Téměř žádná výroba se v dnešní době neobejde bez výkonného asynchronního elektromotoru. Při spouštění takového motoru je startovací proud 3-8krát vyšší než jmenovitý proud potřebný pro provoz v normálním stabilním režimu.
K roztočení rotoru z klidu je zapotřebí velký rozběhový proud. To vyžaduje mnohem více úsilí než dále udržovat konstantní počet otáček v daném časovém úseku. Značné rozběhové proudy u asynchronních motorů jsou velmi nežádoucím jevem, protože to může vést ke krátkodobému nedostatku energie pro další zařízení připojená ke stejné síti (pokles napětí). Existuje mnoho příkladů takového vlivu, jak ve výrobě, tak v každodenním životě. První věc, která vás napadne, je „blikání“ žárovky, když je svařovací stroj v provozu, ale existují i vážnější případy: pokles napětí může způsobit vadnou dávku zboží ve výrobě, což vede k velkým finančním a pracovním nákladům. náklady. Velký rozběhový proud může také způsobit znatelné tepelné přetížení vinutí motoru, což má za následek stárnutí izolace, její poškození a nakonec i spálení motoru.
To vše posloužilo jako motiv k nalezení řešení minimalizace startovacích proudů. Jedním z takových řešení je metoda spouštění motoru hvězda-trojúhelník. Nejprve pojďme zjistit, co je „hvězda“ a co je „trojúhelník“ a jak se od sebe liší. Hvězda a trojúhelník jsou nejběžnější a nejpraktičtější schémata připojení pro třífázové elektromotory. Při zapnutí třífázového elektromotoru “hvězda” (viz. Obrázek 1) konce statorových vinutí jsou spojeny dohromady, spojení probíhá v jednom bodě, který se nazývá nulový bod nebo neutrál. Na začátek vinutí je přivedeno třífázové napětí.
Obrázek 1 – Schéma zapojení do hvězdy
Při spojení vinutí statoru s “hvězdou” je poměr mezi lineárním a fázovým napětím vyjádřen vzorcem:
kde:
Uл – napětí mezi dvěma fázemi;
Uф – napětí mezi fází a nulovým vodičem;
Hodnoty lineárních a fázových proudů jsou stejné, tzn. Iл = Iф.
Když je třífázový elektromotor zapnutý do trojúhelníku (viz. Obrázek 2) statorová vinutí elektromotoru jsou zapojena do série. Konec jednoho vinutí je tedy spojen se začátkem dalšího, napětí je v tomto případě aplikováno na spojovací body vinutí. Při připojení vinutí statoru k trojúhelníku se fázové napětí rovná lineárnímu napětí mezi dvěma vodiči: Uл =Uф.
Obrázek 2 – Schéma zapojení trojúhelníku
Proud ve vedení (síti) je však větší než proud ve fázi, který je popsán vzorcem:
kde:
Iл — lineární proud;
Iф – fázový proud.
Ukazuje se, že spojením vinutí s „hvězdou“ snížíme lineární proud, což jsme původně hledali. Toto schéma má však nevýhodu: jak vidíme ze vzorce, startovací moment motoru je přímo úměrný fázovému napětí:
kde:
U — fázové napětí vinutí statoru;
r1 – aktivní odpor fáze vinutí statoru
r2 – snížená hodnota aktivního odporu fáze vinutí rotoru;
x1 – indukční odpor fáze vinutí statoru;
x2 — snížená hodnota indukční reaktance stacionární fáze vinutí rotoru;
m – počet fází;
p — počet párů tyčí.
