Соединение в звезду – Схема соединения «Звезда»

Соединение проводов звездой и треугольником

Обмотки генераторов, трансформаторов, электродвигателей и других электрических приемников при их подключении к трехфазной сети соединяются двумя способами: звездой или треугольником. Эти схемы подключения сильно отличаются друг от друга и несут на себе разные токовые нагрузки. Поэтому есть необходимость разобраться в вопросе, как производится подключение звезда и треугольник – в чем разница?

Что собой представляют схемы

Подключение обмоток звездой – это их соединение в одной точке, которая носит название нулевая точка или нейтральная. Она обозначается буквой «О».

Схема подключения треугольником – это последовательное соединение концов рабочих обмоток, в которых начало одной обмотки соединяется с концом другой.

Разница очевидна. Но какую цель преследуют эти виды соединения, почему звезда треугольник применяются в разных электрических установках, в чем эффективность той и другой. Вопросов по данной теме возникает немало, с ними и надо разобраться.

Начнем с того, что при запуске того же электродвигателя ток, который называется пусковым, обладает высоким значением, который превышает номинальную его величину раз в шесть или восемь. Если это маломощный агрегат, то защита такую силу тока может выдержать, а если это электродвигатель большой мощности, то никакие защитные блоки не выдержат. И это вызовет обязательно «проседание» напряжения и выход из строя предохранителей или автоматических выключателей. Сам же двигатель начнет вращаться с небольшой скоростью, отличающуюся от паспортной. То есть, проблем с пусковым током немало.

Поэтому его надо просто снизить. Есть несколько для этого способов:

• установить в систему подключения электрического двигателя один из перечисленных приборов: трансформатор, дроссель, реостат;
• изменяется схема подключения обмоток ротора.

Именно второй вариант используется на производстве, как самый простой и эффективный. Просто производится преобразование схемы звезда в треугольник. То есть, во время пуска двигателя его обмотки соединяются по схеме звезда, затем как только мотор наберет обороты, переключается на треугольник. Процесс переключения звезды на треугольник производится автоматически.

Рекомендуется в электродвигателях, где используются одновременно два варианта соединения – звезда-треугольник, к соединению обмоток по схеме звезда, то есть, к их общей точке подключения, подсоединить нейтраль от сети питания. Для чего это необходимо делать? Все дело в том, что во время работы по данному варианту подсоединения появляется высокая вероятность асимметрии амплитуд разных фаз. Именно нейтраль будет компенсировать данную асимметрию, которая обычно появляется за счет того, что обмотки статора могут иметь разное индуктивное сопротивление.

Преимущества двух схем

У схемы звезда достаточно серьезные достоинства:

• плавный запуск электрического двигателя;
• номинальная его мощность будет соответствовать паспортным данным;
• двигатель будет работать нормально и при кратковременных высоких нагрузках, и при долгосрочных небольших перегрузов;
• в процессе работы корпус мотора не будет перегреваться.

Что касается схемы треугольник, то основное ее преимущество – это достижение электрическим двигателем в процессе его работы максимальной мощности. Но при этом рекомендуется строго придерживаться эксплуатационных режимов, которые расписаны в паспорте мотора. Тестирование электродвигателей, соединенных по схеме треугольник, показало, что его мощность в три раза больше, чем соединенных по схеме звезда.

Если говорить о генераторах, которые выдают ток в питающую сеть, то схемы соединения звезда и треугольник по своим техническим параметрам точно такие же. То есть, выдаваемое напряжение треугольником будет больше, правда, не в три раза, но не менее 1,73 раза. По сути, получается, что напряжение генератора при звезде, равное 220 вольт, преобразуется в 380 вольт, если провести переключение с одного варианта на другой. Но необходимо отметить, что мощность самого агрегата при этом остается неизменной, потому что все подчиняется закону Ома, в котором напряжение и сила тока находятся в обратной пропорциональности. То есть, увеличение напряжения в 1,73 раза, снижает ток точно на такую же величину.

Отсюда вывод: если в клеммной коробке генератора располагаются все шесть концов обмоток, то можно будет получить напряжение двух номиналов, отличающихся друг от друга коэффициентом 1,73.

Делаем выводы

Почему соединения треугольником и звездой сегодня присутствуют во всех современных мощных электродвигателях? Из всего вышесказанного становится понятным, что основное требование ситуации – это снизить токовую нагрузку, которая возникает в процессе пуска самого агрегата.

Если расписать формулы такого подключения, то они будут выглядеть вот так:

Uф=Uл/1,73=380/1,73=220, где Uф – напряжение на фазах, Uл – на питающей линии. Это соединение звездой.

После того, как электрический агрегат разгонится, то есть, скорость его вращения станет соответствовать паспортным данным, произойдет переход на треугольник со звезды. Отсюда фазное напряжение станет равным линейному.

Главная страница » Электродвигатель асинхронный: схемы звезда треугольник

Электродвигатель асинхронный – электромеханическое оборудование, широко распространённое в различных сферах деятельности, а потому знакомое многим. Между тем, даже учитывая тесную связь асинхронного электродвигателя с народом, редкий «сам себе электрик» способен раскрыть всю подноготную этих приборов. Например, далеко не каждый «держатель пассатижей» может дать точный совет: как соединить обмотки электродвигателя «треугольником»? Или как ставить перемычки схемы соединения обмоток двигателя «звездой»? Попробуем раскрыть эти два простых и одновременно сложных вопроса.

Электродвигатель асинхронный: устройство

Как говаривал Антон Павлович Чехов:

Начать повторение темы электрических асинхронных двигателей логично детальным обзором конструкции. Двигатели стандартного исполнения построены на базе следующих конструктивных элементов:

• алюминиевый корпус с элементами охлаждения и крепёжным шасси;
• статор – три катушки, намотанные медным проводом на кольцевой основе внутри корпуса и размещённые противоположно одна другой под угловым радиусом 120º;
• ротор – металлическая болванка, жёстко закреплённая на валу, вставляемая внутрь кольцевой основы статора;
• подшипники упорные для вала ротора – передний и задний;
• крышки корпуса – передняя и задняя, плюс крыльчатка для охлаждения;
• БРНО – верхняя часть корпуса в виде небольшой прямоугольной ниши с крышкой, где размещается клеммник крепления выводов обмоток статора.

