Схема включения асинхронного двигателя звезда треугольник. Подключение обмоток электродвигателя по схеме «звезда» и «треугольник

15.10.2020

Питание асинхронных двигателей производится от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 вольт. В самом двигателе присутствуют три обмотки из медной проволоки, которые расположены относительно друг друга на 120 градусов. Основная цель такого расположения – создать вращающееся магнитное поле. Все это были прописные истины, о которых знает каждый электрик. Нас же в этой статье будет интересовать схема подключения электродвигателя. И таких схем всего две: звезда и треугольник. Итак, давайте рассмотрим, как можно провести подключение электродвигателя звездой и треугольником.

Выводы обмоток

Начнем статью опять-таки с самого простого и известного. У каждой обмотки есть два конца: начало и конец. То есть, в общем их должно быть шесть. У каждого конца свое буквенное и числовое обозначение. Обратите внимание на рисунок ниже, где показано старое и новое обозначение выводов обмоток электродвигателя.

На фото все четко распределено, но где начало, а где конец, непонятно. Поэтому начало обмоток в старом обозначение это C1, C2 и C3, в новом обозначении U1, V1 и W1. Остальные, соответственно, это концы обмоток.

Все концы обмоток выводятся в клеммную коробку, которая может располагаться сверху двигателя или сбоку. Внутри клеммника концы проводов выводятся таким образом, чтобы их можно было бы соединить любой схемой без перекрещивания. Для чего используются специальные металлические перемычки.

Обратите внимание, что в клеммную коробку может быть выведено или три конца. Или сразу шесть. Если перед вами двигатель с тремя выведенными проводами, то это значит, то внутри мотора в заводских условиях уже сделано подключение звездой. Это первое. Второе – если выведены сразу шесть проводов, то электродвигатель можно подключать и к сети 380 вольт, и к сети напряжением 220 вольт. Кстати, на шильдике так и обозначается: 220/380 V. Но это еще не все. Такая надпись говорит о том, что при подключении к трехфазной сети 380В, соединение концов обмотки надо проводить только схемой звезда.

Подключение звездой

Как правильно провести подключение двигателя звездой? Здесь все просто, главное, ничего не перепутать. Итак, сначала необходимо соединить перемычками все концы фазных обмоток: U2, V2 и W2. А вот к началам обмоток необходимо подать напряжение, то есть, соединить их с проводами трех фаз. Это хорошо видно на фотографии снизу:

Подключение треугольником

Это более сложный тип подключения, поэтому стоит внимательно изучить то, что будет написано ниже. Но перед этим скажем, что в том случае если линейное напряжение в сети составляет 220 вольт, то именно в этом случае оптимальный вариант – провести соединение обмоток электродвигателя треугольником.

Соединяются между собой U2 и V Понятно, что таким образом соединяются две обмотки двух разных фаз последовательно.
Далее, соединяются V2 и W Опять соединяются последовательно две разные фазы.
То же самое, но только с U1 и W

Обратите внимание, что все точки соединения, о которых было сказано выше, являются точками подключения к трехфазной сети. Покажем еще одну фотографию, где электродвигатель подключен треугольников с использованием металлических перемычек.

Подведем итог

Подводя итого статьи – способы подключения электродвигателя: звездой и треугольником, хотелось бы отметить некоторые позиции, которые основаны на опыте эксплуатации электрических моторов.

Пуск двигателя, обмотки которого соединены звездой, более плавный, да и его работа мягче, что ли. К тому же подключенный такой схемой двигатель легко переносит небольшие перегрузы кратковременного действия.
Соединенный треугольником электродвигатель обладает большей мощностью и высоким КПД. Но пусковые токи у него обладают максимальными значением. К тому же агрегат сильно нагревается в процессе работы.

Поэтому электродвигатели асинхронного типа со средней и большой мощностью чаще всего подключают по схеме звезда. Сегодня производители предлагают уже готовые агрегаты, пуск которых производится через звезду, а работа происходит через треугольник. При этом сам переход от одной схему к другой происходит в автоматическом режиме. То есть, набрал мотор необходимую скорость вращения вала, тут же переходит от звезды на треугольник.

Содержание:

Асинхронные электродвигатели зарекомендовали себя в работе такими показателями, как надежность в эксплуатации, возможность получения большой мощности крутящего момента, отличной производительностью. Важным показателем работы этих двигателей является способность переключений на соединение «звездой» и «треугольником» - а это стабильность при эксплуатации. Каждое соединение имеет свои достоинства, которые необходимо понимать при правильном применении асинхронных электродвигателей.

Оптимальный выбор подключения электродвигателя

Преобразование «звезды» в «треугольник» в асинхронном электродвигателе, а также способность к ремонту обмоток электродвигателя, и сравнительно с другими двигателями невысокая стоимость в совокупности со стойкостью к механическим воздействиям сделали этот вид двигателей наиболее популярными. Основным параметром, который характеризует достоинство асинхронных двигателей, является простота в конструкции. При всех достоинствах этого типа электрических двигателей он имеет и отрицательные моменты при эксплуатации.

На практике трехфазные асинхронные электродвигатели к сети могут присоединяться по схеме «звезда» и «треугольник». Подключение «звездой» - это когда концы статорной обмотки обираются в одну точку, и напряжение сети 380 вольт подается на начало каждой из обмоток, схематично этот вид соединения обозначается знаком (Y).

Если в коммутирующей коробке подключения электродвигателя выбирается вариант «треугольник», надо статорные обмотки соединить последовательно:

конец первой обмотки - с началом второй;
подсоединение конца «второй» - с началом третьей;
конец третьей - с началом первой.

Схемы подключения электродвигателя

Специалисты, не вдаваясь в основы электротехники, приводят тот факт, что подключенные по схеме «звезда» электродвигатели работают мягче, чем включенные по схеме треугольник (Δ). Это хорошая схема для небольшой мощности двигателей. Они также акцентируют внимание на том факте, что при мягкой работе, когда используется схема «звезда» (Y), электродвигатель не набирает паспортной мощности.

Выбирая оптимальный вариант подключения электродвигателя, следует рассмотреть тот факт, что соединение треугольником (Δ) дает возможность двигателю набирать максимальную мощность, но значение пускового тока значительно возрастает.

Сравнивая показатели мощности, это основное различие соединений «звезда» и «треугольник» (Y, Δ), эксперты отмечают, что электродвигатели, имеющие соединение «звездой» (Y), обладают мощностью в 1,5 раза ниже, чем соединенные «треугольником» (Δ).

Для снижения параметров тока в момент пуска в отличающихся схемах включения (Δ) – (Y) рекомендуется использовать подключение двигателя «звездой и треугольником», комбинированную схему включения. Комбинированный, или его еще называют смешанный, вид подключения рекомендуется выполнять для электрических моторов с большой паспортной мощностью.

Когда включается схема соединения «звезда» (Y) и (Δ), с начала запуска работает соединение «звезда» (Y), после набора электродвигателем достаточных оборотов происходит переключение на соединение «треугольник» (Δ). Существуют устройства автоматического переключения соединений электродвигателя. Рассмотрим, чем отличаются схемы пуска электромоторов и в чем между ними разница.

Как управлять переключениями электродвигателя

Часто для пуска электрического двигателя большой мощности используется переключение соединения «треугольник» в «звезду», это необходимо для снижения параметров тока при пуске. Иными словами, пуск двигателя происходит в режиме «звезда», а вся работа осуществляется на соединении «треугольник». Для этой цели используется контактор на три фазы.

Необходимо при автоматическом переключении выполнить обязательные условия:

сделать блокировку контактов от одновременного срабатывания;
обязательное исполнение работы, с задержкой времени.

Задержка времени необходима для 100%-го отключения соединения «звезда», иначе при включении соединения «треугольник» возникнет между фазами КЗ. Используется реле времени (РВ), которое выполняет задержку переключения на интервал от 50 до 100 миллисекунд.

Какими способами можно сделать задержку времени переключений

Когда применяется схема «звезда и треугольник», надо обязательно выполнять задержку времени включения соединения (Δ), пока не отключится соединение (Y), специалистами отдается предпочтение трем методам:

с помощью контакта нормально разомкнутого в реле времени, который проводит блокировку схемы «треугольник», когда происходит пуск электродвигателя, а момент переключения контролирует токовое реле (РТ);
используя таймер в реле времени современного исполнения, который имеет способность переключать режимы с интервалом от 6 до 10 секунд.

методом внешнего управления контакторами пускателя от автоматических блоков или ручное переключение.

Стандартная схема переключения

Классический вариант переключения со «звезды» на «треугольник» специалистами считается надежным способом, он не требует больших затрат, прост в исполнении, но, как и любой другой способ, имеет недостаток - это габаритные размеры РВ (реле времени). Этот тип РВ гарантированно выполняет задержку времени намагничиванием сердечника, а чтобы размагнитить его, требуется время.

Схема смешанного (комбинированного) включения работает следующим образом. Когда оператор включает трехфазный выключатель (АВ), пускатель электродвигателя приготовлен к действию. Через контакты кнопки «Стоп», нормально замкнутого положения и через нормально разомкнутые контакты кнопки «Пуск», которую нажимает оператор, электрический ток проходит в катушку контактора (КМ). Контакты (БКМ) обеспечивают самоподхват силовых контактов и удерживают их во включенном положении.

