Що таке “Трикутник” та “Зірка”?
Трифазні двигуни мають три незалежні обмотки. Статор двигуна утримує всі три обмотки в пазах статора. Ці обмотки електрично зміщені один від одного на 120 градусів. Найпростіша модель трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором має всього 3 обмотки. І хоча є і високошвидкісні моделі з великою кількістю обмоток, але їх число завжди кратно трьом. Для пояснення відмінностей в застосуванні різних схем підключення ми будемо використовувати саме цей тип мотора, як найбільш популярний.
Схеми “зірка” і “трикутник” застосовуються не тільки для електродвигунів, але і для будь-яких інших навантажень в трифазній мережі, будь то трансформатори або тени.
Схема з’єднання “зірка”.
В даному типі з’єднання дроти живлення підключаються до початків обмоток (U1, V1, W1), а кінці при цьому з’єднують разом в одній точці.
Схема з’єднання “трикутник”.
У даній схемі послідовно з’єднуються початок однієї і кінець наступної обмотки, таким чином вони замикаються по колу і виходить трикутник. До місць з’єднання підводиться живлення.
Якщо ж ми підключаємо нагрівальні елементи, то там немає різниці, де початок і кінець, просто дотримується логіка схем, а самі тени можна підключати будь-якими контактами.
Основні величини.
Всі знають, що в електричних мережах існує два види напруги: фазна – 220 Вольт, і лінійна – 380 Вольт. Ця відмінність в напрузі відбувається через спосіб з’єднання обмоток в живильному трансформаторі, який використовує схему “зірка”. У цій схемі між фазою і нейтраллю виходить напруга 220 Вольт, а між двома різнойменними фазами – 380 Вольт.
Важливо розуміти, що це правило поширюється не тільки на мережу живлення, але і на розподіл напруги між різними споживачами. Давайте докладніше вивчимо, як відбувається розподіл струмів і напруг в схемі з’єднання обмоток в Зірці.
Як уже зазначалося, в схемі “зірка” існують два види напруг-фазне ( позначимо як Uф) і лінійне (позначимо як Uл), і вони пов’язані наступним чином:
Uл = 1,73 * Uф
Аналогічно, струми бувають фазними і лінійними, і в схемі “зірка” вони рівні:
Iл = Iф
У схемі “трикутник” ситуація подібна, але навпаки-лінійна напруга (Uл) і фазна напруга (Uф) рівні, але при цьому лінійний струм перевищує фазний в 1,73 рази:
Uл = Uф Iл = 1,73 * Iф
Розподіл електричних струмів і напруг між компонентами електричного кола в схемах “зірка” і “трикутник”.
На малюнку вище слід звернути увагу на те, що при з’єднанні обмоток схемою “зірка” на кожну обмотку подається напруга, яке менше лінійної напруги в мережі живлення в 1.73 рази. Наприклад, для 380 Вольт – 220 Вольт, для 220 Вольт – 127 Вольт, і для 660 Вольт – 380 Вольт. Це важливе спостереження, яке буде мати значення в подальшому. Формули для розрахунку потужності в ланцюгах, з’єднаних за схемою “зірка” і за схемою “трикутник”, залишаються незмінними:
- Повна потужність S = 3 * Sф = √3 * Uл * I;
- Активна потужність P = √3 * Uл * I * cos φ;
- Реактивна потужність Q = √3 * Uл * I * sin φ.
Ці формули допомагають визначити потужність в електричних ланцюгах, незалежно від обраної схеми з’єднання обмоток.
Практичне застосування.
Практичне застосування схем з’єднання обмоток трифазних асинхронних двигунів грає важливу роль для електриків, що працюють з електричними мережами напругою 220/380 вольт. Давайте розглянемо, як вибрати правильну схему з’єднання обмоток при підключенні електродвигуна до такої мережі.
Трифазні асинхронні двигуни можна умовно розділити на дві великі групи: з можливістю зміни схеми з’єднання обмоток і без цієї можливості.
У першому випадку на клемниках всередині електродвигуна присутні 6 проводів, і в залежності від напруги в електричній мережі, до якої він підключається, можна вибрати потрібну схему з’єднання обмоток. Обмотки електродвигунів можуть бути підключені в різні схеми з використанням мідних шинок або перемичок з дроту. Клеми на двигуні розміщені таким чином, що за допомогою всього трьох перемичок можна налаштувати потрібну схему підключення.