Структура мотора: 1 – БРНО, где размещается клеммник; 2 – вал ротора; 3 – часть общих статорных обмоток; 4 – крепёжное шасси; 5 – тело ротора; 6 – корпус алюминиевый с рёбрами охлаждения; 7 – крыльчатка пластиковая или алюминиевая

Вот, собственно, вся конструкция. Большая часть асинхронных электродвигателей являются прообразом именно такого исполнения. Правда, встречаются иногда экземпляры несколько иной конфигурации. Но это уже исключение из правил.

Обозначение и разводка статорных обмоток

Остаются в эксплуатации ещё достаточно большое число асинхронных электродвигателей, где обозначение статорных обмоток выполнено по устаревшему стандарту.

Таким стандартом предусматривалась маркировка символом «С» и добавлением к нему цифры — номера вывода обмотки, обозначающего её начало либо конец.

При этом цифры 1, 2, 3 – всегда относятся к началу, а цифры 4, 5, 6, соответственно, обозначают концы. Например, маркеры «С1» и «С4» обозначают начало и конец первой статорной обмотки.

Маркировка концевых частей проводников, выводимых на клеммник БРНО: А – устаревшее обозначение, но всё ещё встречающееся на практике; В – современное обозначение, традиционно присутствующее на маркерах проводников новых моторов

Современные стандарты изменили эту маркировку. Теперь отмеченные выше символы заменены другими, соответствующими международному образцу (U1, V1, W1 – начальные точки, U2, V2, W2 – концевые точки) и традиционно встречаются при работе с асинхронными движками нового поколения.

Проводники, исходящие от каждой из обмоток статора, выводятся в область клеммной коробки, что находится на корпусе электродвигателя и подключаются к индивидуальной клемме.

В общей сложности количество индивидуальных клемм равно числу выведенных начальных и конечных проводов общей намотки. Обычно это 6 проводников и такое же число клемм.

Таким выглядит клеммник движка стандартной конфигурации. Шесть выводов соединяются латунными (медными) перемычками перед подключением мотора под соответствующее напряжение

Между тем, встречаются также вариации развода проводников (редко и обычно на старых моторах), когда в область БРНО выведены 3 провода и присутствуют только 3 клеммы.

Как подключать «звезду» и «треугольник»?

Подключение асинхронного электродвигателя с выведенными на клеммную коробку шестью проводниками, выполняется стандартной методикой с помощью перемычек.

Размещая должным образом перемычки между индивидуальными клеммами, легко и просто установить необходимую схемную конфигурацию.

Так, чтобы создать интерфейс для подключения «звездой», следует начальные проводники обмоток (U1, V1, W1) оставить на индивидуальных клеммах одиночными, а клеммы концевых проводников (U2, V2, W3) соединить между собой перемычками.

Схема соединения «звезда». Отличается высокой потребностью линейного напряжения. Даёт плавный ход ротора в режиме запуска

Если же потребуется создать схему соединения «треугольник», вариант размещения перемычек изменяется. Для соединения статорных обмоток треугольником нужно соединить начальные и концевые проводники обмоток по следующей схеме:

• начальная U1 – концевая W2
• начальная V1 – концевая U2
• начальная W1 – концевая V2

Схема соединения «треугольник». Отличительная черта – высокие пусковые токи. Поэтому зачастую моторы по этой схеме предварительно запускаются на «звезде» с последующим переводом в рабочий режим

Подключение для обеих схем, конечно же, предполагается в трёхфазную сеть с напряжением 380 вольт. Особой разницы при выборе того или иного схемного варианта нет.

Однако следует учитывать большую потребность в линейном напряжении для схемы «звезда». Эту разницу, собственно, показывает маркировка «220/380» на технической пластине моторов.

Вариант последовательного соединения «звезда-треугольник» в рабочем режиме видится оптимальным пусковым методом 3-фазного асинхронного электродвигателя переменного тока. Этот вариант часто используется для плавного пуска мотора при малых начальных токах.

Первоначально подключение организуется по схеме «звезды». Затем, через некоторый промежуток времени, моментальным переключением выполняется соединение на «треугольник».

Подключение с учётом технической информации

Каждый асинхронный электродвигатель обязательно оснащается металлической пластиной, которая закреплена на боковине корпуса.

Такая пластина является своего рода панелью-идентификатором оборудования. Здесь размещается вся необходимая информация, требуемая для корректной установки изделия в сеть переменного тока.

Техническая пластина на боковине корпуса движка. Здесь отмечаются все важные параметры, требуемые для обеспечения нормальной работы электродвигателя

Этими сведениями не следует пренебрегать, включая мотор в цепь питания электрическим током. Нарушения условий, отмеченных на информационной пластине – это всегда первые причины выхода моторов из строя.

Что указывается на технической пластине асинхронного электродвигателя?

1. Тип мотора (в данном случае – асинхронный).
2. Число фаз и рабочая частота (3Ф / 50 Гц).
3. Схема включения обмоток и напряжение (треугольник/звезда, 220/380).
4. Рабочий ток (на «треугольнике» / на «звезде»)
5. Мощность и число оборотов (кВт / об. мин).
6. КПД и COS φ (% / коэффициент).
7. Режим и класс изоляции (S1 – S10 / А, В, F, H).
8. Производитель и год выпуска.

Обращаясь к технической пластине, электрик уже предварительно знает на каких условиях допустимо включать мотор в сеть.

С точки зрения подключения «звездой» или «треугольником», как правило, существующая информация даёт электрику знать, что в сеть 220В корректно подключение «треугольником», а на линию 380В асинхронный электродвигатель следует включать «звездой».

Испытывать мотор либо эксплуатировать следует только при условии разводки через защитный автоматический выключатель. При этом внедряемый в цепь асинхронного электродвигателя автомат следует корректно подбирать по току отсечки.