Aby to bylo jasnější, podívejme se na příklad: předpokládejme, že pracovní obvod vinutí asynchronního elektromotoru je “trojúhelník” a lineární napětí napájecí sítě je 380 V, odpor vinutí statoru Z = 10 ohmů. Pokud jsou vinutí během spouštění zapojena do hvězdy, pak se napětí a proud ve fázích sníží:
Fázový proud se rovná proudu vedení a rovná se:
Poté, co motor dosáhne požadované rychlosti, tj. zrychlí, přepneme vinutí z „hvězdy“ na „trojúhelník“, v tomto případě dostaneme zcela jiné hodnoty proudu a napětí:
V souladu s tím je při spouštění motoru podle schématu „hvězda“ fázové napětí √3krát menší než lineární napětí a podle schématu „trojúhelníku“ jsou stejné. Z toho vyplývá, že okamžik při startování podle schématu “hvězda” je 3x menší, což znamená, že spuštěním motoru podle tohoto schématu nedosáhneme výkonu motoru na jmenovitý výkon. Při řešení jednoho problému vzniká druhý, neméně akutní než zvýšené startovací proudy. Stále však existuje jediné řešení: je nutné kombinovat schémata připojení motoru tak, aby při spouštění výkonného motoru nebyly v síti žádné velké proudy a poté, co motor dosáhne rychlosti potřebné pro jeho provoz, přepne se na „ trojúhelník“ obvod, který umožňuje bezproblémovou práci se 100% zátěží.
Časové relé Finder 80.82 se s tímto úkolem dokonale vyrovná. Když je relé připojeno k napájení, kontakt se okamžitě uzavře, což je zodpovědné za připojení podle schématu “hvězdy”. Po předem stanovené době, kdy otáčky motoru dosáhnou provozní frekvence, se rozepne kontakt hvězdicového obvodu a sepne kontakt, který je zodpovědný za zapojení do trojúhelníku. Kontakty zůstanou v této poloze, dokud nebude relé odpojeno od napájení. Vizuální diagram činnosti tohoto relé je uveden na Obrázek 3.
Obrázek 3 – Časový diagram časového relé 80.82
Podívejme se podrobněji na implementaci tohoto schématu v praxi. Platí pouze pro motory, jejichž typový štítek označuje „Δ/Y 380/660V“. Na Obrázek 4 je představena výkonová část obvodu hvězda-trojúhelník, která využívá tři elektromagnetické spouštěče.
Obrázek 4 – Výkonová část obvodu hvězda-trojúhelník
Jak bylo popsáno dříve, relé Finder 80.82 musí být použito k ovládání přechodu z hvězdy na trojúhelník. Na Obrázek 5 je uvedeno schéma ovládání pomocí tohoto relé.
Podívejme se na algoritmus, jak toto schéma funguje:
Po stisknutí tlačítka S1.1 je cívka spouštěče KM1 pod napětím, v důsledku toho se sepnou výkonové kontakty KM1 a pomocí přídavného kontaktu KM1.1 je realizován samosběr startéru. Současně je přivedeno napětí na časové relé U1. Kontakty časového relé 17-18 jsou sepnuté a startér KM2 je zapnutý. Motor se tedy spouští podle schématu “hvězdy”. Po čase T (srov. Obrázek 3), kontakt časového relé 17-18 se okamžitě rozepne, uplyne časové zpoždění Tu a kontakt 17-28 se sepne. V důsledku toho bude fungovat startér KM3, který se přepne na obvod „trojúhelník“. Normálně sepnuté kontakty spouštěčů KM2.2 a KM3.2 se používají k zamezení současné aktivace spouštěčů KM2 a KM3. Pro ochranu motoru před přetížením je v silovém obvodu instalováno tepelné relé KK1. V případě přetížení tepelné relé otevře silový obvod a řídicí obvod přes kontakt KK1.1. Motor se zastaví po stisknutí tlačítka S1.2, čímž se přeruší obvod samosběru a odpojí se cívka startéru KM1.
Shrneme-li to, co bylo napsáno, můžeme dojít k závěru, že pro usnadnění startování výkonného elektromotoru se doporučuje zpočátku jej spustit podle „hvězdového“ obvodu, což může výrazně snížit startovací proudy, snížit pokles napětí v sítě, ale nedovolí motoru dosáhnout svého jmenovitého provozního režimu. Pro dosažení jmenovitého režimu motoru je nutné přepnout vinutí statoru do trojúhelníkového obvodu. Obvod pro spínání vinutí z hvězdy na trojúhelník je realizován pomocí časového relé Finder 80.82, ve kterém se nastavuje doba rozběhu elektromotoru.
