Наиболее распространенный вопрос у начинающих изучения устройства трансформаторов или иных электротехнических устройств это «Что такое звезда и треугольник?». Чем же они отличаются и как устроены, попробуем разъяснить в нашей статье.
Рассмотрим схемы соединений обмоток на примере трехфазного трансформатора. В своем строении он имеет магнитопровод, состоящий из трёх стержней. На каждом стержне есть две обмотки - первичная и вторичная. На первичную подается высокое напряжения, а со вторичной снимается низкое напряжение и идет к потребителю. В условном обозначении схема соединений обозначается дробью (например, Y⁄∆ или Y/D или У/Д), значение числителя - соединение обмотки высшего напряжения (ВН), а значение знаменателя - низшего напряжения (НН).
Каждый стержень имеет как первичную обмотку так и вторичную (три первичных и три вторичных обмотки). У каждой обмотки есть начало и конец. Обмотки можно соединить между собой способом звезда или треугольник. Для наглядности обозначим вышеперечисленное схематически (рис. 1)
При соединении звездой, концы обмоток соединяются вместе, а из начал идут три фазы к потребителю. Из вывода соединений концов обмоток, выводят нейтральный провод N (он же нулевой). В итоге получается четырёх - проводная, трёхфазная система, которая часто встречается вдоль линий воздушных электропередач.(рис. 2)
Преимущества такой схемы соединения в том, что мы можем получить 2 вида напряжения: фазное (фаза+нейтраль) и линейное. В таком соединении линейное напряжение больше фазного в √3 раз. Зная, что фазное напряжение дает нам 220В, то умножив его на √3 = 1,73, получим примерно 380В - напряжение линейное. Но что касается электрического тока, то в этом случае фазный ток равен линейному, т.к. что линейный, что фазный токи одинаково выходят из обмотки, и другого пути у него нет. Так же стоит отметить что только в соединении звезда имеется нейтральный провод, который является «уравнителем» нагрузки, чтобы напряжение не менялось и не скакало.
Рассмотрим теперь соединение обмоток треугольником. Если мы конец фазы А, соединим с началом фазы В, конец фазы В соединим с началом фазы С, а конец фазы С соединим с началом фазы А, то получим схему соединения обмотки треугольником. Т.е. в этой схеме обмотки соединены последовательно. (рис. 3)
В основном такая схема соединения применяется для симметричной нагрузки, где по фазам нагрузка не изменяется. В таком соединении фазное напряжение равно линейному, а вот электрический ток, наоборот, в такой схеме разный. Ток линейный больше фазного тока в √3 раз. Соединение обмотки треугольником обеспечивает баланс ампер-виток для тока нулевой
последовательности. Простыми словами, схема соединения треугольником обеспечивает сбалансированное напряжение.
Подведем итоги. Для базового определения схем соединения обмоток силовых трансформаторов, необходимо понимать, что разница между этими соединениями состоит в том, что в звезде все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной (нейтральной) точке, а в треугольнике обмотки соединены последовательно. Соединение звезда позволяет нам создавать два вида напряжения: линейное (380В) и фазное (220В), а в треугольнике только 380В.
Выбор схемы соединения обмоток зависит от ряда причин:
- Схемы питания трансформатора
- Мощности трансформатора
- Уровня напряжения
- Асимметрии нагрузки
- Экономических соображений
Так например, для сетей с напряжением 35 кВ и более выгодно соединить обмотку трансформатора схемой звезда, заземлив нулевую точку. В данном случае получится, что напряжение выводов трансформатора и проводов линии передачи относительно земли будет всегда в √3 раз меньше линейного, что приведёт к снижению стоимости изоляции.
На практике чаще всего встречаются следующие группы соединений: Y/Y, D/Y, Y/D.
Группа соединений обмоток Y/Y (звезда/звезда) чаще всего применяется в трансформаторах небольшой мощности, питающих симметричные трёхфазные электроприборы/электроприемники. Так же иногда применяется в схемах большой мощности, когда требуется заземление нейтральной точки.
Группа соединения обмоток D/Y (треугольник/звезда) применяется, в основном в понижающих трансформаторах больших мощностей. Чаще всего трансформаторы с таким соединением работают в составе систем питания токораспределительных сетей низкого напряжения. Как правило, нейтральная точка звезды заземляется, для использования как линейного, так и фазного напряжений.