Трёхфазный асинхронный электродвигатель в сети 220В

Теоретически и практически тоже, асинхронный электродвигатель, рассчитанный на подключение к сети через три фазы, может работать в однофазной сети 220В.

Как правило, этот вариант актуален лишь для моторов мощностью не выше 1,5 кВт. Объясняется сие ограничение банальным дефицитом ёмкости дополнительного конденсатора. На большие мощности требуется ёмкость под высокие напряжения, измеряемая сотнями мкФ.

Применяя конденсатор, можно организовать работу трёхфазного двигателя в сети 220 вольт. Однако при этом теряется практически половина полезной мощности. Уровень КПД снижается до 25-30%

Действительно, самый простой способ запуска трёхфазного асинхронного электродвигателя в однофазной сети 220-230В, это исполнение соединения через так называемый пусковой конденсатор.

То есть из трёх существующих клемм две объединяются в одну включением между ними конденсатора. Образованные таким образом две сетевых клеммы присоединяются к сети 220В.

Переключением сетевого провода на клеммах с подключенным конденсатором можно изменять направление вращения вала мотора.

Включением в трёхфазный клеммник конденсатора, схема подключения трансформируется в двухфазную. Но для чёткой работоспособности двигателя требуется мощный конденсатор

Номинальная ёмкость конденсатора рассчитывается по формулам:

Сзв = 2800 * I / U

C тр = 4800 * I / U

где: C – искомая ёмкость; I – пусковой ток; U – напряжение.

Однако простота требует жертв. Так и здесь. При подходе к решению задачи пуска с помощью конденсаторов отмечается существенная потеря мощности мотора.

Чтобы компенсировать потери, приходится изыскивать конденсатор большой ёмкости (50-100 мкФ) с рабочим напряжением не менее 400-450В. Но даже в этом случае удаётся набрать мощность не более 50% от номинала.

Поскольку подобные решения используются чаще всего для асинхронных электродвигателей, которые предполагается запускать и отключать с частой периодичностью, логично применять схему, несколько доработанную по сравнению с традиционным упрощённым вариантом.

Схема для организации работы в сети 220 вольт с учётом частых включений и отключений. Применение нескольких конденсаторов позволяет в какой-то степени компенсировать потери мощности

Минимум потерь мощности даёт схема включения «треугольником» в отличие от схемы «звезды». Собственно, на этот вариант указывает и техническая информация, что размещается на технических пластинах асинхронных движков.

Как правило, на бирке именно схема «треугольника» соответствует рабочему напряжению 220В. Поэтому на случай выбора способа соединения, прежде всего, следует взглянуть на табличку технических параметров.

Нестандартные клеммники БРНО

Изредка встречаются конструкции асинхронных электродвигателей, где БРНО содержит клеммник на 3 вывода. Для таких моторов применяется схема разводки внутреннего исполнения.

То есть, та же «звезда» либо «треугольник» схематично выстраиваются соединениями непосредственно в области расположения статорных обмоток, куда доступ затруднён.

Вид нестандартного клеммника, какие могут встречаться на практике. При такой разводке следует руководствоваться исключительно сведениями, указанными на технической пластине

Конфигурировать такие движки как-то иначе, в бытовых условиях не представляется возможным. Информация на технических табличках движков с нестандартными клеммниками обычно указывает схему внутреннего развода «звезда» и напряжение, при котором допустимо эксплуатировать электродвигатель асинхронного типа.

Видео включения мотора 380В на 220В

Видеороликом ниже демонстрируется, каким образом допустимо включить электрический двигатель с обмоткой под напряжение 380 вольт к сети с напряжением 220 вольт (бытовая сеть). Такая потребность — частое явление в бытовой практике.

Трехфазная цепь является совокупностью трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые относительно друг друга по фазе на 120 o , создаваемые общим источником. Участок трехфазной системы, по которому протекает одинаковый ток, называется фазой.

Трехфазная цепь состоит из трехфазного генератора, соединительных проводов и приемников или нагрузки, которые могут быть однофазными или трехфазными.

Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину. На статоре генератора размещена обмотка, состоящая из трех частей или фаз, пространственно смещенных относительно друг друга на 120 o . В фазах генератора индуктируется симметричная трехфазная система ЭДС, в которой электродвижущие силы одинаковы по амплитуде и различаются по фазе на 120 o . Запишем мгновенные значения и комплексы действующих значений ЭДС.

Сумма электродвижущих сил симметричной трехфазной системы в любой момент времени равна нулю.

Соответственно

На схемах трехфазных цепей начала фаз обозначают первыми буквами латинского алфавита ( А, В, С ), а концы — последними буквами ( X, Y, Z ). Направления ЭДС указывают от конца фазы обмотки генератора к ее началу. Каждая фаза нагрузки соединяется с фазой генератора двумя проводами: прямым и обратным. Получается несвязанная трехфазная система, в которой имеется шесть соединительных проводов. Чтобы уменьшить количество соединительных проводов, используют трехфазные цепи, соединенные звездой или треугольником.

2. Соединение в звезду. Схема, определения

Если концы всех фаз генератора соединить в общий узел, а начала фаз соединить с нагрузкой, образующей трехлучевую звезду сопротивлений, получится трехфазная цепь, соединенная звездой. При этом три обратных провода сливаются в один, называемый нулевым или нейтральным. Трехфазная цепь, соединенная звездой, изображена на рис. 7. 1.

Рис. 6.1

Провода, идущие от источника к нагрузке называют линейными проводами, провод, соединяющий нейтральные точки источника N_и приемника N’ называют нейтральным (нулевым) проводом. Напряжения между началами фаз или между линейными проводами называют линейными напряжениями. Напряжения между началом и концом фазы или между линейным и нейтральным проводами называются фазными напряжениями. Токи в фазах приемника или источника называют фазными токами, токи в линейных проводах — линейными токами. Так как линейные провода соединены последовательно с фазами источника и приемника, линейные токи при соединении звездой являются одновременно фазными токами.