Реле в схеме (КМ) обеспечивает способность отключения оператором кнопкой «Стоп» электрический двигатель. Когда «фаза управления» проходит через пусковую кнопку, она также проходит замкнутые нормально расположенные контакты (БКМ1) и контакты (РВ) - запускается контактор (КМ2), силовые контакты его обеспечивают подачу напряжения на соединение (Y), начинается раскрутка ротора электродвигателя.

Когда оператор осуществляет пуск двигателя, контакты (БКМ2) в контакторе (КМ2) размыкаются, это порождает неработающее состояние силовых контактов (КМ1), которые обеспечивают питание соединения двигателя Δ.

Токовое реле (РТ) срабатывает практически сразу из-за высоких значений тока, которое включено в цепь токовых трансформаторов (ТТ1) и (ТТ2). Управляющая цепь катушки контактора (КМ2) шунтируется контактами токового реле (РТ), что не дает сработать (РВ).

В цепи контактора (КМ1) блок контактов (БКМ2) размыкается при запуске (КМ2), что не дает сработать катушке (КМ1).

С набором нужного параметра оборотов вращения ротора двигателя контакты токового реле размыкаются, так как пусковой ток уменьшается в управлении контактора (КМ2), одновременно с размыканием контактов, подающих напряжение на соединение обмотки (Y), БКМ2 соединяются, что приводит в рабочее положение контактор (КМ1), а в его цепи блок контактов БКМ2 размыкается, и, как следствие, обесточивается РВ. Преобразование включения «треугольника» в «звезду» происходит после остановки двигателя.

Важно! Временное реле отключается не сразу, а с задержкой, что дает некоторое время в цепи (КМ1) контактам реле быть замкнутым, этим обеспечивается пуск (КМ1) и работа двигателя по схеме «треугольник».

Недостатки стандартной схемы

Несмотря на надежность работы классической схемы переключения с одного соединения на другое соединение электрического двигателя большой мощности, она имеет свои неудобства:

надо правильно делать расчет нагрузки на вал электродвигателя, иначе он будет долго набирать обороты, что не даст быстро сработать токовому реле и затем переключиться на работу по соединению Δ, а также в этом режиме крайне нежелательно долго эксплуатировать двигатель;

во избежание перегрева обмоток двигателя специалисты рекомендуют включать в цепь тепловое реле;
когда в классической схеме применяется современный вид РВ, надо соблюдать паспортные требования по нагрузке на вал;

Вывод

Важным условием при использовании схемы подключения «звезда-треугольник» является правильный расчет нагрузки на вал электродвигателя. Кроме этого нельзя отрицать тот факт, что когда отключается контактор одного соединения Y, а двигатель еще не набрал нужных оборотов, срабатывает фактор самоиндукции, и в сеть поступает повышенное напряжение, что может вывести из рабочего состояния другое рядом включенное оборудование и приборы.

Специалисты рекомендуют электрические двигатели, имеющие среднюю величину мощности, запускать по схеме Y, это дает мягкую работу и плавный пуск. Отличаются методики выбора включения и по имеющемуся напряжению на объекте, по нагрузке.

Двигатели асинхронного типа имеют целый набор безусловных достоинств. Среди плюсов асинхронных двигателей в первую очередь хочется назвать высокую производительность и надежность их эксплуатации, совсем небольшую стоимость и неприхотливость ремонта и обслуживания двигателя, а также способность переносить достаточно высокие перегрузки механического типа. Все эти достоинства, которыми обладают асинхронные двигатели, обусловлена тем, что данный тип двигателей имеет очень простую конструкцию. Но, не смотря на большое число достоинств, асинхронным двигателям присущи и их определенные отрицательные моменты.

В практической работе принято использовать два основных способа подключения трёхфазных электродвигателей к электросети. Эти способы подключения носят названия: "подключение методом звезды" и "подключение методом треугольника".

Когда выполняется соединение трёхфазного электродвигателя по типу подключения "звезда", тогда соединение концов обмоток статора электродвигателя происходит в одной точке. При этом трехфазное напряжение подают на начала обмоток. Ниже, на рисунке 1, наглядно проиллюстрирована схема подключения асинхронного двигателя "звездой".

Когда выполняется соединение трёхфазного электродвигателя по типу подключения "треугольник", тогда обмотки статора электродвигателя присоединяются последовательно друг за другом. При этом начало последующей обмотки соединяется с концом предыдущей обмотки и так далее. Ниже, на рисунке 2, наглядно проиллюстрирована схема подключения асинхронного двигателя "треугольником".

Если не вдаваться в теоретические и технические основы электротехники, то можно принять на веру тот факт, что работа тех электродвигателей, у которых обмотки подключены по схеме "звезда", является более мягкой и плавной, чем у электродвигателей, обмотки которых соединены по схеме "треугольник". Но тут же стоит обратить внимание на ту особенность, что электродвигатели, обмотки которых подключены по схеме "звезда", не способны развить полную мощность, заявленную в паспортных характеристиках. В том случае, если соединение обмоток выполнено по схеме "треугольник", то электродвигатель работает на максимальную мощность, которая заявлена в техническом паспорте, но при этом имеют место быть очень высокие значения пусковых токов. Если произвести сравнение по мощности, то электродвигатели, чьи обмотки будут соединены по схеме "треугольник", способны выдавать мощность в полтора раза выше, чем те электродвигатели, обмотки которых подключены по схеме "звезда".

Основываясь на всем вышеописанном, для того, чтобы снизить токи при запуске, целесообразно применять подключение обмоток по комбинированной схеме "треугольник-звезда". Особенно такой тип подключения актуален для электродвигателей, обладающих большей мощностью. Таким образом, в связи с соединением по схеме "треугольник- звезда" изначально запуск выполняется по схеме «звезда», а после того, как электродвигатель «набрал обороты», выполняется переключение в автоматическом режиме по схеме «треугольник».

Схема управления электродвигателем представлена на рисунке 3.

Рис. 3 Схема управления

Еще один вариант схемы управления электродвигателем заключается в следующем (рис. 4).

Рис. 4 Схема управления двигателем

На контакт NC (нормально закрытый) реле времени K1, а также на контакт NC реле K2, в цепи катушки пускателя КЗ, подаётся напряжение питания.

После того, как произойдет включение пускателя КЗ, нормально закрытыми контактами КЗ расцепляются цепи катушки пускателя K2 (запрет случайного включения). Контакт КЗ в цепи питания катушки пускателя K1 замыкается.

Когда запускается магнитный пускатель K1, в цепи питания его катушки замыкаются контакты K1. Реле времени включается в то же самое время, контакт этого реле K1 в цепи катушки пускателя КЗ размыкается. А в цепи катушки пускателя K2 – замыкается.

При отключении обмотки пускателя КЗ, замкнётся контакт КЗ в цепи катушки пускателя K2. После того, как пускатель K2 включится, он размыкает своими контактами K2 цепь питания катушки пускателя КЗ.

Трёхфазное напряжение питания подаётся на начало каждой из обмоток W1, U1 и V1 с помощью силовых контактов пускателя K1. Когда срабатывает магнитный пускатель КЗ, тогда при помощи его контактов КЗ выполняется замыкание, посредством которого между собой соединяются концы каждой из обмоток электродвигателя W2, V2 и U2. Таким образом, выполняется подключение обмоток электродвигателя по схеме соединения "звезда".

Реле времени, объединенное с магнитным пускателем K1, сработает спустя определенное время,. При этом происходит отключение магнитного пускателя КЗ и одновременное включение магнитного пускателя K2. Таким образом силовые контакты пускателя K2 замкнутся и напряжение питания будет подано на концы каждой из обмоток U2, W2 и V2 электродвигателя. Иными словами, электродвигатель включается по схеме подключения "треугольник".

Для того, чтобы электродвигатель запустить по схеме соединения "треугольник-звезда", различные изготовители производят специальные пусковые реле. Данные реле могут носить разнообразные названия, например, реле "старт-дельта" или "пусковое реле времени", а также и некоторые другие. Но назначение всех этих реле заключается в одном и том же.

Типовая схема, выполненная с реле времени, предназначенном для запуска, то есть реле "треугольник-звезда", для осуществления управления запуска трехфазного электродвигателя асинхронного типа представлена на рисунке 5.

Рис.5 Типовая схема с пусковым реле времени (реле "звезда/треугольник") для управления запуском трехфазного асинхронного двигателя.

Итак, подытожим все вышеописанное. Для того, чтобы понизить пусковые токи осуществлять запуск электродвигателя требуется в определенной последовательности, а именно:

сперва электродвигатель запускают на пониженных оборотах соединённым по схеме "звезда";
затем электродвигатель соединяют по схеме "треугольник".

Первоначальный запуск по схеме "треугольник" создаст максимальный момент, а последующее соединение по схеме "звезда" (для которой в 2 раза меньше пусковой момент) с продолжением работы в номинальном режиме, когда двигатель «набрал обороты», произойдёт переключение на схему соединения "треугольник" в автоматическом режиме. Но не стоит забывать о том, какая нагрузка создается перед запуском на валу, так как вращающий момент при соединении по схеме "звезда" ослаблен. По этой причине маловероятно, что данный метод запуска будет приемлем для электродвигателей с высокой нагрузкой, так как они в таком случае могут потерять свою работоспособность.

Расположим на чертеже изображения трех обмоток ax , by и cz трехфазного генератора под углами 120° так, как это сделано на рисунке 1, а . Присоединим к каждой обмотке нагрузку. В данном случае это сопротивления z a , z b и z c . На практике нагрузкой могут быть лампы, печи, электродвигатели и другие электроприемники. Для соединения обмоток генератора с нагрузками потребовалось шесть проводов. В каждый момент времени три из них являются прямыми – ток по ним идет от генератора к нагрузке. Другие три провода – обратные.