Группа соединений обмоток Y/D (звезда/треугольник) используется, в основном, в главных трансформаторах больших силовых станций и подстанций, не служащих для распределения.
Основными способами подключения трехфазных электродвигателей являются звезда или треугольник. Это частные случаи, когда трехфазные нагрузки подключаются через автоматический выключатель. В большинстве случаев выполняется универсальное подключение двигателя - «звезда-треугольник». При этом, трехфазный электродвигатель может быть подключен и к обычной, электрической проводке.
Способы подключения: звезда и треугольник
Подключение двигателя поочередно двумя способами, то есть звездой и треугольником, выполняется простым переключением перемычек, установленных на колодке клемм между выводами обмоток.
Контакты обмоток двигателя связаны с контактами клеммной коробки. Эта электрическая связка, в свою очередь, с обмотками двигателя и фазами питания. В клеммной коробке установлены специальные перемычки, позволяющие производить переключение из положения «треугольник» в положение «звезда». Подача питания осуществляется на концы треугольника, которые образованы обмотками электродвигателя. При подключении «звездой», перемычка установлена в такое положение, что все три обмотки соединены в одной точке.
В «треугольнике», наоборот, каждая обмотка соединена с другой, соответствующей обмоткой. Поскольку нагрузка во всех обмотках является равнозначной, отпадает надобность в нейтральном проводе. В современных условиях в схеме подключения очень часто используются для того, чтобы переключать из режима «звезды» на треугольник. При этом, значительно смягчается пусковой режим электродвигателя. Однако, само подключение контактора совершенно не меняет общей схемы, просто между электродвигателем и автоматом появляется дополнительное силовое устройство, в которое входит сразу несколько контакторов.
Переключение из различных положений
Когда электродвигатель переключается из положения «треугольник» в положение «звезда», происходит снижение его мощности почти в три раза. Если переключение выполняется в обратном направлении, то мощность двигателя, наоборот, очень резко возрастает. При этом, следует помнить, что если электродвигатель не предназначен для работы в данных условиях, то он может просто сгореть.
Подключение двигателя - «звезда-треугольник» применяется для того, чтобы уменьшить пусковой ток, значение которого в несколько раз выше рабочего тока двигателя. У электродвигателей большой мощности значение пускового тока настолько велико, что его действие может вызвать серьезные последствия и привести к падению напряжения. Во время пускового процесса частота вращения электродвигателя возрастает и происходит уменьшение тока. После этого, обмотки переключаются в режим треугольника.
Асинхронные трехфазные двигатели более эффективны по сравнению с однофазными и получили намного большее распространение. Электрические устройства, работающие на двигательной тяге, чаще всего оснащаются именно трехфазными электромоторами.
Электродвигатель состоит из двух частей: вращающегося ротора и неподвижного статора. Ротор располагается внутри статора. Оба элемента имеют токопроводящие обмотки. Статорная обмотка уложена в пазы магнитопровода с соблюдением расстояния в 120 электрических градусов. Начала и концы обмоток выведены в и зафиксированы в два ряда. Контакты промаркированы литерой С, каждому присвоено цифровое обозначение от 1 до 6.
Фазы статорных обмоток при подключении к питающей сети соединяют по одной из схем:
- «треугольник» (Δ);
- «звезда» (Y);
- комбинированная схема «звезда-треугольник» (Δ/Y).
Подключение по комбинированной схеме применяется для двигателей мощностью свыше 5 кВт.
«Звездой » называют соединение всех концов статорных обмоток в одной точке. Питающее подается на начала каждой из них. При последовательном соединении обмоток в замкнутую ячейку образуется «треугольник ». Контакты с клеммами располагают таким образом, чтобы ряды были смещены относительно друг друга, напротив вывода С6 располагался С1 и т.д.
Подача питающего напряжения от трехфазной сети на статорные обмотки создает вращающее магнитное поле, которое приводит ротор в движение. Вращательного момента, возникающего после того, как , для запуска недостаточно. Чтобы увеличить вращающий момент, в сеть включают дополнительные элементы.
Самый простой и распространенный способ подключения к бытовым сетям – подключение с использованием фазосдвигающего конденсатора.
