По схеме подключения двигателей «звезда-треугольник» написано предостаточно. Но в каждой статье есть неточности и ошибки. Авторы просто переписывают друг у друга. Подозреваю, что большинство из них ни разу в жизни не подключали двигатель, а название схемы для них — лишь геометрические фигуры. Поэтому решил последовать народной мудрости «хочешь сделать хорошо — сделай это сам», и написать эту статью.
Рассказываю, полагаясь на свой опыт и понимание вопроса. Как всегда, буду давать теорию и показывать, как это выглядит на практике.
Для начала, если кто совсем не в теме, из какой области знаний вообще это всё? Речь идёт об одном из распространенных способов подключения трехфазного асинхронного электродвигателя, при котором обмотки двигателя сначала подключаются к питающей сети по схеме «звезда», а потом — по схеме «треугольник». В молодых пытливых умах сразу возникнет вопрос — «Зачем это нужно?» ОК.
Зачем нужна схема «Звезда — Треугольник»?
Корень проблемы кроется в пусковых токах и чрезмерных нагрузках, которые испытывает двигатель, когда на него подают питание напрямую. Да что там двигатель — весь привод при пуске скрежещет и содрогается!
Важно! Если дочитали досюда, ознакомьтесь с моей статьёй про пусковые токи. Там очень подробно о том, откуда они берутся, как их узнать, посчитать и измерить.
- Особенно это критично там, где нет понижающей передачи — редуктора или ремня на шкивах.
- Особенно это важно там, где на валу двигателя насажено что-то массивное — крыльчатка или центрифуга.
- Особенно это значимо там, где мощность двигателя — более 5 кВт, а скорость вращения большая (3000 −1).
Привод отличается от двигателя, как колесо от покрышки и как пускатель от контактора.
Так вот, для того, чтобы уменьшить мощность на валу двигателя во время пуска, его включают сначала на пониженное напряжение, он не спеша разгоняется, а потом врубают по полной, на номинальную мощность. Реализуется это не изменением напряжения реостатами и трансформаторами, а более хитро. Но по порядку.
Схемы «Звезда» и «Треугольник»
У любого классического трехфазного двигателя есть три обмотки статора. Они могут иметь разную конфигурацию в пространстве, дополнительные выводы, но их три.
Многоскоростные двигатели не в счёт.
Как подключить все эти 6 выводов, если у нашего источника питания всего 3 фазы?
На ум пришла статья про включение транзисторных датчиков. Там похожая ситуация — у датчика три вывода, а у нагрузки два...
Это простейшая логическая задача, у которой есть два решения — «Звезда» и «Треугольник»:
В результате имеем у каждой схемы три вывода, которые можно подключать к источнику питания. А вот почему напрямую подключать не всегда возможно, об этом статья.
Эти схемы также имеют названия «Delta» и «Star», и могут обозначаться на схемах как D и S. Но чаще обозначение идёт от вида схем — Δ и Υ. Или D и Y.
Если интересно, можно у меня почитать, чем отличаются трехфазная система от однофазной, а линейное напряжение — от фазного.
На обратной крышке борно обычно указывают схемы подключения и обозначения выводов:
По по схемам мы плотно пройдёмся ниже.
И ещё немного теории.
Мощность на валу при подаче номинального напряжения будет одинакова хоть в Звезде, хоть в Треугольнике. А токи разные, ведь P=UI. Это происходит потому, что напряжение питания в этих схемах отличается в √3 раз, ток — тоже. В «Звезде» напряжение питания двигателя (линейное) больше номинала катушки, а в «Треугольнике» ток питания двигателя больше тока катушки в 1,73 раза.
Другими словами, если базовое рабочее напряжение катушки равно 220 В, то напряжение в «Звезде» будет 1,73 · 220=380 В. Другими словами, Uл=1,73 Uф, где Uф — это номинальное напряжение катушки, Uл — номинальное напряжение питания. Для треугольника ситуация повторяется, но только для тока.
Таким образом, если написано одно из напряжений, можно легко узнать другое напряжение и ток:
Вот этот же двигатель, вид на клеммы в коробке:
В данном случае приведён только треугольник, но чудес не бывает — этот двигатель может работать и в звезде, главное переключить правильно обмотки. Напряжение «Звезды» будет 1,73*400 = 690 В, ток в то же число меньше.
Кто хочет копнуть поглубже — в конце выложу для скачивания умные книги.
Какой двигатель можно подключать в «звезду-треугольник», а какой нет?
Двигатели наша (и не наша) промышленность выпускает разные. Но наиболее ходовые у нас (большинство читателей подтвердит) — низковольтные, для работы в сетях 0,4 кВ 50 Гц. Мы будем рассматривать как раз такие асинхронники. Они бывают на 2 вида напряжения — 220/380 и 380/660 В. Первое число — это «треугольник», второе — «звезда». Такое разделение идёт в основном от мощности, граница проходит примерно по 4 кВт.
