Пуск трехфазного асинхронного двигателя по схеме переключение «звезда – треугольник»

С помощью снижения пускового момента и ограничения пускового тока используют метод пуска асинхронного двигателя переключение «звезда – треугольник». В первый момент пуска, напряжение к статорным обмоткам подключается по схеме «звезда» (Y). Как только двигатель разгоняется, его питание включается по схеме «треугольник» (∆).

Некоторые трехфазные двигатели на низкое напряжение с мощностью выше 5 кВт рассчитывают на напряжение 400 В при включении по схеме «треугольник» (∆) или на 690 В при включении по схеме «звезда» (Y). Такая схема включения дает возможность производить пуск двигателя при меньшем напряжении. При пуске двигателя по схеме «звезда – треугольник» удается уменьшить пусковой ток, до 1/3 от тока прямого пуска от сети. Пуск по схеме «звезда – треугольник» особенно подходит для механизмов с большими маховыми массами, когда нагрузка набрасывается уже после разгона двигателя до номинальной скорости.

Недостатки пуска асинхронного двигателя переключением «звезда – треугольник»

При пуске двигателя переключением «звезда – треугольник» происходит также снижение пускового момента, приблизительно на 33%. Данный метод можно использовать только для трехфазных асинхронных двигателей, которые имеют возможность подключения по схеме «треугольник». В таком варианте существует опасность переключения на «треугольник» при слишком низкой частоте вращения, что вызовет рост тока до такого же уровня, что и ток при «прямом» пуске DOL.

Во время переключения со «звезды» на «треугольник» асинхронный электродвигатель может быстро снизить скорость вращения, для увеличения которой также потребуется резкое увеличение тока. На рисунке показана схема запуска двигателя с помощью пускателей KM1, KM2, KM3. Пускатель KM1,КМ2 включает электродвигатель по схеме «звезда». Через время, отведенное на запуск и выход двигателя на 50% номинальной скорости, отключается пускатель КМ2 и включается КМ3, переключая двигатель на «треугольник».

Пусковой момент и ток при пуске переключением «звезда – треугольник» значительно ниже, чем при прямом пуске.

Сравнение способа прямого пуска DOL и пуска с переключением «звезда – треугольник»

В данных диаграммах показаны пусковые токи для насоса, с трехфазным асинхронным двигателем мощностью 7,5 кВт методом прямого пуска (DOL) и пуска переключением «звезда – треугольник», соответственно. На рисунке видно, что способ прямого пуска DOL отличается большими пусковыми токами, но который через некоторое время уменьшается и становится постоянным.

Способ пуска переключением «звезда – треугольник» отличается меньшими низким пусковыми токами. Однако, в момент запуска при переходе от «звезды» к «треугольнику» происходят скачки токов. Во время пуска по схеме «звезда», через (t = 0,3 с), величина тока снижается. Однако, во время переключения со «звезды» на «треугольнику», через время t = 1,7 с, величина тока достигает уровня пускового тока при прямом пуске. Более того, скачок тока может стать ещё больше, так как во время переключения на двигатель не подаётся напряжение и двигатель теряет скорость перед подачей полного напряжения.

Запуск электродвигателя по схеме «звезда-треугольник» номиналом 30 кВт

Если Вы нашли ошибку на нашем сайте, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Запуск асинхронного электродвигателя по схеме «Звезда-треугольник» номиналом 30 кВт с использованием реле времени Finder 80.82

Практически любое производство в наши дни не обходится без мощного асинхронного электродвигателя. При запуске такого двигателя пусковой ток в 3-8 раз превышает значение номинального тока, необходимого для работы в нормально-устойчивом режиме.

Большой пусковой ток необходим для того, чтобы раскрутить ротор из состояния покоя. Для этого необходимо приложить гораздо больше усилий, чем для дальнейшего поддержания постоянного числа оборотов в заданный промежуток времени.

Значительные величины пусковых токов у асинхронных двигателей являются весьма нежелательным явлением, поскольку это может приводить к кратковременной нехватке энергии для другого подключенного к этой же сети оборудования (падению напряжения). Масса примеров такого влияния встречается как на производстве, так и в быту. Первое, что вспоминается — это «мигание» электрической лампочки при работе сварочного аппарата, но бывают случаи серьезнее: просадка напряжения может стать причиной бракованной партии товара на производстве, что ведет к большим финансовым и трудовым затратам. Большой пусковой ток также может вызвать ощутимые тепловые перегрузки обмотки электродвигателя, в результате чего происходит старение изоляции, ее повреждение и в конечном итоге может произойти сгорание двигателя.