При подаче питающего напряжения от обоих типов электросетей частота вращения ротора асинхронного двигателя будет почти одинаковой. В то же время мощность в трехфазных сетях выше, чем в аналогичных однофазных. Соответственно, подключение трехфазного электродвигателя в однофазную сеть неизбежно сопровождается заметной потерей мощности.
Существуют электромоторы, которые изначально не рассчитаны на возможность подключения в бытовую сеть. Приобретая электромотор для использования в бытовых условиях, лучше сразу искать модели с короткозамкнутым ротором.
Подключение двигателя «звездой» и «треугольником» в сетях с разным номинальным напряжением
В соответствии с номинальным питающим напряжением асинхронные трехфазные двигатели отечественного производства подразделены на две категории: для работы от сетей 220/127 В и 380/220 В. Двигатели, рассчитанные на работу от сети 220/127 В имеют небольшую мощность — на сегодняшний день их применение сильно ограничено.
Электромоторы, рассчитанные на номинальное напряжение 380/220 В распространены повсеместно.
Независимо от номинального напряжения при установке мотора используется правило: более низкие значения напряжения используются при подключении в «треугольник», высокие – исключительно в соединениях статорных обмоток по схеме «звезда».
То есть, напряжение в 220 В подается на «треугольник », 380 В – на «звезду », в противном случае мотор быстро перегорит.
Основные технические характеристики агрегата, включая рекомендованную схему подключения и возможность ее изменения отображаются на бирке мотора и его техническом паспорте. Наличие метки вида Δ/Y указывает на возможность соединения обмоток и «звездой», и «треугольником». Чтобы минимизировать потери мощности, неизбежные при работе от однофазных бытовых сетей, мотор такого типа лучше подключать «треугольником».
Знаком Y обозначают двигатели, где возможность подключения в «треугольник» не предусмотрена. В распределительной коробке таких моделей вместо 6 контактов находятся только три, соединение трех других выполнено под корпусом.
Подключение трехфазных с номинальным питающим напряжением 220/127 В к стандартным однофазным сетям выполняют только по типу «звезды». Подключение агрегата, рассчитанного на низкое питающее напряжение в «треугольник» быстро приведет его в негодность.
Особенности работы электромотора при подключении разными способами
Подключение электродвигателя «треугольником» и «звездой» характеризуется определенным набором своих преимуществ и недостатков.
Соединение обмоток двигателя в «звезду» обеспечивает более мягкий запуск. При этом происходит значительная потеря мощности агрегата. По этой схеме также производится подключение всех электромоторов отечественного происхождения на 380В.
Подключение «треугольник» обеспечивает выходную мощность до 70% от номинальной, но пусковые токи при этом достигают значительных величин и двигатель может выйти из строя. Эта схема – единственно правильный вариант для подключения к российским электросетям импортных электромоторов европейского производства, рассчитанных на номинальное напряжение 400/690.
Функцию пуска для схем переключения «звезда»-«треугольник» используют только для двигателей с пометкой Δ/Y, в которых реализована возможность обоих вариантов соединения. Запуск двигателя производят при подключении «звездой», чтобы уменьшить пусковой ток.
Когда двигатель разгонится, производится переключение в «треугольник», чтобы получить максимально возможную выходную мощность.
Применение комбинированного способа неизбежно связано со скачками токов. В момент переключение между схемами подача тока прекращается, скорость вращения ротора снижается, в некоторых случаях происходит ее резкое снижение. Через некоторое время скорость вращения восстанавливается.
Примеры подключения звездой и треугольником на видео
Каждый статор трехфазного электродвигателя имеет три катушечные группы (обмотки) — по одной на каждую фазу, а у каждой катушечной группы имеется по 2 вывода — начало и конец обмотки, т.е. всего 6 выводов которые подписываются следующим образом:
- С1 (U1) — начало первой обмотки, С4 (U2) — конец первой обмотки.
- С2 (V1) — начало второй обмотки, С5 (V2) — конец второй обмотки.
- С3 (W1) — начало третьей обмотки, С6 (W2) — конец третьей обмотки.
Условно на схемах каждая обмотка изображается следующим образом:
Начала и концы обмоток выводятся в клемную коробку электродвигателя в следующем порядке:
Основными схемами соединения обмоток являются треугольник (обозначается — Δ) и звезда (обозначается — Y) их мы и разберем в данной статье.