Z_N — сопротивление нейтрального провода.

Линейные напряжения равны геометрическим разностям соответствующих фазных напряжений

(7.1)

На рис. 6.2 изображена векторная диаграмма фазных и линейных напряжений симметричного источника.

Рис. 6.2

Из векторной диаграммы видно, что

При симметричной системе ЭДС источника линейное напряжение больше фазного в √3 раз.

morflot.su

§60. Схема соединения «звездой»

Схема «звезда с нулевым проводом». При соединении фазных обмоток источника трехфазного тока (например, генератора) по схеме «звезда с нулевым проводом» концы его трех обмоток соединяют в общий узел 0, который называется нулевой точкой, или нейтралью источника (рис. 206). Приемники электрической энергии объединяют в три группы Z_A, Z_B и Z_c (фазы нагрузки), концы которых также соединяют в общий узел 0′ (нулевая точка, или нейтраль нагрузки). Обмотки источника соединяют с фазами нагрузки четырьмя проводами. Провода 1, 2 и 3, присоединенные к началам фазных обмоток (А, В, С), называют линейными. Провод 4, соединяющий нулевые точки 0 и 0′, называют нулевым, или нейтральным. Напряжения u_А, u_в и u_с между началами и концами обмоток отдельных фаз источника или фаз нагрузки Z_A, Z_B и Z_c называют фазными. Они равны также напряжениям между каждым из линейных проводов и нулевым проводом. При отсутствии потери напряжения в обмотках источника (при холостом ходе) фазные напряжения равны соответствующим э. д. с. в этих обмотках. Фазными токами i

A, i_B, i_c называют токи, протекающие по обмоткам источника или фазам нагрузки Z_A, Z_B и Z_c. Напряжения u_AB, u_BC, u_CA между линейными проводами и токи, проходящие по этим проводам, называют линейными.

Примем условно за положительное направление токов i_A, i_B и i_c в фазах источника — от конца соответствующей фазы к ее началу,

Рис. 206. Схема «звезда с нулевым проводом», направление в ней линейных и фазных токов и напряжений

Рис. 207. Векторные диаграммы напряжений для схемы «звезда с нулевым проводом»

в фазах нагрузки — от начала к концу, а в линейных проводах — от источника к приемнику. Будем считать положительными напряжения u_А, u_B и u_C в фазах источника и нагрузки, если они направлены от начала фаз к концам, а линейные напряжения u_АВ, u_BC, u_СА — если они направлены от предыдущей фазы к последующей.

Из рис. 206 следует, что в схеме «звезда» линейные токи равны фазным, т. е. I_л = I_ф, так как при переходе от фазы источника или нагрузки к линейному проводу нет каких-либо ответвлений. Мгновенные значения напряжений согласно второму закону Кирхгофа:

u_АВ = u_А – u_B; u_BC = u_B – u_С; u_СА = u_С – u_А.

Переходя от мгновенных значений напряжений к их векторам, имеем:

?_АВ = ?_А – ?_B; ?_BC = ?_B – ?

С; ?_СА = ?_С – ?_А.

Следовательно, линейное напряжение равно разности векторов соответствующих фазных напряжений. По полученным векторным уравнениям можно построить векторную диаграмму (рис. 207, а), которую можно преобразовать в диаграмму (рис. 207,б). Из этой диаграммы видно, что в симметричной трехфазной системе векторы линейных напряжений ?_AB, ?_ВС, ?_СА образуют равносторонний треугольник ABC, внутри которого расположена симметричная трехлучевая звезда фазных напряжений ?_А, ?_В, ?_С. В равнобедренных треугольниках АОВ, ВОС и СОА основание равно U_л две другие стороны — U_ф и острый угол между этими сторонами и основанием составляет 30°. Следовательно,

U_л = 2U_ф cos 30° = 2U ?3 / 2 = ?3 U_ф

Таким образом, в трехфазной системе, соединенной по схеме «звезда с нулевым проводом», линейное напряжение больше фазного

в ?З раз. Величина ?З = 1,73 положена в основу шкалы номинальных напряжений переменного тока: 127, 220, 380 и 660 В. В этом ряду каждое следующее значение напряжения больше предыдущего в 1,73 раза.

В нулевом проводе проходит ток i0, мгновенное значение которого равно алгебраической сумме мгновенных значений токов, проходящих в отдельных фазах: i0 = iA+iB+ic.

Переходя от мгновенных значений токов к их векторам, имеем:
?₀=?_A+?_B+?_C.

Векторы токов ?_А, ?_В и ?_С сдвинуты относительно векторов соответствующих напряжений ?_A, ?_B, ?_С на углы ?_A, ?_B, ?_C (рис. 208, а). Значения этих углов зависят от соотношения между активным и реактивным сопротивлениями, включенными в данную фазу. На этой же диаграмме показано сложение векторов ?_А, ?_В и ?_C для определения вектора тока ?

0. Обычно ток ?₀ меньше токов

Рис. 208. Векторные диаграммы напряжений и токов в отдельных фазах для схемы «звезда с нулевым проводом» при неравномерной (а) и равномерной (б) нагрузках фаз

I_A, 1_В и I_C в линейных проводах, поэтому нулевой провод имеет площадь поперечного сечения, равную или даже несколько меньшую площади сечения линейных проводов.

В схеме «звезда с нулевым проводом» приемники электрической энергии можно включать на два напряжения: линейное U_л (при подключении к двум линейным проводам) и фазное U_Ф (при подключении к нулевому и одному из линейных проводов).

Схема «звезда без нулевого провода». При равномерной или симметричной нагрузке всех трех фаз, когда во всех фазах включены одинаковые активные и реактивные сопротивления (R_A =R_B = R_C и Х_A=Х_В=Х_С), фазные токи i

A, i_B и i_C будут равны по величине и сдвинуты от соответствующих фазных напряжений на равные углы. В этом случае получаем симметричную систему токов, при которой токи i_A, i_B, i_C будут сдвинуты по фазе друг относительно друга на угол 120°, а ток i₀ в нулевом проводе в любой момент времени равен нулю (рис. 208,б).