Бывают номиналы на новый стандарт 230/400 или 240/440 В, но это не так важно.
Как видим, оба вида имеют вариант подключения 380 В. В первом случае для этого нужно собрать схему «звезда», во втором — «треугольник».
Жаль, но тут возникла путаница и нужно об этом помнить: напряжения на двигателе обозначаются как «Треугольник/Звезда», а схема, о которой речь, — «Звезда/Треугольник». В любом случае — номинальное напряжение в «Звезде» всегда больше в √3 раз!
Подробнее рассмотрим работу на этих напряжениях.
220/380 В
Вариант с низкими напряжениями 220/380 можно подключать на 220 В только в однофазную сеть через фазосдвигающий конденсатор либо от однофазного преобразователя частоты. И только в «Треугольнике»! А 380 В можно подключать в трехфазную сеть через контактор, либо УПП, либо частотник только в «Звезде»! Важно, что такие двигатели для работы в схеме «Звезда/Треугольник» использовать нельзя!
Центральная точка звезды, обозначенная «0», может быть подключена к нейтрали N, если она, конечно, есть. Но этого никто никогда не делает — ток по этому проводу будет мизерный, ибо двигатель — нагрузка симметричная.
Реальные примеры движков 220-380:
Как будет выглядеть подключение подобного двигателя в коробке:
Внизу «тройная» клемма — та самая точка «0», которая никуда не подключается.
380/660 В
Вариант с высокими напряжениями 380/660 идеально подходит для работы в схеме «Звезда/Треугольник». Для работы напрямую (через контактор или ПЧ) обмотки нужно собрать в «Треугольник».
Напряжение питания 660 В в реальной жизни не используется, а схема, показанная справа, используется для «раскрутки» ротора.
Реальные примеры:
Вот этот же двигатель, его коробка борно:
Как же так? — скажете вы. 22 кВт на 380? Напрямую, что ли? Нет конечно, иначе при его включении «тухла» бы сеть всего цеха, а здоровье энергосетей ждало бы серьезное испытание. Тем более, что он раскручивает тяжелый маховик вырубного пресса (справа видна полумуфта). Двигатель подключен через частотник, в этом весь секрет.
Звезда / Треугольник: работа схемы
Хорош теорию, даёшь практику! Как же реализован алгоритм работы схемы? Если очень коротко, схема «Звезда-Треугольник» работает так:
- Подается питание (а напряжение питания у нас во всех режимах 380 В) на выводы U1, V1, W1, а выводы U2, V2, W2 соединяются в одной точке.
Реализуется схема «Звезда», в которой вместо номинала 660 В подается 380 В:
- Так двигатель работает несколько секунд (от 5 с до нескольких минут, зависит от тяжести пуска). Это время задается таймером (реле времени), который входит в состав схемы.
- Далее питание полностью снимается на время второго таймера, двигатель по инерции вращается несколько периодов напряжения (время от 50 до 500 мс). Этот защитный интервал необходим для гарантированной безаварийной работы схемы. Контактор «звездного» режима должен успеть выключиться, прежде чем включится «треугольный» контактор. Ведь время выключения у контакторов всегда в несколько раз больше, чем время включения, из-за явлений намагничивания. К сожалению, эта пауза технически реализуется далеко не всегда...
- После второго таймера включается основной режим, «Треугольник», в котором двигатель получает нормальное питание и работает, пока его не выключат:
Всё, если коротко. Дальше будут временные диаграммы, будет всё понятно. Есть варианты и без второго таймера, но с обязательной блокировкой включения «Треугольника», пока не выключится «Звезда».
Вот как я нарисовал для себя схемку много лет назад:
Но у меня приличный блог, поэтому дальше будет красиво и по порядку. Теперь о том, как реализуется этот алгоритм. Для удобства разделим схему на две части, которые могут даже иметь разное питание — силовую и управляющую.
Реализация силовой части схемы
Понятно, что включение двигателя производится контакторами. Их нужно три.
Есть варианты схемы «Звезда-Треугольник» с использованием Преобразователей частоты и Устройств плавного пуска (мягкого пускателя, софтстартера), но не будем раздувать статью.
- КМ1 — это общий контактор, он подаёт питание на выводы U1, V1, W1 сразу и навсегда.
- КМ2 — контактор «Звезды», он соединяет выводы U2, V2, W2 в одну точку на время разгона.
- КМ3 — контактор «Треугольника», он подает питание на выводы U2, V2, W2 для дальнейшей работы в номинальном режиме.
Следите за цветами, буду и дальше их соблюдать для простоты восприятия:
- общий контактор КМ1 — синий,
- контактор «Звезды» КМ2 — зеленый,
- контактор треугольника КМ3 — красный.
Реализация части управления
Включать и выключать эти три контактора можно разными способами, вот несколько:
- Три тумблера. Самый простой и дешевый способ. А что? Главное соблюсти алгоритм!