Примечание: В клемной коробке некоторых электродвигателей можно увидеть только три вывода — это значит, что обмотки двигателя уже соединены внутри его статора. Как правило внутри статора обмотки соединяются при ремонте электродвигателя (в случае если заводские обмотки сгорели). В таких двигателях обмотки, как правило, соединены по схеме «звезда» и рассчитаны на подключение в сеть 380 Вольт. Для подключения такого двигателя необходимо просто подать три фазы на три его вывода.
Схема соединения обмоток электродвигателя по схеме «треугольник»
Что бы соединить обмотки электродвигателя по схеме «треугольник» необходимо: конец первой обмотки (С4/U2) соединить с началом второй (С2/V1) , конец второй (С5/V2) — с началом третьей (С3/W1) , а конец третьей обмотки (С6/W2) — с началом первой (С1/U1).
На выводы «A», «B» и «C» подается напряжение.
В клемной коробке электродвигателя соединение обмоток по схеме «треугольник» имеет следующий вид:
A, B, C — точки подключения питающего кабеля.
Схема соединения обмоток электродвигателя по схеме «звезда»
Что бы соединить обмотки электродвигателя по схеме «звезда» необходимо концы обмоток (С4/ U2, С5/V2 и С6/W2) соединить в общую точку, напряжение при этом подается на начала обмоток (С1/U1, С2/V1 и С3/W1).
Условно на схеме это изображается следующим образом:
В клемной коробке электродвигателя соединение обмоток по схеме «звезда» имеет следующий вид:
Определение выводов обмоток
Иногда возникают ситуации когда сняв крышку с клемной коробки электродвигателя можно с ужасом обнаружить следующую картину:
При этом выводы обмоток не подписаны, что же делать? Без паники, этот вопрос вполне решаем.
Первое, что нужно сделать — это разделить выводы по парам, в каждой паре должны быть выводы относящиеся к одной обмотке, сделать это очень просто, нам понадобится тестер или двухполюсный указатель напряжения.
В случае использования тестера устанавливаем его переключатель в положение измерения сопротивления (подчеркнуто красной линией), при использовании двухполюсного указателя напряжения им, перед применением, необходимо коснуться токоведущих частей находящихся под напряжением на 5-10 секунд, для его зарядки и проверки работоспособности.
Далее необходимо взять один любой вывод обмотки, условно примем его за начало первой обмотки и соответственно подписываем его «U1», после касаемся одним щупом тестера или указателя напряжения подписанного нами вывода «U1», а вторым щупом любого другого вывода из оставшихся пяти неподписанных концов. В случае, если коснувшись вторым щупом второго вывода показания тестера не изменились (тестер показывает единицу) или в случае с указателем напряжения — ни одна лампочка не зажглась — оставляем этот конец и касаемся вторым щупом другого вывода из оставшихся четырех концов, перебираем вторым щупом концы до тех пор пока показания тестера не изменятся, либо, в случае с указателем напряжения — до тех пор пока не загорится лампочка «Test». Найдя таким образом второй вывод нашей обмотки принимаем его условно как конец первой обмотки и подписываем его соответственно «U2».
Таким же образом поступаем с оставшимися четырьмя выводами, так же разделив их на пары подписав их соответственно как V1,V2 и W1,W2. Как это делается можно увидеть на видео ниже.
Теперь, когда все выводы разделены по парам, необходимо определить реальные начала и концы обмоток. Сделать это можно двумя методами:
Первый и самый простой метод — метод подбора, может применяться для электродвигателей мощностью до 5 кВт. Для этого берем наши условные концы обмоток (U2,V2 и W2) и соединяем их, а на условные начала (U1,V1 и W1), кратковременно, желательно не более 30 секунд, подаем трехфазное напряжение:
Если двигатель запустился и работает нормально, значит начала и концы обмоток определены верно, если двигатель сильно гудит и не развивает должные обороты, значит где то есть ошибка. В этом случае необходимо всего лишь поменять любые два вывода одной обмотки местами, например U1 c U2 и запустить заново:
Если проблема не устранилась, возвращаем U1 и U2 на свои места и меняем местами следующие два вывода — V1 с V2:
Если двигатель заработал нормально, выводы определены верно, работа закончена, если нет — возвращаем V1 и V2 по своим местам и меняем местами оставшиеся выводы W1 с W2.