Векторы E a , E b и E c расположены параллельно обмоткам и изображают их электродвижущие силы (э. д. с.). Напряжения U a , U b и U c меньше соответствующих э. д. с. на величину в обмотках. Направления токов I a , I b и I c изображены стрелками.

Объединение трех обратных проводов в один дает четырехпроводную схему (рисунок 1, б ). В ней провода, присоединенные к выводам генератора а , b и с , называются линейными (или просто ). Общий провод называют либо нейтральным на том основании, что он в равной степени принадлежит любой фазе, либо нулевым , так как в ряде случаев ток в нем I 0 равен нулю.

Естественно, возникает вопрос: может ли равняться нулю ток в проводе, по которому в генератор должны возвращаться токи трех фаз? Ответ дает рисунок 1, в , где векторами изображены токи I a , I b и I c (сумма которых образует ток I 0) и произведено их сложение. Сначала сложены токи двух фаз, затем их сумма сложена с током третьей фазы. В итоге получен нуль, так как геометрическая сумма токов двух фаз, что отчетливо видно на рисунке 1, в , по величине равна току третьей фазы b и направлена прямо противоположно.

Рисунок 1. Соединение в звезду трехфазного генератора.

Физический смысл полученного результата состоит в том, что благодаря между токами в каждый момент времени токи в одних линейных проводах идут от генератора, в других – к генератору. Иными словами, одни из них являются прямыми, другие – обратными. Роль линейных проводов в качестве прямых и обратных, понятно, непрерывно меняется, но так или иначе при равномерной (одинаковой) нагрузке фаз на долю нулевого провода тока не остается.

При равномерной нагрузке фаз нулевого провода не делают, получая, таким образом, трехпроводную схему (рисунок 1, г ).

При неравномерной нагрузке в четырехпроводной схеме по нулевому проводу идет только небаланс токов. Поэтому сечение нулевого провода не больше сечения линейных проводов, а, как правило, вдвое меньше. Подробнее вопрос о сечении нулевого провода рассмотрен ниже.

Независимо от того, выполнена схема с шестью, четырьмя или тремя проводами (что для практики, конечно, не безразлично, во-первых, потому что трехпроводные схемы дешевле и, во-вторых, потому что каждая схема обладает определенными свойствами и предназначена для определенных условий), система не перестает быть трехфазной.

Электродвижущие силы E a , E b и E c , напряжения U a , U b и U c и токи I a , I b и I c каждой фазной обмотки называют фазными . Напряжения U ab , U bc и U ca , действующие между линейными проводами, а также токи в линейных проводах I a , I b и I c называют линейными .

Основные соотношения:
1. При соединении в звезду линейные и фазные токи одинаковы, потому что для тока, проходящего через фазную обмотку, нет иного пути, кроме линейного провода.
2. Линейные напряжения больше фазных √3 = 1,73 раза, откуда вытекают известные соотношения 127 / 220 В (127 х 1,73 = 220); 220 / 380 В (220 х 1,73 = 380), 6,6 / 11 кВ (6,6 х 1,73 = 11) и так далее.

Как доказать, что линейные напряжения √3 = 1,73 раза больше фазных? Для этого придется начать с простого, но хорошо понятного примера. Две батареи с э. д. с. E 1 = 5 В и E 2 = 7 В можно соединить либо как на рисунке 2, а , либо как на рисунке 2, б . В первом случае соединены разноименные выводы: плюс (начало) одной батареи с минусом (концом) другой, и э. д. с, действующая между свободными разноименными выводами, равна сумме E 1 + E 2 = 5 + 7 = 12 В. Во втором – соединены одноименные выводы: плюс одной батареи с плюсом другой, и э. д. с, действующая между свободными одноименными выводами, равна разности E 1 – Е 2 = 5 – 7 = –2 В. Знак минус указывает на изменение направления напряжения на обратное по сравнению с тем, которое было только от одной э. д. с. E 1 . Короче говоря, результирующая э. д. с. при соединении разноименных выводов равна сумме , а при соединении одноименных выводов – разности составляющих э. д. с. и направлена в сторону большей э. д. с.

Рисунок 2. Определение линейных напряжений при соединении в звезду.

Теперь можно возвратиться к соединению в звезду. Так как в этом случае соединяют одноименные выводы (либо начала, либо концы), то результирующее линейное напряжение находится вычитанием. Сообразуясь со схемой на рисунке 2, в , на которой указано направление и обозначены разности U a – U b , U b – U с и U с – U а (вычитание ведут всегда в одном и том же направлении, то есть из напряжения опережающей фазы вычитают напряжение следующей за ней), на рисунке 2, д выполнено вычитание. Непосредственно измеряя длины векторов либо пользуясь формулами геометрии, легко убедиться, что линейные напряжения (U a – U b , U b – U c , U c – U a) в √3 = 1,73 раза больше фазных U a , U b , U c .

К решению этого же вопроса, то есть к доказательству того, что линейные напряжения определяются вычитанием, можно подойти и иначе. Действительно, если включить лампу так, как показано на рисунке 2, г , то нетрудно видеть, что в лампе токи, созданные действием фазных напряжений U a и U b , направлены навстречу . Значит, линейное напряжение U ab надо находить вычитанием, но, понятно, геометрическим .

Из рисунка 2, д отчетливо видно, что симметричных линейных напряжений (U a – U b , U b – U c и U c – U a) сдвинута на 30° в сторону вращения векторов относительно диаграммы фазных напряжений U a , U b и U c . Иными словами, напряжение U a – U b опережает на 30° U a , U b – U c опережает на 30° U b и U c – U a опережает на 30° U c .

Сделаем еще один шаг. Перенесем с рисунка 2, д векторы U a – U b , U b – U c и U c – U a параллельно самим себе, так, чтобы их концы и начала оказались у концов векторов U a , U b и U c , образующих звезду. При этом получится треугольник (рисунок 2, е ).
Из него непосредственно следует, что:

для определения величин линейных напряжений достаточно около звезды фазных напряжений построить треугольник;
для определения направлений линейных напряжений у векторов, образующих стороны треугольника, нужно расставить стрелки в направлении вращения фаз.

Обозначение линейных напряжений

На рисунке 2, е линейные напряжения обозначены не только как разность соответствующих фазных напряжений, но также и одной буквой с двумя индексами, в нашем примере U ab (U bc и U ca). Порядок индексов непроизволен: он показывает, в каком направлении производилось вычитание.

Итак, мы из одного фазного напряжения вычли равное ему по величине, но получили не нуль, а величину, в 1,73 раза большую. Этот результат не является неожиданным, так как производилось не алгебраическое, а геометрическое вычитание.

Воспользуемся случаем, чтобы подчеркнуть еще одно важное обстоятельство, с которым в дальнейшем мы неоднократно столкнемся. Оно состоит в том, что при геометрическом вычитании одной величины из другой, равной ей по модулю 1 в отличие от алгебраического вычитания можно получить не только нуль, но и любую величину в пределах от нуля до удвоенного значения. Сказанное здесь иллюстрируется на рисунке 3 несколькими примерами. Слева произведено вычитание векторов, совпадающих по фазе (сдвиг 0°), и, естественно, получен нуль. Правее вычитаются векторы, сдвинутые на 45°: разность равна 0,707 длины любого из них и так далее. И, наконец, на рисунке 3 справа – разность оказалась вдвое больше уменьшаемого.

Рисунок 3. Разность векторов зависит от величины угла между ними.

Электроприемники могут представлять либо сосредоточенную, либо рассредоточенную нагрузку. Кроме того, она может быть равномерной, как, например, обмотки трехфазных электродвигателей, так и неравномерной, как, например, освещение домов, улиц и тому подобного.

Сосредоточенной нагрузкой являются: электродвигатель (рисунок 4, а ), конденсаторная батарея (рисунок 4, б ), театральная люстра (рисунок 4, в ), где все три фазы расположены в непосредственной близости.

Распределенной нагрузкой являются: осветительные сети домов (рисунки 4, г и д ), где от вводного ящика 1 по лестничным клеткам расходятся стояки 2 , а от них в свою очередь сделаны ответвления 3 в квартиры. Очень важно понять, что в осветительных сетях не на всех участках существует трехфазная нагрузка.

Действительно, до вводного ящика идут четыре питающих провода: А , В , С и 0 . Это настоящая трехфазная сеть – в ней по нулевому проводу проходит только ток небаланса всего дома, определяющийся неравномерностью нагрузки фаз. Это же относится к стоякам 2 на рисунке 4, г , где по нулевому проводу проходит ток небаланса в пределах данной лестничной клетки.

Что же касается стояков на рисунке 4, д , в каждом из которых только одна фаза и нуль, а также ответвлений в квартиры, то они хоть и питаются от трехфазной сети, но представляют собой однофазную нагрузку, так как и по фазному и по нулевому проводам проходит один и тот же ток (других путей нет). Поэтому сечения фазного и нулевого проводов должны быть одинаковы.

Рисунок 4. Соединение в звезду электроприемников.

Заметьте: при равномерной нагрузке (рисунок 4, а – в ) применена трехпроводная схема. При неравномерной нагрузке (рисунки 4, г и д ) – четырехпроводная.

