Co znamená trojúhelník v elektrickém schématu?

V elektrotechnice se obvody vinutí nazývané „hvězda a trojúhelník“ týkají třífázových sítí, které poskytují energii elektrárnám toho či onoho typu. To druhé se týká elektrických zařízení obsahujících pohonné systémy, třífázové transformátory, topná tělesa atd.

Obsah

1. Vlastnosti zapínání vinutí třífázových zařízení
2. Nejvhodnější je zvážit vlastnosti schémat zapojení hvězda-trojúhelník na příkladu motoru s rotorem nakrátko, tzv. „veverka“. Elektrické stroje této třídy obsahují tři nezávislé cívky, z nichž každá generuje magnetické pole s pevným vektorem elektrického napětí. V reálných jednotkách je počet takových vinutí mnohem větší, ale jejich celkový počet je nutně násobkem počtu fází (tj. tří).
3. Hvězdné spojení

Vlastnosti zapínání vinutí třífázových zařízení

Nejvhodnější je zvážit vlastnosti schémat zapojení hvězda-trojúhelník na příkladu motoru s rotorem nakrátko, tzv. „veverka“. Elektrické stroje této třídy obsahují tři nezávislé cívky, z nichž každá generuje magnetické pole s pevným vektorem elektrického napětí. V reálných jednotkách je počet takových vinutí mnohem větší, ale jejich celkový počet je nutně násobkem počtu fází (tj. tří).

Je důležité si uvědomit, že každá z těchto cívek má konec a začátek, což je v diagramu označeno tučnou tečkou. Protože je v silových obvodech ještě jeden napájecí vodič (třífázový a jeden nulový), je otázka jejich správného spínání při konstrukci pracovních obvodů logická.

Při volbě způsobů připojení vinutých prvků generátorů 380 V se tradičně používá možnost jejich zapojení podle hvězdicových a trojúhelníkových obvodů. Tato řešení jsou také použitelná pro většinu třífázových zátěží, jako jsou výkonové transformátory nebo elektrické pece.

Hvězdné spojení

Při kombinaci cívek v konfiguraci hvězdy jsou fázové přípojnice připojeny k počátečním bodům každé z nich. V diagramu jsou označeny (A.B.S.). Konce těchto cívek jsou spojeny v jednom bodě (nazývaném „neutrální“ (N)). Nulový vodič je k němu obvykle připojen, pokud to vyžadují provozní podmínky napájecího systému.

Schéma “trojúhelník”

Při tomto způsobu přepínání se začátek každého následujícího a konec předchozího vinutí vzájemně spojí a vytvoří uzavřený trojúhelníkový obrazec. Jsou na něm tři spojovací body, na které se připojují fázové vodiče (A.B.C.). V tomto případě se při instalaci a provozu přívodního vedení obejdou bez nulového nebo nulového vodiče.

Typy připojení

Hvězda a trojúhelník jsou základní připojovací obvody, které mají několik konstrukčních možností pro provozní podmínky 3-fázových zdrojů napětí a spotřebičů. Liší se nejen kombinací obvodů, ale také nepřítomností nebo přítomností neutrálního jádra ve vedení.

Obecně jsou možné následující kombinace obvodových řešení pro zdroj generující 380 V a spotřebič:

• Hvězda – hvězda s nulovým jádrem.
• To samé, ale bez nulového vodiče.
• Trojúhelník – trojúhelník.
• Hvězda – trojúhelník.
• Trojúhelník – hvězda.

Při návrhu třífázových obvodů se směr proudů v lineárních sběrnicích volí od generátoru směrem k činné nebo jalové zátěži. V neutrálním nebo neutrálním jádru (pokud je přítomen) se změní na opak – ze spotřebitele na generátor.

Způsoby zapojení a elektrické parametry obvodů

Uvedená schémata zapojení (hvězda a trojúhelník) se používají pro všechna energetická zařízení pracující v třífázových sítích. Proto je tak důležité při připojování zátěží tak či onak zvážit povahu rozložení proudů a napětí. V elektrických silových obvodech existují dva typy napětí. Toto je fáze 220 V a lineární, rovná se 380 V. Druhá největší je 1,73krát větší než první, což odpovídá druhé odmocnině ze 3.