Все это послужило мотивом для поиска решения по минимизации токов пуска. Одним из таких решений является метод запуска двигателя по схеме «звезда-треугольник». Для начала разберемся что же такое «звезда», а что — «треугольник», и чем они отличаются друг от друга. Звезда и треугольник являются самыми распространенными и применяемыми на практике схемами подключения трехфазных электродвигателей. При включении трехфазного электродвигателя «звездой» (см. Рисунок 1) концы обмоток статора соединяются вместе, соединение происходит в одной точке, называемой нулевой точкой или нейтралью. Трехфазное напряжение подается на начало обмоток.

Рисунок 1 — Схема подключения «звезда»

При соединении обмоток статора «звездой», соотношение между линейным и фазным напряжениями выражается формулой:

где U_л — напряжение между двумя фазами, U_ф — напряжение между фазой и нейтральным проводом

Значения линейного и фазного токов совпадают, т. е. I_л = I_ф.

При включении трехфазного электродвигателя по схеме «треугольник» (см. Рисунок 2) обмотки статора электродвигателя соединяются последовательно. Таким образом, конец одной обмотки соединяется с началом следующей, напряжение в этом случае подается на точки соединения обмоток. При соединеии обмоток статора «треугольником» напряжение на фазе равно линейному напряжению между двумя проводами: U_л = U_ф.
Рисунок 2 — Схема подключения «треугольник»

Однако ток в линии (сети) больше, чем ток в фазе, что описывается формулой:

где I_л — линейный ток, I_ф — фазный ток

Получается, что соединяя обмотки «звездой», мы уменьшаем линейный ток, чего изначально и добивались. Но есть и обратная сторона этой схемы: как мы видим из формулы, пусковой момент двигателя прямо пропорционален фазному напряжению:

где U — фазное напряжение обмотки статора, r₁ — активное сопротивление фазы обмотки статора, r₂ — приведенное значение активного сопротивления фазы обмотки ротора,
x₁ — индуктивное сопротивление фазы обмотки статора, x₂ — приведенное значение индуктивного сопротивления фазы обмотки неподвижного ротора,
m — количество фаз, p — число пар полюсов

Чтобы было нагляднее, давайте рассмотрим пример: предположим, что рабочей схемой обмотки асинхронного электродвигателя является «треугольник», а линейное напряжение питающей сети равно 380 В, сопротивление обмотки статора Z = 10 Ом. Если обмотки во время пуска подключены «звездой», то уменьшатся напряжение и ток в фазах:

Фазный ток равен линейному току и равен:

После того, как двигатель набрал необходимые обороты, т. е. разогнался, переключаем обмотки со «звезды» на «треугольник», в этом случае получаем совершенно другие значения тока и напряжения:

Соответственно, при пуске двигателя по схеме «звезда», фазное напряжение в √3 раз меньше линейного, а по схеме «треугольник» — они равны. Отсюда следует, что момент при пуске по схеме «звезда» в 3 раза меньше, а значит, запуская двигатель по этой схеме, мы не сможем добиться выхода двигателя на номинальную мощность. Решая одну проблему возникает вторая, не менее острая, чем повышенные пусковые токи. Но единое решение все-таки есть: необходимо скомбинировать схемы подключения двигателя так, чтобы при пуске мощного двигателя не было больших токов в сети, а после того, как двигатель выйдет на необходимые для его работы обороты, происходит переключение на схему «треугольник», что позволяет работать со 100% нагрузкой без каких-либо проблем.

С поставленной задачей прекрасно справляется реле времени Finder 80.82. При подаче питания на реле, мгновенно замыкается контакт, который отвечает за подключение по схеме «звезда». После заданного промежутка времени, на котором обороты двигателя достигают рабочей частоты, контакт схемы «звезда» размыкается и замыкается контакт, который отвечает за подключение по схеме «треугольник». Контакты останутся в таком положении до снятия питания с реле. Наглядная диаграмма работы данного реле представлена на Рисунке 3.

Рисунок 3 — Временная диаграмма реле времени 80.82

Рассмотрим более подробно реализацию данной схемы на практике. Она применима только для двигателей, у которых на шильдике указано «Δ/Y 380/660В». На Рисунке 4 представлена силовая часть схемы «звезда-треугольник», в которой используется три электромагнитных пускателя.