Чтобы понять, почему делают именно так, обратимся к рисунку 5. На рисунке 5, а показаны три группы одинаковых ламп (то есть имеющих равные номинальные напряжения, в нашем примере 127 В, и равные мощности). При этих условиях и линейном напряжении сети 220 В лампы горят нормальным накалом. Но количество одновременно включенных ламп, а также их мощность в сетях освещения зависят от желания потребителей. В частном случае нагрузка одной из фаз, например фазы с , может быть на некоторое время совсем отключена (рисунок 5, б ). И тогда нагрузки двух других фаз окажутся соединенными последовательно. Если они равны, то линейное напряжение разделится между ними поровну и лампы будут гореть с недокалом, так как 220 В / 2 = 110 В – меньше номинального напряжения 127 В.

Значительно хуже, если часть ламп, присоединенных к одной из фаз, например к фазе b , будет отключена, например так, как показано на рисунке 5, в . Действительно, сопротивление одной лампы в 3 раза больше сопротивления группы из трех таких же ламп, соединенных параллельно. Значит, напряжение 220 В разделится между ними неравномерно: на большее сопротивление придется 165 В (¾ от 220 В) и лампа может перегореть; на меньшее сопротивление придется 55 В (¼ от 220 В) 2 .

При четырехпроводной схеме (рисунок 5, г ) неравномерность нагрузки фаз не сказывается столь сильно на накале ламп благодаря тому, что нагрузка каждой фазы непосредственно присоединена к обоим выводам фазной обмотки генератора или вторичной .

Следует, однако, отметить, что неравномерность нагрузки фаз даже и при наличии нулевого провода – явление нежелательное, особенно в тех случаях, когда нагрузка питается от вторичной обмотки трансформатора, соединенной в звезду, так как при неравномерной нагрузке в трансформаторе нарушается его магнитное равновесие. Этот важный вопрос рассмотрен в статье " ".

Рисунок 5. Особенности соединений в звезду осветительной нагрузки.

Распределение нагрузки между фазами

Итак, мы всегда стремимся равномерно нагрузить фазы, то есть присоединить к каждой из них одинаковую мощность. При освещении лампами накаливания для этого достаточно правильно распределить лампы между фазами. При люминесцентном освещении надо выполнить еще одно условие, а именно: присоединить лампы, расположенные рядом, к разным фазам. Это объясняется следующим образом: люминесцентные лампы 100 раз в секунду зажигаются и гаснут, так как 50 Гц 100 раз в секунду проходит через нуль. Хотя мы не замечаем этих пульсаций света, но они вредно действуют на зрение. Если же рядом расположены лампы, присоединенные к разным фазам, то они будут гаснуть и загораться неодновременно, что значительно снизит глубину изменения светового потока.

Кроме того, глубокое изменение светового потока может исказить действительную картину движения предметов. Пусть, например, вращающийся предмет за время погасания лампы успеет сделать полное число оборотов. Значит, при каждом очередном освещении предмет будет виден в одном и том же положении, то есть будет казаться неподвижным. Если вращающийся предмет успеет за время погасания сделать немного меньше полного оборота, то будет казаться, что вращение происходит в обратную сторону. В производственных условиях, где имеются механизмы с вращающимися деталями, это крайне опасно.

Почему в нулевой провод не разрешается включать предохранитель?

Допустим, в начале стояка установлен , но он перегорел (на рисунок 5, г он перечеркнут).
В этом случае четырехпроводная схема превращается в трехпроводную со всеми рассмотренными выше недостатками, присущими ей при неравномерной нагрузке фаз.

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) в начале стояка в нулевой провод не разрешается включать предохранитель (рубильник, автомат). На этажных щитках лестничных клеток, откуда питание расходится по квартирам, предохранители (автоматы) устанавливают только в фазном проводе (рисунок 5, д ) либо предохранителей вообще нет. В этом случае, однако, обязателен выключатель В или автомат А , которым вся квартира может быть отсоединена от стояка.

Рисунок 6. Установочный автомат типа ПАР–10 (предохранитель автоматический резьбовой на ток 10 А), ввертывающийся в предохранитель вместо пробки.
1 – кнопка для включения; 2 – кнопка для отключения. На корпусе автомата написаны его номинальные данные: предельное напряжение сети, например 250 В (эти же автоматы пригодны для сетей 127 и 220 В), и номинальный ток, например 10 А. Номинальный ток может проходить через автомат неограниченно долго. Но при перегрузке (превышении номинального тока) автомат отключается, причем тем скорее, чем перегрузка больше. Короткое замыкание автомат отключает мгновенно.

Но в квартирах, где к предохранителям П имеют доступ лица, не имеющие специальной электротехнической подготовки, из-за чего не исключено недостаточно хорошее состояние предохранителей, их обязательно устанавливают на обоих проводах, чтобы повысить пожарную безопасность. Не противоречит ли это сказанному выше о недопустимости включать предохранитель в нулевой провод? Нисколько. Потому что нагрузка в пределах квартиры является однофазной, так как по обоим проводам и предохранителям проходит один и тот же ток. Значит перегорание предохранителя в любом проводе (фазном или нулевом – безразлично) не может привести к перекалу ламп: они просто погаснут.

Предохранители в осветительных сетях уступают место установочным автоматам благодаря тому, что автоматы обеспечивают более совершенную защиту и не требуют замены. В новых домах предохранители не применяют. В старых квартирах вместо пробок в предохранители можно установить автоматы (рисунок 6) с резьбовым цоколем, не производя каких-либо монтажных работ.

Сечение нулевого провода в четырехпроводных сетях

обычно меньше сечения фазных проводов. Поэтому в кабелях для четырехпроводных сетей три жилы толще, а одна, предназначенная для нулевого провода, тоньше. Такой кабель обозначается, например, так: 3×16+1×10 (три жилы сечением 16 мм² и одна–сечением 10 мм²). Однако в практике нередко возникает необходимость увеличить сечение нулевого провода. Рассмотрим два примера.

На рисунке 7 показаны три группы I , II , III ламп аварийного освещения, питающиеся в нормальном режиме от вторичной обмотки трансформатора Т (контактор К включен). При исчезновении напряжения переменного тока контактор отключается и лампы автоматически переключаются на аккумуляторную батарею АБ . При этом к проводу 1 (который ранее был нулевым) присоединяется "минус", а к трем проводам 2 , 3 и 4 (которые раньше были фазными) присоединяется "плюс". Пока лампы питались от трансформатора, в проводе 1 был небольшой ток, равный геометрической сумме токов в проводах 2 , 3 и 4 . Когда же лампы переключились на аккумуляторную батарею, ток в проводе 1 стал равен арифметической сумме токов, то есть превысил ток в проводе 2 , 3 или 4 примерно в 3 раза. Значит, сечение провода 1 должно быть не меньше, а значительно больше сечения провода 2 , 3 или 4 .

Рисунок 7. Сечение нулевого провода в схеме аварийного освещения, переключаемого с переменного тока на постоянный, должно быть больше сечения фазного провода.

Приведенный на рисунке 7 пример относится к сравнительно небольшому числу специальных электроустановок (например, к освещению театров и концертных залов).

Следующий пример имеет весьма широкое распространение. Речь идет о питании люминесцентных ламп по четырехпроводной системе. В этих условиях даже при совершенно равномерной нагрузке фаз по нулевому проводу проходят токи высших гармоник, в основном ток третьей гармоники. Этот ток столь значителен, что сечение четвертой жилы обычного четырехжильного кабеля оказывается недостаточным. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

На рисунке 8, а показан синусоидальный ток (кривая 1 ) в фазе А . Такой ток был бы при нагрузке лампами накаливания. При нагрузке люминесцентными лампами дополнительно возникает ток третьей гармоники (кривая 2 ). Сложение кривых 1 и 2 дает кривую 3 , которая показывает, что ток в фазе А несинусоидален. На рисунках 8, б и в изображены кривые для фаз В и С . Сравнивая кривые 2 на рисунках 8, а , б и в , видим, что токи третьих гармоник совпадают по фазе . Поэтому в нулевом проводе они арифметически суммируются, образуя кривую 4 тройной частоты 150 Гц (рисунок 8, г ) .

Рисунок 8. В нулевом проводе четырехпроводной трехфазной сети, питающей люминисцентные лампы, токи третьих гармоник всех трех фаз алгебраически суммируются, поэтому сечение нулевого провода должно быть увеличено.

В зависимости от схемы включения люминесцентных ламп, их типа, способа компенсации индуктивности балластных дросселей и тому подобного ток в нулевом проводе имеет большую или меньшую величину, но во всяком случае он велик и может даже превысить ток в фазном проводе.

Соединение в звезду обмоток трансформаторов

На рисунке 9, а дан пример соединения генератора Г , трех трансформаторов Т1 , Т2 , Т3 , электродвигателя Д и однофазных нагрузок Н . В данном примере обмотки генератора, трансформаторов и электродвигателя соединены в звезду. Нетрудно видеть, что первичная обмотка трансформатора Т1 является электроприемником для генератора Г , вторичная обмотка трансформатора Т1 служит источником тока для первичной обмотки трансформатора Т2 . Вторичная обмотка трансформатора Т2 – источник тока для первичной обмотки трансформатора Т3 . Его вторичная обмотка – источник тока для электродвигателя Д и нагрузок Н .

Рисунок 9. Соединение в звезду трансформаторов.

