Принцип действия асинхронного двигателя и схемы соединения обмоток электродвигателя в звезду либо треугольника

Обновлено: 10.05.2024

Кроме реостатного и прямого способов пуска асинхронных двигателей существует другой распространенный способ - переключением со звезды на треугольник.

Способ переключения со звезды на треугольник используется в двигателях, которые рассчитаны на работу при соединении обмоток треугольником. Этот способ осуществляется в три этапа. В начале, двигатель запускают при соединении обмоток звездой, на этом этапе двигатель разгоняется. Затем переключают на рабочую схему соединения треугольник, причем при при переключении нужно учитывать пару нюансов. Во-первых, нужно правильно рассчитать время переключения, потому что если слишком рано замкнуть контакты, то не успеет погаснуть электрическая дуга, а также может возникнуть короткое замыкание. Если переключение будет слишком долгим, то это может привести к потери скорости двигателя, а в следствии к увеличению броска тока. В общем, нужно четко скорректировать время переключения. На третьем этапе, когда обмотка статора уже соединена треугольником, двигатель переходит в установившийся режим работы.

Смысл этого способа в том что, при соединении обмоток статора звездой, фазное напряжение в них понижается в 1,73 раз. В такое же количество раз уменьшается и фазный ток, который протекает в обмотках статора. При соединении обмоток статора треугольником фазное напряжение равно линейному, а фазный ток в 1,73 раза меньше линейного. Получается, что соединяя обмотки звездой, мы уменьшаем линейный ток в 3 раза.

Чтобы не запутаться в цифрах, давайте рассмотрим пример.

Допустим, рабочей схемой обмотки асинхронного двигателя является треугольник, а линейное напряжение питающей сети 380 В. Сопротивление обмотки статора Z=20 Ом. Подключив обмотки в момент пуска звездой, уменьшим напряжение и ток в фазах.

Ток в фазах равен линейному току и равен

После разгона двигателя, переключаем со звезды на треугольник и получаем уже другие значения напряжений и токов.

Как видите линейный ток при соединении треугольником больше в 3 раза линейного тока при соединении звездой.

Данный способ запуска асинхронного двигателя применяется в тех случаях, когда присутствует небольшая нагрузка, либо когда двигатель работает на холостом ходу. Это связано с тем, что при уменьшении фазного напряжения в 1,73 раза, согласно формуле для пускового момента которая предоставлена ниже, момент уменьшается в три раза, а этого недостаточно, чтобы совершить пуск с нагрузкой на валу.

Где m - количество фаз, U - фазное напряжение обмотки статора,f - частота тока питающей сети, r1,r2,x1,x2-параметры схемы замещения асинхронного двигателя,p - число пар полюсов.

В настоящее время самым распространённым электродвигателем считается трехфазный асинхронный двигатель, который отличается от других видов надёжностью, простотой изготовления и небольшой ценой. Он может работать как от трехфазной электрической цепи, так и от однофазной.

Устройство механизма

Асинхронный двигатель делят на две группы, которые зависят от метода исполнения обмотки ротора:

Двигатели с фазной обмоткой. Имеют сложную конструкцию ротора, из-за чего производство прибора существенно дороже других типов двигателей. Их используют в тяжёлых пусковых условиях и при надобности плавной регулировки частоты вращения.
Двигатели с короткозамкнутой обмоткой. Устройство имеет более низкую стоимость при производстве и его частота вращения меняется всего на 2- 3 процента при изменении нагрузки от 0 до минимальной частоты. Единственным недостатком является сложность плавной регулировки частоты вращения в больших пределах.

Прибор состоит из неподвижного цилиндра — статора, который состоит из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга техническим лаком и собранных при помощи скоб, для сокращения вихревых токов. В пазах статора находится статорная обмотка, соединяющаяся в комбинацию треугольника либо звезды. Устройство также состоит из вращающей части — ротора, собранного из листов электротехнической стали, где в пазы под давлением заливается алюминий или медь. А также вместе заливаются замыкающие кольца, на которых расположены лопатки. Они необходимы для охлаждения ротора.

Ротор закрепляется на валу двигателя, на котором фиксируются подшипники. Вся эта конструкция располагается в подшипниковых щитах.

Принцип работы асинхронного двигателя

Если подать напряжение на статорную обмотку, то на ней начинает протекать переменный синусоидальный ток, создающий магнитное поле. Оно пересекает обмотку ротора, в котором индуцируется переменная электродвижущая сила. ЭДС образует переменный ток в обмотке ротора, а этот ток создаёт вращающее магнитное поле ротора.