Очевидно, что при равномерной нагрузке можно удалить нулевой провод и передавать электрическую энергию источника к приемнику по трем линейным проводам 1, 2 и 3 (рис. 209). Такая схема называется «звезда без нулевого провода». При трехпровод-ной системе передачи электрической энергии в каждое мгновение ток по одному (или двум) проводу проходит от источника трехфазного тока к приемнику, а по двум другим (или одному) протекает обратно от приемника к источнику (рис. 210). Векторная диаграмма напряжений для схемы «звезда без нулевого провода» при равномерной нагрузке фаз будет такая же, как и для схемы «звезда с нулевым проводом» (см. рис. 207). Такими же будут и соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями:

I_л = I_Ф и U_л = ?3 U_Ф

Следует отметить, что схема «звезда без нулевого провода» может быть применена только при равномерной нагрузке фаз. Практически это имеет место лишь при подключении к источникам трехфазного тока электрических двигателей, так как каждый трехфазный электродвигатель снабжен тремя одинаковыми обмотками, которые равномерно нагружают все три фазы. При неравномерной нагрузке напряжения на отдельных фазах нагрузки будут различными. На некоторых фазах (с меньшим сопротивлением) напряжение уменьшится, а на других увеличится по сравнению с нормальным, что является недопустимым.

Рис. 209. Схема «звезда без нулевого провода»

Практически неравномерная нагрузка фаз возникает при питании трехфазным током электрических ламп, так как в этом случае распределение тока между всеми тремя фазами не может быть гарантировано (отдельные лампы могут включаться и выключаться в индивидуальном порядке). Особенно опасны в схеме «звезда без нулевого провода» обрыв или короткое замыкание в одной из фаз. Можно показать путем построения соответствующих векторных диаграмм, что при обрыве в одной из фаз напряжение в других двух фазах уменьшается до половины линейного, вследствие чего лампы, включенные в эти фазы, будут гореть с недокалом. При коротком замыкании в одной из фаз напряжение в других фазах увеличивается до линейного, т. е. в ?З раз, и все лампы, включенные в этих фазах, перегорят. Поэтому при схеме «звезда с нулевым проводом» во избежание разрыва цепи нулевого провода в ней не устанавливают предохранители и выключатели.

Рис 210. Кривые изменения токов в линейных проводах (а) при трехпроводной системе и направление в них токов в различные моменты времени (б в, г)

electrono.ru

Соединение фаз потребителей электроэнергии в звезду

Схема соединения фаз электроприемников «звезда» получила очень широкое распространение в электроэнергетике. Принципиальная схема соединения звездой показана ниже:

Из схемы видно, что фазные напряжения приемника U_a, U_b, U_c не равны линейным напряжениям U_ab, U_bc, U_ca. Если применить к контурам aNba, bNcb, cNac второй закон Кирхгофа получим соотношение для фазных и линейных напряжений:

Если сопротивления нейтрального провода и линейных проводов не учитывать, то можно предположить, что напряжение на клеммах генератора и электроприемника равны. Вследствие указанного равенства векторные диаграммы для источника и приемника электрической энергии будут одинаковы.

Фазные и линейные напряжения приемника, как и источника, будут образовывать две симметричные системы напряжений. Соответственно между фазными и линейными значениями напряжений будет существовать определенная зависимость:

Далее будет показано, что соотношение (2) будет справедливо лишь при определенных условиях, а также в случае отсутствия нулевого провода, то есть в трехпроводной сети.

Исходя из указанного выше соотношения (2) можно сделать вывод, что соединение звездой лучше применять в случае, когда каждая фаза трехфазного электроприемника или однофазные приемники рассчитаны на напряжение в раз меньше, чем номинальное линейное напряжение сети.

Также из схемы соединения звезда (смотри схему выше) видно, что при соединении приемников звездой фазные токи будут равны линейным:

Применив первый закон Кирхгофа можно получить соотношение между токами при соединении электроприемников звездой:

Зная фазные токи с помощью формулы (4) можно вычислить ток нейтрального провода I_N. В случае отсутствия нейтрального провода справедливо будет выражение:

Симметричная нагрузка при соединении приемников звездой

Нагрузка считается симметричной тогда, когда реактивные и активные сопротивления каждой фазы будут равны, то есть выполняется равенство:

Условие симметричности также может быть выражено через комплексные сопротивления Z_a = Z_b = Z_c.

Симметричная нагрузка в сети возникает при подключении трехфазных электроприемников. Будем считать, что данная система имеет нейтральный провод.

В отношении любой из фаз при симметричной нагрузке будут справедливы все формулы, полученные для однофазной сети, например для фазы А:

Так как в четырехпроводной цепи U_a = U_b = U_c = U_л /  , то при симметричной нагрузке:

Векторная диаграмма при симметричной активно-индуктивной нагрузке приведена выше. Из приведенных выражений и векторной диаграммы следует, что при симметричной нагрузке образуется симметричная система токов, поэтому ток в нейтральном проводе будет равен I_N = I_a + I_b + I_c = 0.

Отсюда можно сделать вывод, что при симметричной нагрузке отключение нейтрального провода не приведет к серьезным нарушениям работы электроприемников, то есть не произойдет изменение фазных напряжений, углов сдвига, токов, мощностей.

Из сказанного выше следует, что при симметричной нагрузке в нейтральном проводе нет необходимости, и довольно часто в симметричных системах нейтральный провод не применяется.

Мощность трехфазного приемника электрической энергии при симметричной нагрузке можно выразить формулами:

Как правило, для трехфазных приемников электрической энергии в качестве номинальных параметров указываются линейные напряжения и токи. Исходя из этого, целесообразней выражать мощность трехфазной цепи тоже через линейные напряжения и тока, поэтому подставим в формулу (6) линейные значения и получим:

Пример

К трехфазной электрической цепи с линейным напряжением U_л = U_ab = U_bc = U_ca = 380 В необходимо подключить трехфазный электроприемник, каждая фаза которого рассчитывается на фазное напряжение в 220 В и имеет активное сопротивление r_ф = 10 Ом и индуктивное сопротивление х_ф = 10 Ом, которые соединены последовательно. Необходимо определить мощности, углы сдвига между токами и напряжениями (cos φ) и фазные токи.