Сравнение схем трансформаторов Т1 , Т2 и ТЗ показывает, что они неодинаковы. Так, нейтральная точка первичной обмотки трансформатора Т1 заземлена и, следовательно, соединена с заземленной нейтральной точкой генератора Г . Нейтральные точки обмоток трансформатора Т2 не выведены. У трансформатора ТЗ выведена нейтральная точка вторичной обмотки, но от земли она изолирована. Конечно, соединения, показанные на рисунке 9, а , вовсе не обязательны, они даны здесь только для иллюстрации типичных случаев соединений в звезду.

Рисунки 9, б и в соответственно показывают, что в звезду можно соединить как три однофазных трансформатора, так и один трехфазный трансформатор.

На рисунке 9, г даны примеры различных соединений обмоток трансформаторов в звезду. Здесь буквы A , B , C – начала, а X , Y , Z – высшего напряжения (ВН); a , b , c и x , y , z – начала и концы обмоток низшего напряжения (НН). Рисунок 9, д иллюстрирует соединения в звезду с выведенной нейтралью обмотки ВН (слева), обмотки НН (в центре) и обеих обмоток (справа).

Ограничимся пока общим замечанием о том, что не все способы соединения трансформаторов в звезду равноценны. Различие в них определяется рядом причин, которые нельзя объяснить сразу, и поэтому они выяснятся в ходе дальнейшего изложения.

Заземление нейтрали

В старых выпусках ПУЭ указывалось, что городские электрические сети напряжением выше 1000 В должны выполняться трехфазными с изолированной нейтралью, а распределительные сети в новых городах – трехфазными четырехпроводными с наглухо заземленной нейтралью при напряжении 380 / 220 В. Однако существуют также сети напряжением 220 / 127 В, причем их нейтраль изолирована. При изолированной нейтрали применяют пробивные предохранители .

Обмотки силовых трансформаторов отечественных заводов напряжением 110 кВ и выше выполняют для работы с заземленной нейтралью, так как они имеют неполную изоляцию со стороны нулевых выводов.

Заземление нейтрали и безопасность

Поясним вкратце, зачем в сетях до 1000 В заземляют нейтраль, по каким причинам иногда отдают предпочтение изолированной нейтрали, для чего служат пробивные предохранители.

На рисунке 10, а показаны вторичные обмотки трансформатора Т , питающие четырехпроводную сеть напряжением 380 / 220 В, нейтраль которой изолирована. Пусть в рассматриваемый момент изоляция совершенно исправна. Тем не менее на рисунке показаны три сопротивления r , соединенные в звезду. Ее нейтралью является земля. Эти сопротивления условно изображают несовершенство изоляции проводов, которая в какой-то степени все же проводит ток. На этом же рисунке показаны три C , соединенные в звезду. Ее нейтралью также служит земля. Конденсаторы условно изображают электрическую проводов относительно земли, что в электроустановках переменного тока весьма важно, так как емкость проводит ток.

Рисунок 10. Потенциал нейтрали. Заземления в трехфазных системах.

Какие же напряжения имеются в рассматриваемой электроустановке? Между линейными проводами 380 В, между каждым линейным проводом и нейтралью трансформатора 220 В, между каждым линейным проводом и землей 220 В. Почему? Потому что земля оказалась нейтралью звезд из трех равных сопротивлений r и трех равных емкостей C . А если линейный провод относительно нейтрали трансформатора имеет такое же напряжение, как и относительно земли, то ясно, что между нейтралью трансформатора и землей напряжение равно нулю 3 .

Прикосновение человека, стоящего на земле, к одному из линейных проводов небезопасно, так как через несовершенную изоляцию, емкости проводов и тело человека проходит ток. В один из моментов времени его направление показано на рисунке 10, б . Сила тока, а следовательно, и степень опасности определяются значениями сопротивлений, емкостей и фазным напряжением. Иными словами, в данном случае человек находится под напряжением 220 В.

Но что произойдет, если один из линейных проводов заземлится, а человек, стоящий на земле, прикоснется к другому линейному проводу? Из рисунка 10 в , видно, что человек окажется теперь не под фазным, а под линейным напряжением 380 В, что значительно опаснее.

В сетях с заземленной нейтралью человек, стоящий на земле и прикоснувшийся к линейному проводу, попадает под фазное напряжение (рисунок 10, г ). Если при этом заземлится другой линейный провод (рисунок 10, д ), то предохранитель перегорит, но повышения напряжения с фазного до линейного (как в сетях с изолированной нейтралью) не будет.

Это значит, что как в сети 380 / 220 В с заземленной нейтралью, так и в сети 220 / 127 В с изолированной нейтралью человек, касающийся оголенного провода, может попасть под напряжение 220 В. Но сети 380 / 220 В выгоднее сетей 220 / 127 В, так как для передачи одинаковой мощности при 380 / 220 В нужны провода меньшего сечения.

Предупреждение. Для обеспечения безопасности заземления следует выполнять, строго соблюдая, ряд требований. Этому специальному вопросу уделено особое внимание в ПУЭ, посвящен ряд книг, и в их числе книги М. Р. Найфельда "Заземление и другие защитные меры" и П. А. Долина "Действие на тело человека и первая помощь пострадавшему".

Пробивной предохранитель

Нарушение изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений (ВН и НН) трансформатора может привести к массовому пробою изоляции в сетях низшего напряжения и поражению людей. Чтобы предотвратить эти опасные явления в сетях с изолированной нейтралью, применяют пробивные предохранители. Пробивной предохранитель включают между нейтралью трансформатора и землей при соединении в звезду (рисунки 11, а и в ) или между одним из фазных проводов и землей при соединении в треугольник (смотрите статью "Схема соединения "Треугольник "), как показано на рисунке 11, б .

Рисунок 11. Пробивные предохранители в сетях с изолированной нейтралью.

В пробивном предохранителе одна токоведущая деталь присоединена к нейтрали (фазе) трансформатора, другая заземлена, но между ними помещена слюдяная прокладка с отверстиями. При нормальном напряжении прокладка надежно изолирует нейтраль (фазу) от земли. Однако при переходе высшего напряжения на обмотку низшего напряжения пробивной предохранитель пробивается и заземляет обмотки.

При глухом заземлении нейтрали пробивной предохранитель не нужен.

Заземление нейтрали и бесперебойность электроснабжения

Кроме условий безопасности есть и другой важный вопрос, а именно: бесперебойность электроснабжения потребителей, при решении которого небезразлично, заземлять нейтраль или ее изолировать. Существо дела сводится к следующему.

В сети с изолированной нейтралью при заземлении линейного провода предохранители не перегорают (автомат не отключается), так как нет. Между линейными проводами, а также между линейными проводами и нейтралью трансформатора сохраняются нормальные напряжения и потребители электроэнергии могут некоторое время продолжать работу.

В сети с заземленной нейтралью нарушение изоляции линейного провода приводит к короткому замыканию, предохранители перегорают или отключается автомат, работа потребителей нарушается. Значит, бесперебойность электроснабжения выше в сетях с изолированной нейтралью.

Необходимо особо подчеркнуть следующие важнейшие обстоятельства:

а) Хотя в сетях с изолированной нейтралью возможна работа потребителей, но такой режим опасен для изоляции других фаз и присоединенного к ним оборудования. Дело в том, что при металлическом замыкании на землю одной из фаз напряжение других фаз по отношению к "земле" возрастает в 1,73 раза по сравнению с нормальным напряжением, а напряжение нулевой точки смещается и становится равным фазному напряжению относительно земли. Действительно, при заземлении провода (рисунок 12, а ) линейные напряжения AB , BC , CA остаются теми же; не изменяются и фазные напряжения A0 , B0 , C0 . Но по отношению к "земле" напряжения изменяются. Для фаз A и C они повышаются до величин AB и BC соответственно. Для фазы B напряжение по отношению к земле снижается до нуля. Напряжение нейтрали относительно земли возрастает от нуля до величины 0 B , равной фазному напряжению.

Рисунок 12. Смещение нейтрали в сети с изолированной нейтралью при аварийных режимах.
а – заземление фазы; б – короткое замыкание на нагрузке одной из фаз; в – обрыв фазы.

Если замыкание происходит через дугу, то перенапряжения могут в 2–2,5 раза превысить фазное напряжение. Через место замыкания пойдут емкостные токи всех фаз, которые при протяженных кабельных линиях велики и могут вызвать нагревы в местах нарушения изоляции. Поэтому на электрических станциях и подстанциях нередко имеются устройства, непрерывно контролирующие состояние изоляции относительно земли. Принцип их действия рассмотрен в статьях "Разомкнутый треугольник. Открытый треугольник " и "Примеры соединений измерительных трансформаторов ".

б) Если нейтраль нагрузки 0 " не соединена с нейтралью 0 б ), то при коротком замыкании одной фазы потенциал линейного провода B попадает в нейтраль 0 " нагрузки. Это значит, что нагрузка, присоединенная к фазам A и C , окажется под значительно повышенным напряжением (линейным вместо фазного).

в) Если нейтраль нагрузки 0 " не соединена с нейтралью 0 вторичной обмотки трансформатора (рисунок 12, в ) и в одной фазе, например в фазе B , перегорит предохранитель (перечеркнут), то на нагрузках фаз A и C напряжение понизится и станет 220 В / 2 = 110 В вместо 220 / √3 = 127 В (рассматривается сеть 220 / 127 В). Напряжение на зажимах перегоревшего предохранителя будет в 1,5 раза больше фазного, то есть составит 127 × 1,5 = 190 В.

Смещение нейтрали нагрузки

Рассмотренный выше рисунок 12 иллюстрирует аварийные случаи смещения нейтрали (заземление, короткое замыкание, обрыв фазы). Но нейтраль может смещаться и в нормальных режимах из–за неравномерности нагрузки фаз.