V moderním světě elektromotory hrají neuvěřitelně důležitou roli v různých průmyslových odvětvích. Jsou srdcem výrobních procesů, poskytují pohyb, výkon a účinnost v různých systémech – od malých strojů po velké výrobní linky. Struktura elektromotorů může být složitá, ale jedním z nejběžnějších typů je třífázový elektromotor.
Význam třífázových elektromotorů v moderním světě nelze podceňovat. Poskytují vysokou úroveň účinnosti a spolehlivosti s minimálními náklady na údržbu. Při práci s těmito zařízeními je však třeba zvážit jeden z klíčových bodů správné připojení.
Existují dva hlavní typy schémat zapojení pro třífázové elektromotory: „Trojúhelník“ a „Hvězda“. V tomto článku se podíváme na rozdíly mezi připojením Delta a Star a vysvětlíme, jak vybrat správnou možnost na základě vašich konkrétních výrobních potřeb. Začněme základy.
Co jsou „trojúhelník“ a „hvězda“?
Třífázové motory mají tři nezávislá vinutí. Stator motoru drží všechna tři vinutí ve statorových drážkách. Tato vinutí jsou vzájemně elektricky posunuta o 120 stupňů. Nejjednodušší model třífázového asynchronního elektromotoru s rotorem nakrátko má pouze 3 vinutí. A přestože existují vysokorychlostní modely s větším počtem vinutí, jejich počet je vždy násobkem tří. Abychom vysvětlili rozdíly v použití různých schémat připojení, použijeme tento konkrétní typ motoru, protože je nejoblíbenější.
Máme tedy tři vinutí, z nichž každé bude mít začátek a konec. A máme 3 nebo 4 napájecí vodiče pro třífázovou síť. A ne každý chápe, jak správně připojit těchto 6 konců vinutí k napájecím vodičům. Pojďme na to přijít.
Hvězda a trojúhelník jsou dvě základní třífázové zapojení. Zapojení do hvězdy je 4vodičový systém a zapojení do trojúhelníku je 3vodičový systém.
Obvody hvězda a trojúhelník se používají nejen pro elektromotory, ale i pro jakékoli jiné zátěže v třífázové síti, ať už se jedná o transformátory nebo topná tělesa. O vlastnostech připojení topných těles k dvoufázové a třífázové síti a také obecném srovnání zapojení hvězda a trojúhelník jsme již diskutovali v našich předchozích článcích.
Schéma zapojení hvězdy
U tohoto typu zapojení jsou silové vodiče připojeny k začátkům vinutí (U1, V1, W1) a konce jsou spojeny dohromady v jednom bodě, který se také nazývá nulový vodič. K tomuto bodu lze připojit neutrální vodič, ale není to podmínkou, protože v tomto případě je zatížení symetrické.
V diagramu nebudete mít vždy přesný tvar hvězdy, nejčastěji se bude jednat o klasičtější znázornění, to by vás nemělo zmást.
Schéma zapojení trojúhelníku
V tomto obvodu jsou začátek jednoho a konec dalšího vinutí zapojeny do série, takže jsou uzavřeny v kruhu a získá se trojúhelník. Napájení je přiváděno do připojovacích bodů. V tomto případě není kam připojit neutrální vodič.
Podobně jako u zapojení ve tvaru hvězdy má také trojúhelník na schématu několik možností označení.
Pokud připojíme topná tělesa, tak není rozdíl, kde je začátek a konec, jednoduše se dodržuje logika obvodů a samotná topná tělesa lze připojit libovolnými kontakty.
Základní množství
Každý to ví v elektrických sítích existují dva typy napětí: fázový – 220 voltů a lineární – 380 voltů. K tomuto rozdílu napětí dochází v důsledku způsobu zapojení vinutí v napájecím transformátoru, který využívá zapojení do hvězdy. V tomto obvodu je mezi fází a neutrálem získáno napětí 220 voltů a mezi dvěma protilehlými fázemi 380 voltů.
Je důležité pochopit, že toto pravidlo platí nejen pro napájecí síť, ale také pro distribuci napětí mezi různými spotřebiteli. Podívejme se blíže na to, jak jsou proudy a napětí distribuovány v zapojení vinutí do hvězdy.