Například v sekundárních vinutích výkonových transformátorů nebo elektromotorů (EM) zapojených do hvězdy funguje mezi fázovou sběrnicí a neutrálem 220 V. A mezi každou ze tří fází při měření zařízení ukazuje 380 V. Proudy v silových obvodech a zátěžích se také dělí na fázové a lineární. V uvažovaném schématu mají stejnou velikost: Il=Iph.

Když je „trojúhelník“ zapnutý, rozložení hlavních indikátorů se změní na opačný. V tomto případě jsou napětí různých typů stejně velká a odpovídající proudy jsou spojeny podle vzorce: Il = 1,73 Iph.

Indikátory napájení pro každý z uvažovaných schémat budou mít stejnou hodnotu a stejné:

• Úplné S = 3*Sф = 3*(Uл/√3)*I = √3*Uл*I.
• Aktivní složka P = √3*Uл*I*cos φ. Q = √3*Uл*I*sin φ.

Všechny tyto veličiny slouží k výpočtu výkonových obvodů při provozu na zátěži příslušného typu.

Praktická aplikace hvězdicových a trojúhelníkových obvodů

Profesionální elektrikáři se většinou zabývají elektrickými obvody, ve kterých pracuje 220/380 V. To je nutí předem se rozhodnout, který obvod je vhodný pro připojení motoru např. ke konkrétní elektrické síti. V tomto případě je třeba vzít v úvahu jednu důležitou vlastnost elektrických pohonů.

Podle způsobu připojení k elektrické síti se ED dělí na jednotky, u kterých je možné měnit pořadí spínání vinutí a na ty, kde tato možnost není. V prvním případě je na svorkovnici elektromotoru šest kontaktních bodů, pomocí kterých si vyberete požadované schéma zapojení. Jeho volba závisí na napětí působícím v dané elektrické síti.

Spínaná vinutí tvoří požadovaný obvod pomocí malých měděných tyčí umístěných na svorkovnici:

Na něm je pomocí ikon C1, C2, C3, C4, C5 a C6 indikována shoda počátečních a koncových bodů s polohami propojek pro dvě možnosti přepínání (hvězda a trojúhelník). Někdy je umístění kontaktů a jejich korespondence s konci a začátky vinutí uvedeno na krytu svorkovnice.

Pokud jsou k němu připojeny pouze tři kontaktní body, znamená to, že vinutí jsou již připojena uvnitř krytu motoru. Poté, abyste mohli provést plánované komutace, budete muset otevřít mechanismus a najít jejich konce. Poté je třeba je otevřít a spojit podle požadovaného vzoru (hvězda nebo trojúhelník).

Výběr požadovaného schématu

Volba nastává v následujících situacích:

• Když potřebujete připojit 3-fázový elektromotor k jednofázové síti. (Při připojení elektromotoru 380 V do jednofázové sítě se používá zapojení do trojúhelníku).
• V případě potřeby jej připojte k obvodům s různým napájecím napětím (220/380 V).
• Pokud provozní podmínky vyžadují připojení motoru k frekvenčnímu měniči.

Před připojením vinutí k sítím 220 nebo 380 V byste měli vybrat obvod, který odpovídá provoznímu napětí elektromotoru. Je uveden na typovém štítku jednotky ve formě běžného označení jako „Δ/Y 220/380“.

To znamená, že při napětí 220 V je vybrána možnost spínání „trojúhelník“ a při 380 V – „hvězda“. V případě, kdy má být zátěž připojena k jednofázové síti s předřadným kondenzátorem, je také zvolen „trojúhelník“. Pokud je na štítku uvedeno pouze jedno napětí s označením konkrétního obvodu, výběr a změna způsobu připojení není v tomto produktu poskytována.

Při spouštění elektromotoru má rozběhový proud zvýšenou hodnotu, která je několikanásobně větší než jeho jmenovitá hodnota. Pokud se jedná o mechanismus s nízkou spotřebou, ochrana nemusí fungovat. Při zapnutí silného elektromotoru určitě zafunguje ochrana, která vypne napájení, což způsobí pokles napětí na nějakou dobu a spálené pojistky nebo vypnutí jističů. Elektromotor bude pracovat při nízkých otáčkách, které jsou nižší než jmenovité otáčky.