Важливо дотримуватися відповідності початків і кінців обмоток клем, а також правильне положення перемичок між клемами, щоб вибрати потрібну схему підключення – зірку або трикутник.
Хоча ця інформація повинна бути відома кожному електрику, виробники часто полегшують завдання, наносячи на кришку етикетку із зазначенням положення перемичок для кожної зі схем.
Перемичка на клемній колодці при схемі підключення “зірка”.
Перемичка на клемній колодці при схемі підключення “трикутник”.
Яку схему вибрати і яка краще?
Вибір схеми підключення обмоток трифазного двигуна- “зірка” або “трикутник” – залежить від напруги в електричній мережі. Важливо розуміти, що можливість зміни схеми з’єднання обмоток призначена для адаптації двигуна до різних електричних мереж з різною напругою.
Яку схему вибрати?
Питання не має однозначної відповіді, так як необхідно вибирати схему, враховуючи номінальну напругу в електромережі. Ця інформація зазвичай вказана на шильдику електродвигуна.
Якщо на шильдику вказано, наприклад,” Δ/Y 220/380“, це означає, що при лінійній напрузі в мережі живлення 220 Вольт обмотки слід з’єднати трикутником, а при 380 Вольтах – зіркою. Якщо ви підключаєте двигун до однофазної мережі 220 Вольт за допомогою конденсаторів, обмотки також з’єднуються трикутником.
Якщо табличка містить лише одну напругу та символ схеми (наприклад, ” Δ ” або “Y”), це означає, що немає можливості змінити схему з’єднання обмоток.
А що якщо переплутати?
Якщо переплутати схему підключення обмоток зіркою і трикутником, це може мати серйозні наслідки. Давайте розглянемо це на прикладі.
Припустимо, у нас є електрична мережа з напругою 220/380 Вольт, і ми маємо 3 лампи розжарювання з номінальною напругою 220 Вольт. Якщо ми правильно підключимо їх зіркою, то кожній лампі буде подаватися 220 Вольт, що відповідає їх номінальній напрузі. Тепер, уявімо, що ми помилково з’єднали ці лампи в трикутник. В цьому випадку до кожної лампі буде подаватися 380 Вольт замість 220 Вольт, що явно вище їх номінальної напруги. В результаті такого підключення лампи можуть перегоріти.
Аналогічно, якщо ми переплутаємо схему підключення обмоток трифазного двигуна і підключимо його неправильно, наприклад, підключимо до 380 Вольт замість 220 Вольт, це може привести до пошкодження обмоток і двигуна в цілому. Тому правильне підключення обмоток відповідно до напруги в електричній мережі критично важливе.
Що при цьому відбувається з потужністю?
Якщо відбудеться перемикання схеми підключення обмоток з зірки на трикутник, то потужність, споживана навантаженням, збільшиться в 3 рази, за умови, що напруга живлення і навантаження залишаться незмінними. Це відбувається тому, що напруга на кожному навантаженні збільшується в 1.73 рази, і, отже, струм також збільшується на той же множник.
Давайте проведемо приблизний розрахунок для кращого розуміння:
Скажімо, у нас був струм навантаження 1 Ампер у схемі зірки. Тоді повна потужність в Зірці буде дорівнювати:
S = √3 * Uл * Iл; S = 1.73 * 380 Вольт * 1 Ампер = 657.4 ВА (Вольт-Ампер).
В цьому випадку потужність однієї лампи становить 220 ВА.
Тепер, якщо ми переключимося на схему трикутника, кожній лампі буде подаватися напруга, збільшена в 1.73 рази, тобто 380 Вольт. Відповідно, струм через лампу (фазний струм) також збільшиться на цей множник. При цьому варто відзначити, що лінійний струм в схемі зірки вже в 1.73 рази більше, ніж фазний струм.
Тепер знайдемо повну потужність за трьома фазами в схемі трикутника:
S = √3 * Uл * Iл = 1.73 * 380 Вольт * (1.73 Ампера * 1.73) = 1972 ВА.
Таким чином, на одній лампі в схемі трикутника буде виділятися потужність, рівна 657 Вольт-Ампер.
Однак важливо розуміти, що це не означає, що двигун буде видавати в 3 рази більшу потужність. При нормальному живленні від напруги, відповідному обраній схемі (зірка або трикутник), двигун буде видавати свою номінальну потужність, як зазначено в технічних характеристиках. Зміна схеми з’єднання обмоток впливає на напругу і струм, але не змінює номінальну потужність двигуна.