Поле статора и ротора соединяются и образуют общее вращающее магнитное поле двигателя, которое взаимодействует с током в обмотке ротора и формирует усилие по правилу левой руки. Оно разворачивает ротор в сторону вращения магнитного поля.

Устройство называется асинхронным из-за того, что вращательная скорость магнитного поля в несколько раз больше скорости вращения ротора.

Схема соединения обмоток звездой и треугольником

На практике принято применять два главных подключения электродвигателей к сети. В зависимости от надёжности сети, мощности и инженерных параметров устройства, различают схемы соединения обмоток двигателя звездой и треугольником. Но также популярны и их совместные комбинации.

Звезда

Три обмотки двигателя имеют начальные и конечные выводы, которые совмещают в одну нейтральную точку. Её ещё называют нейтральной. При отсутствии нейтрального провода в цепи, схему считают трехпроводной, если он имеется — четырёхпроводной.

Начало выводов прикрепляют к определённым фазам электросети. На фазах напряжение бывает либо 380 В, либо 660 В.

Схема обладает рядом преимуществ:

В режиме работ корпус устройства не перегревается;
Возможность использования временной перегрузки;
Долговечность использования, безопасность и надёжность;
Беспрерывное применение электродвигателя длительное время.

При использовании подобного подключения не требуется специализированная работа мастера.

Треугольник

В таком подключении концы не соединяются в одну нейтральную точку, а сливаются с другой обмоткой. Она представляет собой треугольник, в котором соединение обмоток последовательно. Отличие заключается в том, что треугольная система существует только трёхпроводная, так как не имеет общей точки.

Линейное напряжение на обмотках равно 220 В или 380 В.

способность использовать электрооборудование на полную мощность;
применение пускового реостата;
увеличение момента вращения.

Подобную модель чаще всего используют при работе с мощными устройствами и если существуют большие пусковые нагрузки.

Комбинация звезда-треугольник

Подобную модель применяют при сложных механизмах. При пуске звезда-треугольник быстро вырастает мощность и если двигатель не предназначен для схемы треугольник, то он быстро перегреется и, скорее всего, сгорит. Для предотвращения сгорания предохранителей, применяют автотрансформаторы.

Тогда напряжение становится гораздо меньше и возникающий ток, соответственно, тоже. Далее, осуществляется увеличение частоты и уменьшение показателей тока.

Схема соединения звезда треугольник — это максимальная надёжность и эффективность применяемого электрооборудования.

Схема звезда — треугольник обладает следующими преимуществами:

Асинхронные двигатели имеют множество преимуществ, среди которых можно выделить высокий уровень производительности, надежность эксплуатации, сравнительно невысокую стоимость, невысокие требования в обслуживании и при ремонте. К тому же асинхронные двигатели достаточно хорошо переносят механические нагрузки. Все перечисленные преимущества обусловлены простотой конструкции. Но, несмотря на широкий ряд достоинств можно выделить и некоторые слабые стороны.

На практике при подключении двигателя можно применить один из двух трехфазных способов соединения с электросетью. К таковым способам относят подключение по типу «звезда» или по типу «треугольник».

При соединении трехфазного двигателя способом «звезда» соединение концов обмоток статора производится в одной точке. Трехфазное напряжение, в этом случае, подается на начала обмоток.

При выполнении соединения трехфазного двигателя способом «треугольник» обмотки статора присоединяют друг за другом в последовательном порядке. Начало следующей обмотки соединяют с концом предыдущей и т. д.

Если провести практический анализ теоретических и технических основ электротехники, то становится ясно, что электродвигатели, работающие от схемы «звезда» в эксплуатации запускаются более плавно и функционируют мягче сравнительно с двигателями, подключенными по схеме «треугольник». Но, в то же время асинхронные двигатели с обмотками соединенными способом «треугольник» набирают значительно большую мощность. При соединении звездой такого не достичь. При соединении «треугольник» электродвигатель способен функционировать на максимальной мощности, заявленной в технических характеристиках. Следует учесть, что пусковые токи здесь будут иметь высокие значения. Если сравнивать работу электродвигателей подключенных по разным схемам, можно сделать вывод, что при треугольнике мощность выдается на полтора раза выше, чем при подключении звездой.