Je vidět, že v důsledku vysokého zapínacího proudu vzniká mnoho problémů. Je potřeba nějak snížit jeho hodnotu.

Chcete-li to provést, můžete použít několik metod:

• Připojte reostat, induktor nebo transformátor pro spuštění elektromotoru.
• Změňte typ připojení vinutí rotoru elektromotoru.

V průmyslu se používá hlavně druhá metoda, protože je nejjednodušší a poskytuje vysokou účinnost. Funguje zde princip přepínání vinutí elektromotoru na obvody jako hvězda a trojúhelník. To znamená, že když je motor spuštěn, jeho vinutí mají „hvězdové“ zapojení, po sadě provozních rychlostí se schéma zapojení změní na „trojúhelník“. Naučili se automatizovat tento proces přepínání v průmyslovém prostředí.

V elektromotorech je vhodné použít dva obvody najednou – hvězdu a trojúhelník. Neutrál zdroje energie je nutné připojit k nulovému bodu, protože při použití takových obvodů existuje zvýšená pravděpodobnost zkreslení fázové amplitudy. Neutrál zdroje kompenzuje tuto asymetrii, která vzniká v důsledku rozdílných indukčních odporů vinutí statoru.

Následky nesprávného připojení

Porovnání výkonu rozptýleného při třífázové zátěži vám pomůže pochopit důsledky výběru špatného schématu připojení vinutí. Podle uvedených vzorců se tento ukazatel dělí na celkovou, aktivní a reaktivní složku.

Předpokládejme, že v běžné 3fázové síti 380 V jsou jako zátěž použity tři žárovky určené pro napětí 220 V. Poté vyhodnotíme, co se s nimi stane, pokud zaměníme připojovací obvod (propojíme je trojúhelníkem místo hvězdy).

S možností spínání do hvězdy připadá na každou ze žárovek přibližně 190 V. Výkon jimi rozptýlený při jmenovitém proudu bude také v přijatelných mezích. Při tomto rozsvícení budou žárovky normálně fungovat po celou dobu provozu.

Při zvažování možnosti zapojení svítidel do trojúhelníku je hned jasné, že na každou z nich v třífázové síti připadá 380 V. I při pevné hodnotě proudu zátěž uvolní výkon 1,73krát vyšší než jmenovitý. Je jasné, že v tomto režimu nebudou žárovky moc dlouho fungovat (rychle vyhoří jejich spirálky).

Když je zapnuta reaktivní zátěž (například tři vinutí asynchronního elektromotoru 220 V), je pozorován přibližně stejný obrázek. Zapnutím hvězdy bude ED fungovat normálně a vydrží poměrně dlouho (v rámci záruční doby). Při špatném zapnutí trojúhelníkem je do každé z cívek přivedeno 220 V místo vypočtených 380, což povede k jejich rychlému spalování.

Asynchronní motory, mající řadu nepopiratelných výhod, jako je spolehlivost v provozu, vysoký výkon, schopnost odolávat velkým mechanickým přetížením, nenáročnost a nízké náklady na údržbu a opravy díky jednoduchosti konstrukce, mají samozřejmě své jisté nevýhody.

V praxi se používají hlavní způsoby připojení třífázových elektromotorů k síti: „zapojení do hvězdy“ a „zapojení do trojúhelníku“.

Při spojení třífázového elektromotoru s hvězdou jsou konce jeho statorových vinutí spojeny dohromady, spojení nastane v jednom bodě a na začátek vinutí je přivedeno třífázové napětí (obrázek 1).

Při zapojení třífázového elektromotoru pomocí schématu zapojení „trojúhelníku“ jsou statorová vinutí elektromotoru zapojena do série tak, že konec jednoho vinutí je spojen se začátkem dalšího a tak dále (obrázek 2).