Рассмотрим несколько примеров.

Рисунок 13. Смещение нейтрали при различных видах нагрузки.

При однородной 4 , но неравномерной нагрузке нейтраль из точки 0 (рисунок 13, а ) смещается в точку 0 ’ причем направление смещения и его величина зависят от соотношения нагрузок фаз. Но так или иначе отрезок 0 – 0 ’ в определенном масштабе изображает напряжение между нейтралью трансформатора и нейтралью нагрузки. Именно это напряжение и создает ток в нулевом проводе, если соединены нейтрали:

а) нагрузки Н и вторичной обмотки трансформатора Т3 (смотрите рисунок 9, а );
б) первичной обмотки повышающего трансформатора Т1 и генератора Г (смотрите рисунок 9, а ).

А если нейтрали не соединены? Тогда в трансформаторе нарушается магнитное равновесие. Причины и последствия этого нарушения рассмотрены в статье "Понятие о магнитном равновесии трансформатора ".

Особенно значительно нейтраль нагрузки смещается при разнородной нагрузке, даже если по модулю (по абсолютной величине) нагрузки всех фаз равны. На рисунке 13, б , например, к фазам C и B присоединены лампы (активная нагрузка), а к фазе A – конденсатор С . Нейтраль при этом настолько сместится, что одна из ламп будет гореть тускло (50 В), а другая – ярко (190 В). Аналогична картина при замене конденсатора катушкой индуктивности L , но теперь ярко будет гореть другая лампа (рисунок 13, в ). Объясняется это тем, что ток в конденсаторе опережает, а ток в индуктивности отстает от напряжения своей фазы.

Еще более разительное смещение нейтрали изображено на рисунке 13, г , где присоединены: к фазе A – конденсатор, к фазе B – индуктивность, к фазе C – активная нагрузка. Нейтральная точка нагрузки 0’ вышла за пределы треугольника, а напряжения на нагрузке 423 и 220 В во много раз превысили фазное напряжение 127 В.

Важное замечание. В рассмотренных на рисунке 13, б – г примерах речь шла о смещении нейтрали нагрузки , а вовсе не генератора или вторичной обмотки трансформатора. На конденсаторе, индуктивности и активном сопротивлении, соединенных в звезду (рисунки 13, б – г ), напряжения действительно сильно изменились по сравнению с фазными. Но влияет ли это на работу других потребителей, присоединенных к этой же сети? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к рисунку 13, д , предположив, что соединение, изображенное штриховой линией, отсутствует. Нетрудно видеть, что каждая группа потребителей (R – C – L , лампы Л , электродвигатель Д ) имеет свою нейтраль. Три одинаковые лампы являются равномерной однородной нагрузкой, поэтому их нейтраль не смещена; следовательно, напряжения на лампах одинаковы и равны в нашем примере 127 В. То же можно сказать о напряжениях на обмотках двигателя.

Иное дело, если нейтрали потребителей соединены (штриховая линия). Тогда взаимное влияние нагрузок безусловно, но его степень определяется соотношением нагрузок. И ясно, что чем крупнее сеть и чем мощнее генераторы и трансформаторы, тем меньше на смещение нейтрали влияет каждый потребитель.

Разнородность нагрузки оказывает влияние на работу других потребителей лишь в том случае, если она относительно настолько велика, что может существенно нарушить магнитное равновесие трансформатора .

Видео 1. Перекос фаз

1 Вектор определяется как длиной, так и направлением. Длина вектора называется его модулем
2 Строго говоря, напряжение разделится несколько иначе. Дело в том, что чем горячее нить лампы, тем больше ее сопротивление, и так как одна лампа горит с перекалом, а три с недокалом, то разница в их сопротивлениях будет еще значительнее.
3 Напряжение между изолированной нейтралью трансформатора и землей равно нулю лишь в тех случаях, когда сеть не нагружена или если нагрузка всех фаз совершенно одинакова. При неравномерной нагрузке фаз происходит смещение нейтрали.
4 Нагрузка всех фаз либо активная (лампы, печи), либо индуктивная, либо емкостная.
5 Топографическая диаграмма представляет собой такую векторную диаграмму, в которой каждая точка диаграммы соответствует определенной точке цепи. Поэтому вектор, проведенный из начала координат в любую точку топографической диаграммы, выражает по величине и фазе потенциал соответствующей точки цепи, а отрезок, соединяющий две любые точки диаграммы – напряжение между соответствующими точками цепи.

Трехфазные электродвигатели обладают более высокой эффективностью, чем однофазные на 220 вольт. Если у Вас в доме или гараже есть ввод на 380 Вольт, тогда обязательно покупайте компрессор или станок с трехфазным электродвигателем. Это обеспечит более стабильную и экономичную работу устройств. Для пуска мотора не понадобятся различные пусковые устройства и обмотки, потому что вращающееся магнитное поле возникает в статоре сразу после подключения к электросети 380 Вольт.

Выбор схемы включения электродвигателя

Схемы подключения 3-х фазных двигателей при помощи магнитных пускателей Я подробно описывал в прошлых статьях: « » и « «.

Подключить трех фазный двигатель возможно и в сеть 220 Вольт с использованием конденсаторов по . Но будет значительное падение мощности и эффективности его работы.

В статоре асинхронного двигателя на 380 В расположены три отдельные обмотки, которые соединяются между собой в треугольник или звезду и к трем лучам или вершинам подключаются 3 разноименные фазы.

Вы должны учитывать , что при подключении звездой пуск будет плавным, но для того что бы достичь полной мощности необходимо подключить мотор треугольником. При этом мощность возрастет в 1.5 раза, но ток при запуске мощных или средних моторов будет очень высоким, и да же может повредить изоляцию обмоток.

Перед подключением электродвигателя ознакомьтесь с его характеристиками в паспорте и на шильдике. Особенно это важно при подключении 3 фазных электродвигателей западно-европейского производства, которые рассчитаны на работу от сети напряжением 400/690. Пример такого шильдика на картинке снизу. Такие моторы подключаются только по схеме «треугольник» к нашей электросети. Но многие монтажники подключают их аналогично отечественным в «звезду» и электромоторы при этом сгорают, особенно быстро под нагрузкой.

На практике все электродвигатели отечественного производства на 380 Вольт подключаются звездой. Пример на картинке. В очень редких случаях на производстве для того что бы, выжать всю мощность используется комбинированная схема включения звезда-треугольник. Об этом подробно узнаете в самом конце статьи.

Схема подключения электродвигателя звезда треугольник

В некоторых наших электромоторах выходит всего 3 конца из статора с обмотками- это означает, что уже внутри двигателя собрана звезда. Вам только остается подключить к ним 3 фазы. А для того, что бы собрать звезду необходимы оба конца, каждой обмотки или 6 выводов.

Нумерация концов обмоток на схемах идет слева направо. К номерам 4, 5 и 6 подключаются 3 фазы А-В-С от электросети.

При соединении звездой трёхфазного электродвигателя начала его обмоток статора соединяются вместе в одной точке, а к концам обмоток подключаются 3 фазы электропитания на 380 Вольт.

При соединении треугольником статорные обмотки между собой соединяются последовательно. Практически, необходимо соединить конец одной обмотки с началом следующей. К трем точкам соединения их между собой подключаются 3 фазы питания.

Подключение схемы звезда-треугольник

Для подключения мотора по довольно редкой схеме звезды при запуске, с последующим переводом для работы в рабочем режиме в схему треугольника. Так Мы сможем выжать максимум мощности, но получается довольно сложная схема без возможности реверсирования или изменения направления вращения.

Для работы схемы необходимы 3 пускателя. На первый К1 подключено электропитание с одной стороны, а с другой — концы обмоток статора. Их же начала подключены к К2 и К3. С пускателя К2 начала обмоток подключаются соответственно на другие фазы по схеме треугольник. При включении К3 все 3 фазы закорачиваются между собой и получается схема работы звездой.

Внимание , одновременно не должны включаться магнитные пускатели К2 и К3, а то произойдет произойдет аварийное отключение автомата защиты из-за возникновения межфазного короткого замыкания. Поэтому и делается электрическая блокировка между ними- при включении одного из них размыкается блок контактами цепь управления другого.

Схема работает следующим образом. При включении пускателя К1 реле времени включает К3 и двигатель запускается по схеме звезда. По истечении заданного промежутка, достаточного для полного запуска двигателя реле времени отключает пускатель К3 и включает К2. Мотор переходит на работу обмоток по схеме треугольник.

Отключение происходит пускателем К1. При повторном запуске все снова повторяется.

Похожие материалы:

попробовал еще такой вариант.соединение звезда.запускаю двигатель 3 киловатт при помощи конденсатора 160 микрофарад.а дальше убираю его из сети(если не убрать из сети то конденсатор начинает греться) .и двигатель работает самостоятельно на довольно таки неплохих оборотах. возможно ли в таком варианте его использовать?не опасно?

Роман :

Здравствуйте! Есть Частотник Веспер на 1,5 квт, который трансформирует от одной фазы 220 вольт сети в 3 фазы на выходе с межфазным 220в для питания асинхронного 1,1 квт. дв. 1500 об/мин. Однако при отключении сети 220 вольт необходимо запитать его от Инвертора прямого тока, который в качестве резервного источника питания использует АКБ. Вопрос в том, возможно ли сделать такое через перекидной рубильник АВВ (т.е. перейти вручную на питание Веспера от инвертора прямого тока) и не повредится ли при этом Инвертор прямого тока?