Беря за основу вышеизложенную информацию, для снижения токов при запуске логично применять соединение обмоток в комбинационной схеме «звезда-треугольник». Данный вид подключения особенно актуален для асинхронных двигателей с высокой мощностью. При использовании схемы «звезда-треугольник» непосредственный запуск происходит по типу «звезда», а после того как набраны обороты происходит автоматическое переключение на схему «треугольник».

Также можно использовать еще одну схему управления асинхронным двигателем, которая заключается в следующем.

На контакт NC (нормально замкнутый) реле времени K1, а также на контакт NC реле K2, в цепи катушки пускателя КЗ, происходит подача напряжения питания.

После включения пускателя КЗ нормально закрытыми контактами КЗ происходит расцепление цепи катушки пускателя К2. Контакт К3 в цепи питания катушки пускателя К1 замыкается.

При запуске магнитного пускателя К1, в цепи питания его катушки замыкают контакты К1. В этот же период включается реле времени. Контакт данного реле К1 в цепи катушки пускателя К3 размыкается. А в цепи катушки пускателя K2 - замыкается.

Во время отключения обмотки пускателя К3 произойдет замыкание контакта К3 в цепи К2. При включении К2 произойдет размыкание цепи питания катушки пускателя К3.

Трёхфазное напряжение питания будет подано на начало каждой обмотки W1, U1 и V1 за счет силовых контактов пускателя К1. После срабатывания магнитного пускателя К3, за счет его контактов произойдет замыкание, затем между собой должны соединиться концы каждой обмотки двигателя W2, V2 и U2. Так происходит подключение обмоток по типу «звезда».

Спустя некоторый промежуток времени произойдет срабатывание реле времени с магнитным пускателем К1, затем отключится магнитный пускатель К3 и включится К2. Силовые контакты К2 замкнутся и питание пойдет на концы каждой обмотки двигателя. Двигатель заработает по схеме «треугольник».

Для запуска электродвигателя по типу «звезда-треугольник» у разных производителей выполнены специальные пусковые реле.

Типовую схему запуска «звезда-треугольник» рассмотрите на рисунке ниже.

Для снижения пусковых токов электродвигатель должен запускаться в определенной последовательности:

На пониженных оборотах по типу соединения «звезда»;

Переход на схему «треугольник».

Первоочередный пуск по типу «треугольник» создает максимальную нагрузку, а следующее соединение «звезда» с меньшим пусковым моментом продолжит работу в номинальном режиме. При наборе оборотов двигателя автоматически осуществится переход на соединение «треугольник». Важно понимать, что нагрузка, созданная перед запуском на валу, скажется на ослаблении при соединении схемой «звезда». Исходя из этого маловероятно, что такой способ запуска подойдет для двигателей с высокой нагрузкой, ведь при таких условиях они утрачивают работоспособность.

В качестве заключительного аккорда рассмотрим основные преимущества и недочеты каждого из способов подключения.

Преимущества подключения по типу «звезда»:

Устойчивость и возможность эксплуатации двигателя длительное время;

Высокий уровень надежности долговечности благодаря сниженной мощности электродвигателя;

Максимально плавный запуск электропривода;

Возможный допуск кратковременных перегрузок;

Исключен перегрев корпуса двигателя.

Есть типы оборудования, у которого концы обмотки соединены внутри. К колодке подводятся лишь три вывода, и использовать другой вид подключения нет возможности. Электроустановки такого типа не требуют работы узкого специалиста для соединения.

Преимущества подключения электродвигателя по типу «треугольник»:

Возможность увеличения до максимальных показателей уровня мощности электродвигателя;

Применение реостата для запуска;

Повышение вращающегося момента;

Высокие усилия тяги.

Отдельное внимание следует уделить и недостаткам:

Высокое потребление электроэнергии при пуске;

Перегрев двигателя в условиях длительной эксплуатации.

Основные преимущества комбинации:

Значительное продление срока эксплуатации электроустановки;

Исключение возникновения неравномерных нагрузок;

Сохранение механических элементов двигателя;

Наличие двухуровневой мощности.

Для соединений обмоток асинхронных двигателей необходимо использовать специальные термостойкие колодки. Компания «Термоэлемент» предлагает специально разработанные моторные колодки из стеатита для электродвигателей, которые предназначены именно для работы с данными электротехническими устройствами. Клеммные колодки со стеатитовым корпусом легко выдерживают температурную нагрузку до 800°С даже при длительной эксплуатации. У нас вы можете купить клеммные колодки в любом количестве и для любых высокотемпературных применений.

Читайте также: