмотки W1 до кінця першої U2. До місць, де з'єднуються обмотки, підключаються фази мережі живлення.

Важливо правильно вибрати схему підключення для конкретного двигуна, інакше не можна отримати від нього необхідної потужності, а окремих випадках - навіть вивести мотор з ладу.

Кожна з цих схем підключення асинхронного електродвигуна до мережі має свої плюси, так і недоліки. Наприклад, мотор, підключений зіркою, запускається дуже плавно, і може працювати з невеликим навантаженням без шкоди самого двигуна. Однак максимальна паспортна потужність електроприводу в такому разі недосяжна – двигун видаватиме до 70% своєї номінальної потужності.

Підключення трикутником дозволяє досягати паспортної потужності, однак за такої схеми підключення пускові струми досягають значних величин. До того ж відмічено, що при підключенні трикутником електродвигун нагрівається під час роботи, що зменшує термін його служби.

Щоб мінімізувати мінуси та повністю реалізувати плюси кожної із схем, була придумана система автоматичної зміни схеми підключення. Тобто, асинхронний електродвигун запускається за схемою «зірка», а при виході на свою номінальну обертання переключається на схему «трикутник» і виходить на свою паспортну потужність. Реалізується така зміна схеми підключення за допомогою магнітних пускачів або пускових реле часу. Також це можна зробити за допомогою пакетного перемикача, але в цьому випадку потрібно стежити за роботою двигуна, щоб переключити його в потрібний момент.

Трифазний електродвигун - це електрична машина, призначена для роботи в змінного струму. Такий двигун складається зі статора та ротора. Статор має три обмотки, зрушені сто двадцять градусів. При появі ланцюга обмоток трифазної напруги на полюсах утворюються магнітні потоки, відбувається обертання ротора. Електродвигуни бувають синхронними та асинхронними. Трифазні отримали широке застосування у промисловості та у побуті. Такі двигуни бувають одношвидкісними, у такому разі обмотки двигуна з'єднують за схемою «зірка» або «трикутник», і багатошвидкісними. Останні агрегати, що перемикаються, в такому випадку відбувається перехід з однієї схеми підключення на іншу.

Трифазні електродвигуни поділяють за схемами з'єднання обмоток. Існує дві схеми підключення – з'єднання «зіркою» та «трикутником». Підключення обмоток двигуна за типом «зірка» є з'єднанням кінців обмоток двигуна в одну точку (нульовий вузол): виходить додатковий висновок - нульовий. Вільні кінці підключаються до фаз мережі електричного струму 380 В. Зовні таке підключення нагадує трикінцеву зірку. На фото показана наступна схема: з'єднання «зіркою» і «трикутником». Підключення обмоток електродвигуна за типом «трикутник» є обмоток: кінець першої з'єднують з початком другої обмотки, кінець другої - з початком третьої, а кінець третьої з початком першої. На вузли з'єднання обмоток подається трифазна напруга. За такого підключення обмоток нульовий висновок відсутній. Зовні воно нагадує трикутник.

З'єднання «зіркою» і «трикутником» однаково поширені, вони мають значних відмінностей. Для з'єднання обмоток типу «зірка» (при роботі двигуна в номінальному режимі) має бути більше, ніж при підключенні типу «трикутник». Тому в характеристиках трифазного двигунавказують наступним чином: 220/380 або У разі необхідності підключення електродвигуна до мережі 380 В з номінальним обмотки потрібно з'єднувати за типом «зірка», а номінальною напругоюдвигуна буде 380/660 В (на кшталт «трикутник»).

Слід зазначити, що часто використовується комбіноване підключення «зіркою» та «трикутником». Це робиться з метою більш плавного запуску електродвигуна. При пуску використовується підключення типу "зірка", а потім за допомогою спеціального реле відбувається перемикання на "трикутник", таким чином зменшується пусковий струм. Подібні схеми рекомендується використовувати для запуску електродвигунів великої потужності, що потребують великого пускового струму. Важливо пам'ятати, що при цьому пусковий струм перевищує номінальний у сім разів.

Існують інші комбінації при підключенні електродвигунів, наприклад з'єднання «зіркою» і «трикутником» може замінюватися подвійний, потрійний «зіркою», а також іншими варіантами підключення. Такі способи застосовують для багатошвидкісних (двох-, чотирьох-і т. д.) електродвигунів.