Решение

Каждая фаза потребителя электрической энергии рассчитана на напряжение в раз меньше номинального, то фазы потребителя нужно соединять в звезду. Поскольку нагрузка в данном случае симметричная, то нулевой провод (нейтраль) к потребителю можно не подводить.

Фазные тока, углы сдвига cos φ, а также полны сопротивления фаз будут иметь вид:

Активная, реактивная и полная мощности  приемника, а также любой фазы будут равны:

Векторная диаграмма для данной системы приводилась выше.

Несимметричная нагрузка при соединении приемников звездой

Нагрузка трехфазной электрической сети будет считаться несимметричной, если хотя бы одно из фазных сопротивлений не равно другим. Проще говоря, сопротивления фаз не равны, например: r_a = r_b = r_c, x_a = x_b ≠ x_c. В общем случае  считают, что несимметричная нагрузка возникает при отключении одной из фаз.

Возникает не симметрия чаще всего при подключении к трехфазной сети однофазных электроприемников. Они могут иметь различные мощности, режимы работы, различное территориальное расположение, что тоже влияет на величину фазной нагрузки.

В случае, когда необходимо подключить однофазные потребители электрической энергии, для более равномерной загрузки их делят на три примерно одинаковые по мощности группы.

Один вывод однофазных потребителей подключают к одной из трех фаз, а второй вывод подключают к нейтральному проводу. Так как все электроприемники рассчитываются на одно напряжение, то в пределах каждой фазы они соединяются параллельно.

Главной особенностью электрической сети несимметричной нагрузкой является то, что она должна в обязательном порядке иметь нейтральный провод. Это объяснимо тем, что при его отсутствии величины фазных напряжений будут в значительной степени зависеть от величины не симметрии сети, то есть от величин и характера сопротивления каждой из фаз. Поскольку сопротивления фаз могут варьироваться довольно в широких пределах в зависимости от количества подключенных электроприемников, также широко будет варьироваться и напряжения на потребителях электрической энергии, а это недопустимо.

Для иллюстрации выше сказанного ниже приведена векторная диаграмма для трехфазной несимметричной цепи при наличии нейтрального провода:

Ниже приведена приведена векторная диаграмма для этой же цепи, но при отсутствии нулевого рабочего (нейтрального) провода:

Также можно посмотреть видео, где объясняется, что может произойти в электрической цепи при обрыве нулевого провода:

Необходимость нулевого провода станет еще более очевидной, если представить, что вам необходимо подключить однофазного потребителя к одной из фаз, при этом остальные две подключать нельзя, так как приемник рассчитан на фазное напряжение 220 В, а не на линейное 380В, как в таком случае получить замкнутый контур для протекания электрического тока? Только использовать нулевой рабочий проводник.

Для повышения надежности соединения электроприемников в цепь нулевого рабочего проводника не устанавливают коммутационную аппаратуру (автоматические выключатели, предохранители или разъединители).

Фазные токи, углы сдвига, а также фазные мощности при несимметричной нагрузке будут различными. Для вычисления их фазных значений можно применить формулу (5), а вот для вычисления трехфазной мощности формула (6) уже не подходит. Для определения мощностей необходимо пользоваться выражением:

Если существует необходимость определения тока нейтрального провода, то необходимо решать задачу комплексным методом. Если существует векторная диаграмма, то определить ток можно по ней.

Пример

В осветительной электрической сети с напряжением в 220 В в фазе А включено 20 ламп, фазе В – 10 ламп, а в фазе С – 5 ламп. Параметры лампы U_ном = 127 В, Р_ном = 100 Вт. Необходимо определить ток нейтрального провода и каждой лампы.

Решение

Если учесть, что лампы накаливания имеют только активное сопротивление (реактивное слишком мало и им пренебрегают), то по формуле мощности определим ток лампы, а по закону Ома ее сопротивление:

Зная число и сопротивление ламп нетрудно определить сопротивления фаз, а также фазные токи:

Для определения тока в нейтральном проводе I_N решим задачу комплексным методом. Так как при сделанных ранее допущениях комплексные напряжения приемника равны комплексным ЭДС источника, получим:

Где комплексные значения фазных сопротивлений будут равны Z_a = 8,05 Ом, Z_b = 16,1 Ом, Z_с = 32,2 Ом.

Комплексные значения токов, а также действующее значение тока нейтрального провода будут иметь вид:

elenergi.ru

Соединение обмоток трансформатора в треугольник, звезду и зигзаг

Перед рассмотрением вопросов о группах соединений трансформаторов рассмотрим основные виды соединения обмоток силовых трансформаторов.

Соединение обмоток трансформатора в звезду

При соединении в звезду действуют следующие соотношения –

• линейные токи равны фазным,
• линейные напряжения больше фазных в √3 раз

Возможно множество вариантов соединения обмоток трансформатора в звезду, некоторые из них приведены на рисунке ниже. И, как говорится, не все из них одинаково полезны, а точнее, для разных случаев необходима разная схема соединений.

Следует отметить, что в звезду можно соединить как один трехфазный трансформатор, так и три однофазных. На рисунке обозначаются:

• А, В, С – начала обмоток высшего напряжения
• Х, Y, Z – окончания обмоток высшего напряжения
• a, b, c – начала обмоток низкого напряжения
• x, y, z – окончания обмоток низкого напряжения

Соединение обмоток трансформатора в треугольник

Соединение в треугольник так называется из-за внешнего сходства с треугольником (видно на рисунке).