Jak již bylo uvedeno, v obvodu „hvězda“ existují dva typy napětí – fázové (označené jako Uph) a lineární (označené jako Ul) a souvisí následovně:
Ul = 1,73 * Uph
Podobně jsou proudy fázové a lineární a v hvězdicovém obvodu jsou stejné:
Il = Iф
V obvodu „trojúhelník“ je situace podobná, ale naopak – lineární napětí (Ul) a fázové napětí (Uph) jsou stejné, ale zároveň lineární proud překračuje fázový proud 1,73krát:
Uл = Uф Iл = 1,73 * Iф
Rozdělení elektrických proudů a napětí mezi součástmi elektrického obvodu v obvodech do hvězdy a trojúhelníku.
Na obrázku výše byste měli věnovat pozornost skutečnosti, že když jsou vinutí zapojena pomocí hvězdicového obvodu, každé vinutí přijímá napětí, které je 1.73krát menší než síťové napětí v napájecí síti. Například pro 380 voltů – 220 voltů, pro 220 voltů – 127 voltů a pro 660 voltů – 380 voltů. Toto je důležité pozorování, které bude mít důsledky v budoucnu.
Vzorce pro výpočet výkonu v obvodech zapojených podle obvodů „hvězda“ a „trojúhelník“ zůstávají nezměněny:
- Plná síla S = 3 * Sф = √3 * Ul * I;
- Aktivní výkon P = √3 * Ul * I * cos φ;
- Reaktivní síla Q = √3 * Ul * I * sin φ.
Tyto vzorce pomáhají určit výkon v elektrických obvodech bez ohledu na zvolené schéma zapojení vinutí.
Praktická aplikace
Praktická aplikace schémat zapojení pro vinutí třífázových asynchronních motorů hraje důležitou roli pro elektrikáře pracující s elektrickými sítěmi s napětím 220/380 voltů. Podívejme se, jak vybrat správné schéma zapojení vinutí při připojení elektromotoru k takové síti.
Samotné třífázové asynchronní motory lze rozdělit do dvou velkých skupin: s možností změny schématu zapojení vinutí a bez ní.
V prvním případě je na svorkovnicích uvnitř elektromotoru 6 vodičů a v závislosti na napětí v elektrické síti, ke které je připojen, můžete zvolit požadované schéma zapojení vinutí. Vinutí elektromotorů lze zapojit do různých obvodů pomocí měděných tyčí nebo drátových propojek. Svorky na motoru jsou umístěny tak, že pomocí pouhých tří propojek můžete nakonfigurovat požadované schéma zapojení.
Je důležité zajistit, aby začátky a konce vinutí odpovídaly svorkám a také správná poloha propojek mezi svorkami, aby bylo možné vybrat požadované schéma zapojení – hvězda nebo trojúhelník.
Přestože by tyto informace měl znát každý elektrikář, výrobci si často tento úkol usnadňují tím, že na kryt umístí štítek s vyznačením pozic propojek pro každý okruh.
Propojka na svorkovnici pro schéma zapojení do hvězdy
Propojka na svorkovnici pro schéma zapojení trojúhelníku
Jaké schéma zvolit a které je lepší?
Výběr schématu zapojení pro vinutí třífázového motoru – hvězda nebo trojúhelník – závisí na napětí v elektrické síti. Je důležité pochopit, že schopnost změnit schéma zapojení vinutí je určena k přizpůsobení motoru různým elektrickým sítím s různým napětím.
Jaké schéma zvolit?
Otázka nemá jasnou odpověď, protože je nutné vybrat obvod s ohledem na jmenovité napětí v napájecí síti. Tyto informace jsou obvykle uvedeny na typovém štítku motoru.
Pokud je na typovém štítku uvedeno například „Δ/Y 220/380“, znamená to, že s lineárním napětím v napájecí síti 220 voltů by měla být vinutí zapojena do trojúhelníku a při 380 voltech – s hvězdou. Pokud připojíte motor k jednofázové síti 220 V pomocí kondenzátorů, jsou vinutí také zapojena do trojúhelníku.
Pokud je na typovém štítku uvedeno pouze jedno napětí a symbol obvodu (například „Δ“ nebo „Y“), znamená to, že schéma zapojení vinutí není možné měnit a je nastaveno pevně.