Aniž bychom zacházeli do technických a teoretických základů elektrotechniky, je známo, že elektromotory s vinutími spojenými hvězdou pracují hladší a měkčí než elektromotory s vinutími spojenými trojúhelníkem, je třeba poznamenat, že když jsou vinutí spojena pomocí hvězda, elektromotor nemůže vyvinout plný výkon. Při zapojení vinutí podle zapojení do trojúhelníku elektromotor pracuje na plný jmenovitý výkon (což je 1,5krát větší výkon než při zapojení do hvězdy), ale zároveň má velmi vysoké rozběhové proudy.

V tomto ohledu pro snížení rozběhových proudů je vhodné (zejména u elektromotorů s vyšším výkonem) zapojit podle zapojení hvězda-trojúhelník; Zpočátku se spouštění provádí podle obvodu „hvězda“, po kterém (když elektromotor „nabral rychlost“) dojde k automatickému přepínání podle obvodu „trojúhelníku“.

Další verze řídicího obvodu motoru

Připojení napájecího napětí přes rozpínací (normálně sepnutý) kontakt časového relé K1 a rozpínací kontakt K2 v obvodu cívky spouštěče K3.

Po zapnutí startéru K3 svými rozpínacími kontakty rozepne obvody cívky startéru K2 s kontakty K3 (blokování náhodného sepnutí) a sepne kontakt K3 v silovém obvodu cívky magnetického startéru K1, který je v kombinaci s kontakty časového relé.

Při zapnutí spouštěče K1 se sepnou kontakty K1 v obvodu cívky magnetického spouštěče K1 a současně sepne časové relé, otevře se kontakt časového relé K1 v obvodu cívky spouštěče K3 a sepne kontakt časového relé K1 v obvodu cívky spouštěče K2.

Vypnutím vinutí spouštěče K3 se sepne kontakt K3 v obvodu cívky magnetického spouštěče K2. Po zapnutí startéru K2 otevře své kontakty K2 v obvodu silové cívky startéru K3.

_{( Začátek vinutí statoru: U1; V1; W1. Konce vinutí: U2; V2; W2. Na svorkovnici jsou svorníky začátku a konce vinutí umístěny v přesném pořadí: W2; U2; V2 ; umístěné pod nimi: U1; V1; W1. Při zapojení motoru do „trojúhelníku“ jsou svorníky spojeny propojkami: W2-U1; U2-V1; V2-W1.)}

Třífázové napětí je přiváděno na začátek vinutí U1, V1 a W1 přes silové kontakty magnetického spouštěče K1. Při spuštění magnetického spouštěče K3 pomocí jeho kontaktů K3 dojde ke zkratu spojujícímu konce vinutí U2, V2 a W2 k sobě, vinutí motoru jsou spojena do hvězdy.

Po nějaké době se aktivuje časové relé v kombinaci se startérem K1, vypne startér K3 a současně zapne K2, sepnou se silové kontakty K2 a napětí je přivedeno na konce vinutí motoru U2, V2 a W2. Elektromotor se tak zapíná v trojúhelníkovém vzoru.

Pro spouštění motorů pomocí obvodu hvězda-trojúhelník vyrábějí různí výrobci takzvaná spouštěcí relé; mohou mít různá jména: „startovací relé“, „start-trojúhelník“ atd., ale jejich účel je stejný:

RVP-3, VL-32M1, D6DS (Rakousko), VL-163 (Ukrajina), CRM-2T (Česká republika), TRS2D (Česká republika), 1SVR630210R3300 (ABB), řada 80 (Finder) a další.

Typický obvod se spouštěcím časovým relé (relé hvězda/trojúhelník) pro řízení startu třífázového asynchronního motoru:

Výkon : Pro snížení startovacích proudů je nutné nastartovat motor v následujícím pořadí: nejprve zapnout do hvězdy při nízkých otáčkách, poté přepnout do trojúhelníku.
První rozjezd s trojúhelníkem vytvoří maximální točivý moment a poté přepnutí do hvězdy (startovací moment je 2x menší) s dalším provozem ve jmenovitém režimu, když elektromotor „nabere otáčky“, dojde k automatickému přepnutí na trojúhelník , stojí za to vzít v úvahu zatížení hřídele před spuštěním, Koneckonců, točivý moment na hvězdě je oslabený, takže tato metoda startování pravděpodobně nebude vhodná pro velmi zatížené motory a může selhat.