При соединении в треугольник действуют следующие соотношения –

• линейные токи больше фазных в √3 раз
• линейные напряжения равны фазным

Три вторичные обмотки, при соединении в треугольник соединены последовательно, образуя тем самым замкнутую цепь. В этой цепи отсутствует ток, так-как ЭДС фаз сдвинуты на 120 градусов и их сумма в каждый момент времени равна нулю. Так же ток равен нулю при соблюдении тотчасно следующих условий – ЭДС имеют синусоидальную форму, обмотки имеют одинаковые числа витков.

Звезда и треугольник в вопросе о третьих гармониках трансформаторов

В трансформаторах схему треугольник используют кроме прочего для получения токов третьих гармоник, которые необходимы для создания синусоидальной ЭДС вторичных обмоток. Другими словами, для исключения третьей гармонической составляющей в магнитном потоке.

Чтобы ввести третьи гармоники при соединении в звезду — соединяют нейтраль звезды с нейтралью генератора, по этому пути и начинают пробегать третьи гармоники.

Соединение обмоток трансформатора в зигзаг

Соединение в зигзаг используется в случае, если на вторичных нагрузках неравномерная нагрузка. После соединения в зигзаг нагрузка распределяется более равномерно по фазам и магнитный поток трансформатора сохраняет равновесие, несмотря на неравномерную нагрузку.

Рассмотрим соединение в зигзаг-звезду трехфазного силового трансформатора. Схематично изображение приведено на рисунке.

Первичные обмотки соединяются в звезду. Далее разделяем каждую вторичную обмотку напополам. И далее соединяем, как показано на рисунке.

При соединении в зигзаг-звезду потребуется большее число витков, чем при простой звезде. Также при таком соединении возможно получение трех классов напряжения, например 380-220-127В.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

---

---

Последние статьи

---

Самое популярное

pomegerim.ru

Соединение приемников электроэнергии звездой

Приемник энергии, т.к. и обмотки генераторов могут соединяться звездой, при этом получается четырехпроводная или трехпроводная система.

Линейный и фазный ток это один и тот же ток, поэтому .

Если нагрузка симметричная, т.е. токи в фазах равны, то ток в нейтральном проводе равен нулю.

Для точки О’ мгновенное значение

, т.е. необходимость в нейтральном проводе отпадает.

Если же нагрузка не симметричная, т.е. сопротивление фаз, а следовательно – и токи, различны, то в нейтральном проводе появляется ток.

Ток в нейтральном проводе согласно первому закону Кирхгофа. Следовательно, между нулевыми точками генератора и потребителя возникает напряжение, которое называется смещением нейтрали. Это напряжение можно определить методом узлового напряжения.

Напряжение на отдельных фазах приемника можно определить

В результате, если , то при несимметричной нагрузке напряжение на отдельных потребителях будет неодинаковым.

Для выравнивания напряжений стремятся уменьшить до нуля, аэто можно сделать двумя способами: 1. выровнять нагрузки отдельных фаз, тогда 2. нейтральный провод выполнить с очень малым сопротивлением, т.е.

Обычно ток в нейтральном проводе в 2-3 раза меньше, чем в линейных проводах, поэтому его можно выполнить с меньшим сечением. Обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке вызывает изменение фазных токов и напряжения, поэтому предохранители в нейтральном проводе не устанавливаются.

Соединение приемников энергии треугольником

За положительное на-правление тока в линейных проводах принимают направле-ние от источника нагрузки, а за поло-жительное направле-ние в фазах приемника принимают направле-ние от начала фазы к концу, т.е. от

к , отки отки соответственно обозначают линейные токи:

фазные токи:

Определим соотношения между линейными и фазными токами:

т.А’;

т.В’;

т.С’;

Фазные токи в приемниках можно определить по закону Ома:

Из треугольников токов очевидно, что .

Порядок расчета трехфазной системы

При соединении звездой

Эти же формулы справедливы и при соединении треугольником.

Схемы соединения приемников на зависят от схем соединения обмоток генератора. Приемник должен быть включен так, чтобы на зажимах каждой фазы было номинальное фазное напряжение.

Пример:



.

На электродвигателях указывают /- 380/220.

Получение вращающегося магнитного поля

Для получения вращающегося магнитного поля необходимо:

1. фазные обмотки должны быть смещены по окружности статора на угол 120⁰;

2. токи в фазах должны быть смещены также на угол 120⁰.

Если ток положительный, считаем, что он направлен от начала фазы к концу, а если он отрицательный, то он направлен от конца фазы к началу.

Принцип действия асинхронного двигателя

Вращающееся магнитное поле, пересекая стержни ротора, наводит в них ЭДС электромагнитной индукции, направление которой можно определить по правилу правой руки.

Под действием этой ЭДС в к.з. обмотке ротора возникает ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора и проводников с током обмотки ротора создает электромагнитную силу, направление которой определяют по правилу левой руки.

Под действием силы возникает вращающий момент, и ротор будет вращать в том же направлении, что и поле статора. Ротор будет вращаться со скоростью, меньшей, чем поле статора, т.к. в противном случае поле статора не будет пересекать проводники обмотки ротора, и ток в них исчезнет. Поэтому двигатель называют асинхронными, т.к. всегда.