Опытный Электрик :

Роман, здравствуйте. Для этого надо читать инструкцию или задавать вопросы производителю инвертора, а именно, способен ли инвертор на подключение к нагрузке (или другими словами его перегрузочная способность в течение короткого времени). Если же не рисковать, то проще (когда пропадает 220 вольт), отключить автоматом или рубильником электродвигатель, включить перекидным рубильником питание от инвертора (таким образом запитать частотник) и затем уже включить двигатель. Или делать схему бесперебойной работы — на постоянной основе подавать сетевое напряжение на инвертор, а с инвертора забирать на частотник. В случае отключения электричества, инвертор остается в работе благодаря АКБ и перерыва в электроснабжении не наступает.

Сергей :

Добрый день. Однофазный двигатель от старой, советской стиральной машины при каждом запуске вращается в разные стороны (нет системы). У двигателя есть 4 вывода(2 толстых,2 тонких. Подключил через выключатель с третьим отходящим контактом. После запуска двигатель работает устойчиво (не греется). Не могу понять почему идет вращение в разные стороны.
1. Опытный Электрик :
  
  Сергей, здравствуйте. Все дело в том, что однофазному двигателю без разницы куда вращаться. Поле не круговое (как в трехфазной сети), а пульсирующее 1/50 секунды на фазе «плюс» относительно нуля, а 1/50 — «минус». Все равно что сто раз в секунду вы будете крутить батарейку. Только после того, как двигатель раскрутился тогда уже он сохраняет свое вращение. В старой стиральной машине могло и не предусматриваться строгое направление вращения. Если предположить такое, то в момент запуска на «положительной» полуволне синусоиды он запускается в одну сторону, при отрицательной полуволне — в другую. Есть смысл попробовать задать смещение тока пусковой обмотки через конденсатор. Ток в пусковой обмотке начнет опережать напряжение и будет задавать вектор вращения. Я так понимаю, у вас сейчас два провода (фаза и ноль) идут на двигатель от рабочей обмотки. Один из проводов пусковой обмотки объединен с фазой (условно, просто фактически намертво с одним из проводов), а второй провод через третий нефиксирующийся контакт идет на ноль (тоже условно, по факту на другой из сетевых проводов). Вот и попробуйте между проводом и нефискирующимся контактом установить конденсатор емкостью от 5 до 20 мкФ и понаблюдайте за результатом. В теории вы должны жестко задать этим направление магнитного поля. По факту это конденсаторный двигатель (однофазные асинхронные все конденсаторные) и тут возможны только три момента: либо конденсатор работает всегда и тогда надо подбирать емкость, либо он задает вращение, либо запуск происходит без него, но в любую сторону.
Галина :

Здравствуйте
Сергей :

Добрый день. Собрал схему, как вы говорили, конденсатор установил на 10 мкф, запускается двигатель устойчиво теперь только в одну сторону. Смена направления вращения только в случае если поменять местами концы пусковой обмотки. Поэтому теория на практике сработала безупречно. Спасибо большое за совет.
Galina :

Спасибо за ответ, Я купила в китае фрезерный станок с чпу, двигатель 3х фазный на 220, а у нас (я живу в аргентине) сеть однофазная на 220, либо 3х фазная на 380
консультировалась у местных специалистов — говорят что надо менять двигатель, но очень не хочется. Помогите советом как подключить станок.
Galina :

Здравствуйте! Огромное Вам спасибо за информацию! Через пару дней приходит станок. посмотрю что там на самом деле, а не только на бумаге, и я полагаю у меня ещё будут к Вам вопросы. Ещё раз спасибо!
Здравствуйте! А возможен такой вариант: провести линию 3 фазы 380 v и поставить понижающий трансформатор, чтобы иметь 3 фазы 220v? В станке 4 двигателя, основной мощностью 5,5 kw. Если это возможно, то какой тр-р нужен?
Юра :

Здравствуйте!
Подскажите пожалуйста — можно ли запитать асинхронный трехфазный эл-двигатель 3,5 кВт от 12-ти вольтовых аккумуляторов? Например с помощью трёх бытовых инверторов 12-220 с чистой синусоидой.
1. Опытный Электрик :
  
  Юрий, здравствуйте. Чисто теоретически это возможно, но на практике вы столкнетесь с тем, что при запуске асинхронный двигатель создает большой пусковой ток и вам придется брать соответствующий инвертор. Второй момент это полное фазирование (сдвиг частоты у трех инверторов на угол 120° относительно друг друга), что невозможно сделать, если это не предусмотрено производителем, потому добиться синхронизации вручную при частоте 50 Гц (50 раз в секунду) вы не сможете. Плюс мощность двигателя довольно большая. Исходя из этого я бы вам порекомендовал обратить внимание на связку «аккумулятор-инвертор-частотный преобразователь». Частотный преобразователь способен выдавать требуемые сихнронизированные фазы того напряжение, которое будет на входе. Практически все двигатели имеют возможность включения на 220 и 380 вольт. Следовательно, получив нужный вольтаж и получив нужную схему соединения можно с помощью частотного преобразователя сделать плавный запуск избежав больших пусковых токов.
  1. Юра :
    
    я немного не понял — инверторы у меня на 1,5кВт, то есть вы советуете использовать батарею аккумуляторов и один такой инвертор в связке с частотником? а как он вытянет???
    или же вы советуете использовать инвертор соответсвующей мощности — 3,5кВт? тогда непонятна необходимость частотного преобразователя…
    1. Опытный Электрик :
      
      Постараюсь объяснить.
      1. Изучите информацию о трехфазном токе. Три фазы, это не три напряжения на 220 вольт. Каждая фаза имеет частоту 50 герц, то есть 100 раз в секунду меняет свое значение с плюса на минус. Для того, чтобы асинхронный двигатель начал работать, ему нужно круговое поле. В этом поле три фазы сдвинуты друг относительно друга на угол 120°. Другими словами фаза А достигает своего пика, через 1/3 времени этого пика достигает фаза В, через 2/3 времени фаза С, затем процесс повторяется. Если смена пиков синусоиды будет происходить хаотично, двигатель не начнет вращаться, он будет просто гудеть. Следовательно, либо ваши инверторы должны быть сфазированы, либо в них нет смысла.
      2. Изучите информацию об асинхронных двигателях. Пусковой ток достигает значений 3-8 кратных номинальному. Следовательно, если взять примерное значение 5 ампер, то при запуске двигателя ток может быть 15-40 ампер или 3,3 — 8,8 кВт на фазу. Инвертор меньшей мощности сгорит сразу, значит надо брать инвертор по максимальной мощности, даже если она будет длиться всего полсекунды или еще меньше, а это будет дорогое удовольствие.
      3. Изучите информацию по частотному преобразователю. Частотник может обеспечить как плавный запуск, так и преобразование одной фазы в три. Плавный запуск позволит избежать больших пусковых токов (и покупки сверхмощного инвертора), а преобразование одной фазы в три позволит избежать дорогостоящей процедуры сфазирования инверторов (если они изначально к этому не приспособлены, то своими силами вы точно не сможете это сделать и вам придется найти хорошего электронщика).
      
      Я советую взять мощный инвертор в связке с частотным преобразователем, если вам очень необходимо получить полную мощность от вашего двигателя.

Валерий :

Здравствуйте. Подскажите, пожалуйста, можно ли использовать этот двигатель (импортный) для включения в нашу сеть 220V для деревообрабатывающего станка?
На шильде 4 варианта:
— 230, треугольник, 1.5kw, 2820 /мин., 5.7А, 81.3%
— 400, звезда, 1.5kw, 2800/мин., 3.3А, 81.3%
— 265, треугольник, 1.74kw, 3380/мин, 5.7А, 84%
— 460, эвезда, 1.74kw, 3380/мин, 3.3А, 84%
Судя по этому, данный двигатель очень хорошо подойдет для д.о. станка (по 1-му варианту). Наверное, в коробке 6 контактов? Хорошие (относительно) обороты. Смущает 230V — как поведет себя в сети 220V? Почему максимальный ток именно по варианту 1, 3?
Можно ли использовать этот двигатель для д/о станка и как подключать в сеть 220V?