- Специальный переключатель 0—Y—Δ. Его можно купить или собрать самостоятельно, из любого галетного или кулачкового, типа ПКП.
- Релейная схема с таймером. Её рассмотрим ниже.
- Управление от специализированного реле. Есть планы на отдельную статью, следите за новостями.
- Управление от универсального контроллера (PLC). Тут рассматривать нечего — это тот же 1 или 2 вариант, только управляет не человек, а программа.
Слаботочная часть может быть вообще гальванически развязана от силовой, например через трансформатор 380 /110 В или блок питания 220 / 24 VDC. Более того, вообще питаться от аккумулятора 12 В. Главное, чтобы напряжение катушек пускателей соответствовало. Что такое гальваническая развязка и почему она безопасна — читайте про систему заземления IT.
Короче, вот простейшая схема:
В контактах с временной задержкой все постоянно путаются. У меня — правильно)
Что такое КМ1, КМ2, КМ3, вы уже знаете, а вот КА1 — это реле времени с задержкой при включении. Реле может быть любым, хоть электронным, хоть пневматическим типа ПВЛ. Главное, чтобы контакты переключались из исходного состояния, через время задержки после подачи питания, на КА1.
Я писал подробно про задержку времени в статье про приставку выдержку времени ПВЛ. Рекомендую, там обширная теоретическая часть. Также годится электронное реле, как в статье про пневматический термопресс.
Подавать питание на схему (запускать двигатель) можно любыми способами — хоть тумблером, хоть через классическую схему с самоподхватом.
Минус такой схемы — есть опасность конфликта между КМ2 и КМ3. Поэтому я не очень люблю такую схему, т.к. она работает «на грани», и её безаварийность очень зависит от механики и конструкции контакторов. Из-за этого могут подгорать контакты, а может и выбивать вводной автомат. Поэтому обязательно необходима блокировка (электрическая и желательно механическая):
Блокировка реализована на НЗ контактах, подробно об этом и не только в статье про подключение двигателя при помощи магнитного пускателя. Между катушками показана механическая блокировка, не путать со схемой «Треугольник»!
Это реальная схема и можно её применять.
Кстати, вместо КА1.1 можно поставить НО-контакт с задержкой отключения. То есть, включается сразу после подачи питания, выключается через время. Но для этого нужно два отдельных реле времени с разными принципами работы, которые должны быть синхронизированы для гарантированной паузы. Именно так и реализуется в специализированных реле времени «Звезда-Треугольник».
Да, ещё замечание. Иногда включение питания общего контактора КМ1 реализуют не напрямую, а через НО контакт «Звезды» КМ2, затем КМ1 становится на самоподхват через свой НО контакт. Это необходимо для дополнительной проверки работоспособности реле времени КА1.
Временные диаграммы работы схемы «Звезда-Треугольник»
С привязкой к моей схеме управления, диаграммы включения контакторов:
Реальный пример схемы
Вот реальный пример такой схемы на электронном реле времени:
А вот пример схемы с управлением от контроллера:
В группе ВК СамЭлектрик.ру есть фото и видео, как работает эта схема.
Вот как красиво оформили схему немцы в своём компрессоре:
На входе схемы — три провода, на выходе — шесть. Так и должно быть.
Как переключить схему двигателя в «Звезду» и в «Треугольник» вручную
Если не нужна никакая автоматика, а двигатель работает постоянно в «Звезде» или в «Треугольнике», то используя рожковый ключ, можно переключить схему соединения обмоток вручную.
На оборотной стороне крышки борно, как обычно, приведена схема:
Двигатель питался напрямую от трехфазной сети 380 В через контактор и был собран в «Звезду»:
Откручиваем гайки М4, снимаем перемычки и провода питания:
Собираем схему в треугольник, на пониженное напряжение 220 В:
Переделка понадобилась в связи с тем, что нужно изменить скорость вращения двигателя, а для этого применить частотник. А частотники на такую мощность, как правило, однофазные. В результате — поехали!
Кстати, по частотникам планирую цикл статей, подписывайтесь.
Особенность работы в «Звезде»
В соответствии с ГОСТ 28173 (МЭК 60034-1) двигатели могут эксплуатироваться при отклонении напряжения ±5 % или отклонении частоты ±2 %. При этом параметры двигателей могут отличаться от номинальных, а превышения температуры обмоток могут быть более предельного по ГОСТ 28173 (МЭК 60034-1) на 10 °С.
К чему это я? Дело в том, что при пуске, когда двигатель работает в «Звезде», он работает не в режиме (напряжение отличается на 70 %!), что может привести к его перегреву, если это будет длиться долго. Будьте внимательны, защищайте двигатель от перегрева и перегрузки! Но это уже совсем другая история.
С видеоматериалами, относящимися к статье, можно ознакомиться здесь.
Источник: Александр/СамЭлектрик.ру