studfile.net

что значит треугольное соединение проводников и звездочное. их различия

соединение звезда/треугольник Способов соединения ФАЗ в 3Ф цепях два: треугольником и звездой. Соединение звезда, это соединение, при котором концы XYZ фазных обмоток генератора соединяют в общий узел, называемый НЕЙТРАЛЬНАЯ или НУЛЕВАЯ точка генератора (N или O). Соединение звездой показано на рисунке №1. Соединение ФАЗ генератора в звезду: Соединение ФАЗ генератора в треугольник, это такое соединение, при котором начало одной ФАЗЫ было соединено с концом следующей. При отсутствии нагрузки, (т. е. при разомкнутых выводах генератора) в обмотках генератора, соединенных в треугольник, ток не течет т. к. сумма симметричных ЭДС дает «0». Исходя из этого возможно только четыре соединения генератора с приемником: 1. треугольник — треугольник 2. треугольник — звезда 3. звезда — треугольник 4. звезда — звезда Но, это было бы правдой, если бы не нейтральная (нулевая) точка, возникающая при соединении звездой. Ведь средние точки можно тоже соединить. Получаем еще один способ: 5. звезда — звезда, с нейтралью. (Y+Yn) Он-то нам и нужен! Вот это соединение: Тут я много чего понаписал, объясняю: Комплексное (с точкой) Ua, Ub, Uc — фазные напряжения. Комплексное Uab, Ubc, Uca — линейные напряжения. Комплексный Ia, Ib, Ic — Линейные токи (показывают от генератора к приемнику) . Комплексное In — показывают от приемника к генератору, по сути нейтраль (тот самый НОЛЬ в розетке) является обратным проводом. А теперь самое интересное (в свое время меня поразило) По второму закону Кирхгофа: Uab = Ua — Ub Ubc = Ub — Uc Uca = Uc — Ua Из этого следует, что: Uab + Ubc + Uca = 0 ! (в симметричном режиме) По первому закону Кирхгофа: Ia + Ib + Ic = In В симметричном режиме In = 0 Следовательно в симметричном режиме нейтраль не нужна! <a href=»/» rel=»nofollow» title=»135325:##:http://www.radiokot.ru/articles/09/» target=»_blank» >[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>

Трёхфазная система электроснабжения

<img src=»//content.foto.my.mail.ru/mail/varicon/_answers/i-539.jpg» >

Различие в мощностях. При звезде к нагрузке приложено 220 В, треугольник -межфазные 380.

touch.otvet.mail.ru

особенности и преимущества схемы, подключение звездой

Схемы соединения источников питания и обмоток потребляющих приборов применяют для разных целей. С их помощью увеличивают мощность передачи напряжения, снижают перепады и сбои. А также они позволяют не использовать большого количества проводов для подключения нагрузки к сети. В физике используют несколько способов подключения резисторов: параллельное, последовательное, комбинированное, соединение в треугольник и звезду.

Особенности схем

Последовательное, параллельное и смешанное соединение чаще всего используют для однофазной сети. Обмотки потребляющих приборов и источника питания в трехфазной сети подключают звездой или треугольником. Цепи отличаются нагрузкой по электричеству, поэтому перед использованием нужно выяснить сильные и слабые стороны каждого вида подключения.

В схемах с параллельным соединением начала и концы резисторов привязаны к разным точкам, и по каждому компоненту проходит отдельный ток.

При последовательном соединении составляющие находятся на одной линии, к концу первого подключают начало второго компонента. В смешанных цепях используют оба вида подключения. Но отдельно необходимо разобрать особенности треугольных схем.

Звезда и треугольник

Резисторы в схеме звезды подключают к одной точке — нулевой или нейтральной. Её соединяют с такой же точкой на источнике питания. Но такое подключение не всегда возможно. Цепь называют четырехпроводной в том случае, если соединение возможно, и трехпроводной тогда, когда у автоматического устройства подачи тока нет нейтральной точки.

При подключении в виде треугольника концы резисторов не объединяют в одной точке, а соединяют с концами других обмоток. Цепь внешне напоминает равносторонний треугольник, а компоненты в ней подключены последовательно.

Главное отличие от схемы в форме звезды — это отсутствие нулевой точки. Поэтому цепь является трехпроводной.

В трехфазных сетях выделяют два вида напряжения и электричества — линейные и фазные. Последний тип высчитывают как разницу между концом и началом фазы потребителя. Такой ток проходит только в одной фазе прибора. Особенности величин в разных цепях:

• в звезде фазные напряжения — Ua, Ub, Uc;
• фазная сила электричества — Ia, Ib, Ic;
• напряжения при применении схемы треугольника — Uab, Ubc, Uca;
• показатели тока — Iab, Ibc, Ica.

Между началами фаз или линейных проводников находятся соответствующие величины. Электричество проходит в компонентах между нагрузкой и его источником. В цепи звезды токи равны фазным, а линейные напряжения приравнивают к Uab, Ubc, Uca. У треугольной схемы все наоборот: фазные напряжения равны величинам другого типа, а электричество — Ia, Ib, Ic.

Также необходимо учитывать электродвижущую силу напряжения, т. к. без неё не получится провести расчёты и анализ в трехфазной сети. Эта величина влияет на векторное отношение в диаграммах.

Преимущества цепи

Обе схемы имеют существенные отличия и на практике применяются по-разному. Когда запускают электрический мотор, ток будет больше своего номинального показателя. Защита может не включиться в том случае, если у механизма низкий уровень мощности. В обратном случае защитное устройство сработает, но при этом питание отключится, напряжение упадёт, а некоторые предохранители сгорят. Из-за такого количества проблем нужно снижать величину электричества.

Для этого к электродвигателю подключают дроссель, трансформатор или реостат. Дополнительно можно изменить схему соединения резисторов ротора, что осуществить на практике довольно просто. Эффективным будет переключение цепей на звезду или треугольник. То есть при включении мотора резисторы будут соединены в виде первой фигуры, а после набора оборотов подключение меняют на треугольное. В условиях промышленного производства изменение соединений происходит автоматически.

Можно одновременно использовать оба типа цепей. К нейтральной точке мотора подсоединяют ноль электрической сети. Это предохраняет от риска возникновения перекосов фазных амплитуд. Нейтраль источника питания восстанавливает асимметрию, возникающую из-за разных индуктивных сопротивлений резисторов.

У схемы звезды есть несколько преимуществ:

• мотор запускается плавно;
• двигатель работает с мощностью, которая заявлена в его паспорте;
• рабочий режим сохраняется при перепадах напряжения или перегрузках;
• корпус устройства не перегревается при эксплуатации.

Треугольник позволяет выжать из электродвигателя максимально возможную мощность. Но режимы нужно поддерживать согласно условиям эксплуатации. Использование этой цепи позволяет повысить возможности мотора в три раза по сравнению со звездой. Разные подключения концов резисторов дают возможность получить два номинала напряжения. Нагрузка по электричеству при запуске электроприбора снижается благодаря переключению соединений.

220v.guru