Рисунок 4 — Силовая часть схемы «звезда-треугольник»

Как было описано ранее, для управления переключением со схемы «звезда» на схему «треугольник» необходимо воспользоваться реле Finder 80.82. На Рисунке 5 представлена схема управления с помощью данного реле.

Рисунок 5 — Управление схемой «звезда-треугольник»

Разберем алгоритм работы данной схемы:

После нажатия кнопки S1.1, запитывается катушка пускателя КМ1, в результате чего, замыкаются силовые контакты КМ1 и при помощи дополнительного контакта КМ1.1 реализуется самоподхват пускателя. Одновременно подается напряжение на реле времени U1. Замыкаются контакты реле времени 17-18 и включается пускатель КМ2. Таким образом, происходит запуск двигателя по схеме «звезда». По истечении времени Т (см. Рисунок 3), контакт реле времени 17-18 мгновенно разомкнется, пройдет задержка времени Tu, и замкнется контакт 17-28. Вследствие чего, сработает пускатель КМ3, который осуществляет переключение на схему «треугольник». Нормально замкнутые контакты пускателей КМ2.2 и КМ3.2 используется для предотвращения одновременного включения пускателей КМ2 и КМ3. Чтобы защитить двигатель от перегрузки, в силовой цепи установлено тепловое реле КК1. В случае перегрузки, тепловое реле разомкнет силовую цепь и цепь управления через контакт КК1.1. Остановка двигателя происходит при нажатии кнопки S1.2, которая разрывает цепь самоподхвата и обесточит катушку пускателя КМ1.

Обобщая написанное, можно сделать вывод, что для облегчения пуска мощного электродвигателя, рекомендуется изначально запускать его по схеме «звезда», что позволяет значительно снизить пусковые токи, уменьшить просадку напряжения в сети, но не позволяет двигателю выйти на номинальный режим работы. Для выхода двигателя на номинальный режим необходимо осуществить переключение обмоток статора на схему «треугольник». Схема переключения обмоток со «звезды» в «треугольник» реализована с помощью реле времени Finder 80.82, в котором устанавливается время разгона электродвигателя.

Список используемой литературы:
1. ГОСТ 11828-86 «Определение вращающих моментов и пусковых токов».
2. Вешеневский С. Н. Характеристики двигателей в электроприводе. // Издание 6-е, исправленное — Москва, Издательство «Энергия», 1977
3. Войнаровский П. Д. Электродвигатели // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. и 4 доп.) — СПб., 1890—1907

Пуск трехфазного асинхронного двигателя по схеме переключение звезда треугольник

Необходимость применения данной схемы пуска асинхронного электродвигателя вызвана высокими пусковыми токами. Для снижения этих самых токов, применяется пуск звезда-треугольник. Фактически, запуск двигателя происходит по схеме «звезда», для которой в начальный момент токи низкие. По истечению времени, заданному на реле KT1, происходит переключение в схему «треугольник», в которой стартовые токи были бы больше.

Рисунок 1 – Схема пуска звезда-треугольник

Один из вариантов временной диаграммы реле KT1 для реализации вышеприведенной схемы:

Рисунок 2 – Временная диаграмма реле времени

Описание принципа работы пуска двигателя «звездой», с переходом на «треугольник»

После нажатия кнопки “Start” SB2, запитывается катушка контактора KM1, в результате чего, замыкаются силовые контакты KM1 и доп. контактом КМ1.1 реализуется самоподхват кнопки пуска. Так же подаётся напряжение на реле времени KТ1, и замыкается контактор KM3. Таким образом, происходит запуск двигателя по схеме «звезда». А по истечении времени реле t1 контакт KТ1.1 мгновенно разомкнётся, пройдет задержка времени t2 в 50 мс, и замкнется контакт KТ1.2. В следствии, сработает контактор KM2, который осуществляет переключение на «треугольник».

Контакты НЗ (нормально замкнутые) KM2.1 и KM3.1 существуют для предотвращения одновременного включения контакторов KM1 и KM2.

Чтобы защитить двигатель от перегрузки, в силовой цепи должно быть установлено тепловое реле. Как мы можем видеть на схеме, оно уже включено в автоматический выключатель, и в случае чрезмерной нагрузки, теплушка разомкнёт силовую цепь и цепь управления через контакт QF1.1.

Рисунок 3 — Наглядный пример соединения обмоток в звезду

Рисунок 4 — Наглядный пример соединения обмоток в треугольник