Валерий :

Спасибо большое за все. За терпение, повторное разъяснение всего, что много раз повторялось в других комментариях. Все это я перечитал, местами не раз. Я много читал инф. на разных сайтах по переводу 3-х ф.двиг. в сеть 220v. (с момента, как мне помощники подпалили эл. двиг. самодельного небольшого станка). Но у вас я почерпнул намного больше, такие особенности, о которых не знал и не встречал раньше. Сегодня после поисковика зашел на этот сайт, перечитал почти все комментарии и был поражен полезностью, доступностью информации.
По поводу моих вопросов. Дело вот в чем. На моем старом станке (бывшем, отца) стоит такой же старый эл. дв. Но потерял мощность, «бьется» с корпуса (наверное, подгоревшая обмотка коротит). Там нет бирки, классический треугольник, без клем — когда-то переделывался, наверное. Мне предлагают новый двиг, польский, кажется, с приведенными вариантами на бирке. Кстати, там 50 Гц по каждому варианту. И после отправки комментария внимательно посмотрел все 4 приведенные варианта и понял почему в треугольнике ток выше.
Буду брать, включать в 220 по 1 варианту в треугольник через конденсаторы с 70% мощности. Передаточное число можно увеличить, но мощности для станка могло бы быть и больше.
Да, кроме классического треугольника и звезды встречаются другие варианты включения 380 в сеть 220. И существует (Вы знаете) более простой способ определения начала обмоток с помощью батарейки и стрелочника.
Валерий :

Сегодня получил фото шильды эл. дв. Вы правы. Там по 3 и 4 варианту 60Гц. И теперь понятно, что не могло быть иначе и что при 50Гц — максимум 3000 об. Еще вопрос. Как надежно и продолжительно при одном включении работают электролитические конденсаторы через мощный диод в качестве рабоч. конд.?
Александр :

Здравствуйте,подскажите- как прикрепить файл с фоткой, чтобы задать вопросик?
Сергей :

Добрый день.
Немного истории. На водогрейном котле (промышленный большой — для отопления предприятия) использую два циркуляционных насоса ВИЛО с германским электродвигателем 7,5 кВт каждый. При получении обоих насосов мы их подключили «треугольником». Проработали неделю (все нормально было). Приехали наладчики автоматики водогрейного котла и сказали нам, что схему подключения обоих двигателей переключить на «звезду». Проработали неделю и один за другим оба движка сгорели. Подскажите, может ли переподключение с треугольника на звезду явиться причиной перегоревших германских двигателей? Спасибо.
Александр :

Здравствуйте Опытный Электрик) Скажите свое мнение по поводу такой схемы подключения двигателей, наткнулся на нее на одном форуме

«Неполная звезда встречная, с рабочими конденсаторами в двух обмотках»
Ссылка на схему и диаграмму с описанием принципа работы такой схемы — https://1drv.ms/f/s!AsqtKLfAMo-VgzgHOledCBOrSua9

Говориться, что такая схема подключения двигателя была разработана для двухфазной сети и наилучшие результаты показывает при подключении на 2 фазы. Но в однофазной сети 220в она применяется потому что,имеет лучшие характеристики чем классические:звезда и треугольник.
Что скажите про такой вариант подключения трех-фазного двигателя в сеть 220в. Имеет право на жизнь? хочу попробовать ее на самодельной газонокосилке.
1. Опытный Электрик :
  
  Александр, здравствуйте. Ну что вам сказать? Во-первых, невероятно сильно «подкупает» грамотность как изложения материала, так и грамотность языка статьи. Во-вторых, про этот способ почему-то знает очень мало людей. В-третьих, если бы этот способ был действенным и лучшим, его бы давно включили в учебную литературу. В-четвертых, нигде нет теоретической выкладки этого способа. В-пятых есть пропорции, но нет формул для расчета емкости (то есть, условно, можно взять за точку отсчета 1000 мкФ или 0,1 мкФ — главное — соблюсти пропорции???). В-шестых, тему писал совсем не электрик. В седьмых, лично у меня не укладывается в голове первая обмотка, которая включена задом наперед и через конденсатор — все это наводит на размышления, что кто-то что-то придумал и хочет что-то выдать за изобретение, которое якобы лучше работает для двухфазной сети. Теоретически, такое можно допустить, но для размышлений мало теоретических данных. В теории, если каким-то образом получать то одну, то другую полуволну из одной или другой фазы, но схема тогда должна иметь другой вид (при использовании двух фаз, это однозначно звезда, но с использованием нулевого провода и двух конденсаторов к нему или от него… и опять же, получается фигня. В общем, поэкспериментируйте, а потом отпишитесь — мне интересно, что получится, но я лично, подобные эксперименты проводить не хочу, ну или если мне дадут двигатель и скажут — его можно убивать, тогда поэкспериментирую. По поводу подбора конденсаторов я уже писал и в комментариях, и в ссылках на статью «Конденсатор для трехфазного двигателя» на этом сайте и на сайте «потомственного мастера» — бездумно ставить конденсатор по формуле не надо. Надо учитывать нагрузку двигателя и подбирать конденсатор по рабочему току в конкретном цикле работы.
  1. Александр :
    
    Спасибо за ответ.
    На форуме где я на это наткнулся, несколько человек пробовали эту схему на своих двигателях (включая человека который ее выложил)-говорят что результатами ее работы очень довольны. По поводу компетентности человека ее предложившего, я так понял он вроде в теме (и модератор того форума), схема не его, как он говорил сам ее нашел в каких то старых книгах по двигателям.Но то такое, у меня есть движок подходящий для экспериментов, попробую на нем.
    По поводу формул, я просто не все записи с той ветки представил, там много чего написано,из главного вот еще добавил если интересно посмотрите по той же ссылке.
    1. Опытный Электрик :
      
      Александр, поэкспериментируйте, и напишите результат. Я могу сказать одно — я любознательный товарищ, но про такую схему ни из учебников, ни из уст многих авторитетных старших товарищей не слышал. У меня сосед еще более любознательный электронщик с уклоном в электричество тоже не слышал. На днях попробую спросить его.
      Компетентность штука такая… сомнительная, когда речь идет об интернете. Вы никогда не знаете, кто сидит с той стороны экрана и что он из себя представляет, и висит ли у него на стене диплом, о котором он говорит, и знает ли он что либо из предметов, которые указаны в дипломе. Я нисколько не пытаюсь обхаять человека, просто пытаюсь сказать, что не всегда надо верить на сто процентов человеку с той стороны экрана. Случись что, вы его не сможете за вредный совет прижать к стенке, а это рождает полную безответственность.
      Есть еще один «черный» момент — форумы зачастую создаются для того, чтобы приносить доход и для этого хороши все средства, как вариант, предложить какую-то хитрую тему, раскрутить ее, пусть даже она не совсем рабочая, но уникальная, то есть, только на его сайте. А «несколько» человек, это может быть как раз модератор, под несколькими никами сам с собой побеседовать для раскрутки темы. Опять же не хаю конкретно того человека, но такой вот черный пиар форума уже встречал.
      Теперь коснемся старых книг и советского союза. В СССР было мало дураков (среди тех, кто занимался разработками) и если бы схема себя зарекомендовала, наверняка она была бы включена в учебники, по которым я учился, хотя бы для упоминания и для общего развития, что такой вариант возможен. Да и преподаватели у нас были не дураки, а по электрическим машинам дядька так вообще давал очень много интересной информации сверх учебного плана, но и он об этой схеме не слыхивал.
      Вывод, я не верю, что эта схема лучше (возможно для двух фаз и лучше, но это еще надо посмотреть и нарисовать «правильную» схему, чтобы было понятно действие токов и их смещение), хотя и допускаю, что она работает. Таких вариантов, когда кто-то что-то намудрил, а оно работает — полно 🙂 Как правило, человек сам не понимает, что сделал и не вникает в суть, но пытается усиленно что-то модернизировать.
      Ну и еще один вывод: если бы эта схема реально была бы лучше, то она была бы как минимум известна, но я о ней узнал только от вас при всей своей неуёмной любознательности.
      В общем, жду от вас мнений и результатов, а там глядишь и сам проведу эксперимент с соседом уже на практико-теоретической базе.
  2. Александр :
    
    Здравствуйте. Вы правы) я треугольником сразу подключал в мастерской, правда не косил на нем, и работу двигателя могу оценить только визуально,на слух и по своим ощущениям) так как делать замеры тех же токов на разных схемах у меня нечем. Я от серьезной электрики далекий, могу в основном по готовой схеме с уже известными деталями что то в кучу скрутить, прозвонить да 220-380 вольтметром проверить). В описании схемы было сказано, что ее преимущество в меньших потерях мощности двигателя и в режиме его работы, приближенном к номинальному. Скажу, что на треугольнике мне легче было затормозить вал на двигателе, чем на этой схеме. Да и вращался он на ней, я бы сказал шустрее. У меня на этом двигателе она работает и как работает сам двигатель мне понравилось, поэтому собирать и запихивать по очереди две схемы в одну коробку и проверять как косит я не стал. Я пока конденсаторы во временную коробку запихнул, чтоб посмотреть как будет работать еще (может добавить или убрать придется чего то еще), а потом думал все это дело красиво и компактно оформить с защитой какой то может. Мне вот интересно там где я на эту схему наткнулся, люди по ней подключали мало мощные двигатели и никто не писал про подключение хотя бы 1,5 или 2 кВт. Для них я так понимаю нужно много (по сравнению с треугольником) конденсаторов, да еще и на высокое напряжение должны быть. Я здесь и решил поспрашивать про эту схему,так как действительно нигде раньше о ней не слышал и думал может спецы скажут с точки зрения теории и науки — должна она работать или нет.
    Точно могу сказать двигатель крутиться и как по мне — очень даже неплохо, а вот что там должно быть с токами, напряжениями и что там должно отставать или опережать по этой схеме и хотелось бы услышать от кого то знающего. Может эта схемка просто развод? и она от того же треугольника ничем не отличается (кроме лишних проводов и конденсаторов. У меня дома сейчас уже нет надобности в мощных двигателях, что бы попробовать подключить их через конденсаторы по этой схеме и посмотреть как бы они работали. Раньше были и циркулярка и фуганок, так на них двигатели около 2,5 кВт подключенные по треугольнику, глохли если чуть больше нагрузку дашь, как будто в них не больше киловатта было. Сейчас просто все это в цеху есть в котором 380 есть. Еще пару-тройку раз покошу, и если все будет «гут» оформлю свою чудо-косилку грамотно и выложу фото, может кому то пригодиться.
    
    Владимир :
    
    Добрый вечер подскажите как поменять направление вращения вала электродвигателясинхронного 380В подключенный со звезды на треугольник.

просмотров

Сохранить ВКонтакте