Co když to smícháte?
Pokud si zaměníte schéma zapojení vinutí s hvězdou a trojúhelníkem, může to mít vážné důsledky. Podívejme se na to na příkladu.
Řekněme, že máme elektrickou síť s napětím 220/380 voltů a máme 3 žárovky se jmenovitým napětím 220 voltů. Pokud je správně zapojíme hvězdičkou, pak bude každá lampa napájena 220 Volty, což odpovídá jejich jmenovitému napětí. Nyní si představte, že jsme tyto lampy omylem spojili do trojúhelníku. V tomto případě bude na každou lampu přivedeno 380 voltů místo 220 voltů, což je zřetelně vyšší než jejich jmenovité napětí. V důsledku tohoto spojení mohou lampy vyhořet.
Stejně tak, pokud zaměníme schéma zapojení vinutí třífázového motoru a zapojíme jej nesprávně, například jej připojíme na 380 voltů místo 220 voltů, může to vést k poškození vinutí a motoru jako celku . Proto je správné připojení vinutí v souladu s napětím v elektrické síti rozhodující pro spolehlivý a bezpečný provoz elektrických zařízení.
Co se stane s mocí?
Pokud je obvod připojení vinutí přepnut z hvězdy do trojúhelníku, výkon spotřebovaný zátěží se zvýší 3krát, za předpokladu, že napájecí napětí a zátěž zůstanou nezměněny. Je to proto, že napětí na každé zátěži se zvyšuje faktorem 1.73, a proto se stejným faktorem zvyšuje i proud.
Udělejme přibližný výpočet pro lepší pochopení:
Řekněme, že jsme měli zatěžovací proud 1 Ampér v hvězdicovém obvodu. Potom bude celkový výkon ve hvězdě roven:
S = √3 * Ul * Il; S = 1.73 * 380 voltů * 1 ampér = 657.4 VA (volt-ampér).
V tomto případě je výkon jedné lampy 220 VA.
Nyní, pokud přepneme na trojúhelníkový obvod, bude každá lampa napájena napětím zvýšeným o 1.73 krát, tedy 380 voltů. V souladu s tím se proud procházející lampou (fázový proud) také zvýší o tento faktor. Stojí za zmínku, že lineární proud v hvězdicovém obvodu je již 1.73krát větší než fázový proud.
Nyní najdeme celkový výkon pro tři fáze v obvodu trojúhelníku:
S = √3 * Ul * Il = 1.73 * 380 voltů * (1.73 ampér * 1.73) = 1972 VA.
Na jednu lampu v trojúhelníkovém obvodu se tedy uvolní výkon rovný 657 voltampérům.
Je však důležité tomu rozumět to neznamená, že motor bude produkovat 3x větší výkon. Když je normálně napájen napětím odpovídajícím zvolenému obvodu (hvězda nebo trojúhelník), motor bude vyrábět svůj jmenovitý výkon, jak je uvedeno v technických specifikacích. Změna schématu zapojení vinutí ovlivňuje napětí a proud, ale nemění jmenovitý výkon motoru.
Svorkovnice motoru
Naše společnost „Polymernagrev“ nabízí spolehlivé a snadno použitelné tepelně odolné keramické svorkovnice pro elektromotory. Tyto bloky jsou navrženy tak, aby poskytovaly bezpečné a spolehlivé připojení motorů k elektrické síti.
Jednou z pohodlných možností, které nabízíme, je kompletní sada podložek s hardwarem a měděnými deskami. Tyto desky mají speciální použití: používají se ke konfiguraci schématu zapojení vašeho elektromotoru. V závislosti na požadavcích a napětí vaší elektrické sítě si můžete vybrat zapojení do hvězdy nebo trojúhelníku.
Tyto měděné desky se snadno instalují do bloků a zajišťují správné připojení vinutí motoru v souladu se zvoleným obvodem. To vám umožní vyladit váš elektromotor tak, aby běžel optimálně a bez problémů.
Snažíme se našim zákazníkům poskytovat jednoduchá a efektivní řešení a naše svorkovnice z měděných pásků jsou jedním z příkladů, jak vám práci s našimi zařízeními usnadňujeme a pružíme.