Второй способ: Соединяем последовательно вторую и третью обмотки т.е. соединяем вместе конец второй обмотки с началом третьей (выводы V2 с W1),а на первую обмотку к выводам U1 и U2 подаем пониженное переменное напряжение (не более 42 Вольт). При этом на выводах V1 и W2 так же должно появиться напряжение:
Если напряжение не появилось, значит вторая и третья обмотки соединены неверно, фактически оказались соединены вместе два начала (V1 с W1) или два конца (V2 c W2), в данном случае нам просто нужно поменять надписи на второй или на третьей обмотке, например V1 с V2. Затем аналогичным способом проверить первую обмотку, соединив ее последовательно со второй, а на третью подав напряжение. Данный способ представлен на следующем видео:
Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы ? Пишите в комментариях!
Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? . Мы обязательно Вам ответим.
Для работы электрического прибора, двигателя, трансформатора в трехфазной сети необходимо соединить обмотки по определенной схеме. Наиболее распространенными схемами соединения являются треугольник и звезда, хотя могут применяться и другие способы соединения.
Что представляет собой соединение обмоток звездой?
Трехфазный двигатель или трансформатор имеет 3 рабочих
, независимых друг от друга обмоток. Каждая обмотка имеет два вывода — начало и конец. Соединение «звезда» подразумевает собой, что все концы трех обмоток соединяются в один узел, часто называемый нулевой точкой. Отсюда выходит и понятие — нулевая точка.
Начало каждой обмотки соединяются непосредственна с фазами питающей сети. Соответственно начало каждой обмотки соединяется с одной из фаз А, В, С. Между любыми двумя началами обмоток прилаживается фазное напряжение питающей сети, зачастую 380 или 660 В.
Что представляет собой соединение обмоток в треугольник?
Соединение обмоток в треугольник заключается в соединении конца каждой обмотки с началом следующей. Конец первой обмотки, соединяется с началом второй. Конец второй — с начало третей. Конец третей обмотки создает электрический контур, поскольку замыкает электрическую цепь.
При таком соединении к каждой обмотки прилаживается линейное напряжение, обычно равное 220 или 380 В. Такое соединение физически реализуется с помощью металлических перемычек, которые должны быть предусмотрены заводской комплектацией электрического оборудования.
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.
Наиболее часто применяется соединение обмоток в звезду, что объясняется щадящим режимом для электрического привода или трансформатора. При соединении обмоток в звезду, ток протекающий по обмоткам имеет меньшие значение нежели при соединении в треугольник. В тот момент, как напряжение больше на величину корня из 1,4.
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 .
Преимущества соединения обмоток в звезду
Основные преимущества соединения обмоток в звезду заключаются в следующем:
- Понижения мощности оборудования с целью повышения надежности.
- Устойчивый режим работы.
- Для электрического привода такое соединение дает возможность плавного пуска.
Некоторое электрическое оборудование, которое не предназначены для работы на других способах соединения, имеет внутренне соединение концов обмоток. На клеммник выводится лишь три вывода, которые представляют собой начало обмоток. Такое оборудование легче в подключении и может монтироваться в отсутствии грамотных специалистов.
Преимущества соединения обмоток в треугольник
Основными преимуществами соединения обмоток в треугольник являются:
- Повышения мощности оборудования.
- Меньшие пусковые токи.
- Большой вращающийся момент.
- Увеличенные тяговые свойства.
Оборудование с возможностью переключения типа соединения со звезды на треугольник
Зачастую электрическое оборудование имеет возможность работать как на звезде, так и на треугольнике. Каждый пользователь должен самостоятельно определить необходимость соединения обмоток в звезду или треугольник.
В особо мощных и сложных механизмах, может применяться электрическая схема с комбинированием треугольника и звезды . В таком случае, в момент пуска, обмотки электрического двигателя соединяются в треугольник. После выхода двигателя на номинальные показатели, с помощью релейно-контакторной схемы треугольник переключается на звезду. Таким способом достигается максимальная надежность и продуктивность электрической машины, без риска нанести ей урон или вывести её из строя.
Посмотрите так-же интересное видео на эту тему:
